汪波

摘要:煤炭采掘生產(chǎn)常因工作面溫度過高而影響作業(yè)質(zhì)量,高溫增加了設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定因素,也不利于操作人員的身心健康。為應(yīng)對(duì)氣溫過熱對(duì)礦井造成的不利影響,對(duì)于熱害嚴(yán)重的礦井必須采取制冷降溫措施,而研究顯示,風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的變化對(duì)井下制冷設(shè)備的制冷能力有很大的影響。本文分析了送風(fēng)量與井下制冷設(shè)備制冷量的關(guān)系,并以此為依據(jù),提出了通過風(fēng)量、風(fēng)壓可變化的智能型局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制井下制冷設(shè)備的設(shè)計(jì)構(gòu)思。

關(guān)鍵詞:局部通風(fēng)機(jī)風(fēng)量井下制冷設(shè)備

中圖分類號(hào):TD52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2012)06(c)-0010-01

1 礦井制冷降溫措施概述

煤炭采掘生產(chǎn)常因工作面溫度過高而影響作業(yè)質(zhì)量,高溫增加了設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定因素,也不利于操作人員的身心健康。為改善井下作業(yè)的延伸熱害問題,為采掘生產(chǎn)提供良好的作業(yè)環(huán)境,我國《煤炭安全規(guī)程》中明確規(guī)定了采掘工作面中空氣溫度不得超過26℃,而機(jī)電設(shè)備酮室的氣溫不得超過30℃;若氣溫超出規(guī)定則需采取降溫措施降低熱害威脅;一旦工作面氣溫高于30℃,必須停止工作。為應(yīng)對(duì)氣溫過熱對(duì)礦井造成的不利影響,目前井下采取的降溫措施一般分為制冷降溫及非制冷降溫等兩大類,對(duì)于熱害嚴(yán)重的礦井(深大、出露熱水、巖溫過熱等)則必須采取制冷降溫措施。

作為礦井生產(chǎn)的重要設(shè)施,局部通風(fēng)機(jī)的可靠性直接關(guān)系到井下瓦斯的排放效果和作業(yè)的質(zhì)量與安全,而研究顯示,風(fēng)機(jī)供風(fēng)量的變化對(duì)井下制冷設(shè)備的制冷能力也有很大的影響。目前大量智能型局部通風(fēng)系統(tǒng)已取代了傳統(tǒng)的恒速風(fēng)機(jī),以獲得高效率、低能耗的可控轉(zhuǎn)速及風(fēng)量,并通過風(fēng)量和風(fēng)壓的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)井下制冷設(shè)備的控制。

2 風(fēng)機(jī)送風(fēng)量與制冷量之間的關(guān)系

井下制冷降溫設(shè)備的工作原理在于將被壓縮為高溫高壓液體的制冷劑,經(jīng)冷凝和節(jié)流降壓后注入蒸發(fā)器,在蒸發(fā)吸熱后使流經(jīng)蒸發(fā)器的水冷卻,并以低溫冷水的形式,輸出到空氣冷卻器,在空氣冷卻器中,冷凝水與通過采煤工作面的風(fēng)流進(jìn)行熱交換,而使采煤工作面風(fēng)流冷卻降溫。雖然制冷系統(tǒng)存在各種不同的設(shè)備和形式,但都是通過冷卻器,將采掘工作面中的空氣氣流作為載體進(jìn)行熱交換的,工作面內(nèi)風(fēng)量、風(fēng)速的大小,決定著余熱是否能夠高效、穩(wěn)定地排出礦井。因此,必須在設(shè)計(jì)時(shí)明確制冷量與風(fēng)速的定性、定量關(guān)系,最終通過實(shí)際情況,實(shí)現(xiàn)其的最優(yōu)配合方式。

工作面制冷設(shè)備的制冷量與通過設(shè)備的質(zhì)量風(fēng)量及流經(jīng)其入口和出口的焓值有關(guān),其中通過設(shè)備的風(fēng)量與工作面風(fēng)量成正比例關(guān)系,而流經(jīng)設(shè)備入口和出口的焓值則可通過入、出口的空氣溫度及混合溫度設(shè)置工作面風(fēng)流焓值方程。最后得出工作面需冷量QW:

QW=GK(h0-ha)-hkΔd

其中GK為通過制冷設(shè)備的風(fēng)量,h0和ha分別為設(shè)備入口、出口的風(fēng)流的焓值,hk為凝結(jié)水的焓值,而Δd則為凝結(jié)水量。

也可通過該式得出溫度t與風(fēng)量間的變化規(guī)律,即在確保制冷后工作面溫度的基礎(chǔ)上,風(fēng)量越大,進(jìn)入制冷設(shè)備入口的氣溫越高,但在風(fēng)量值達(dá)到一定的程度后,該氣溫值變化不再明顯。這說明風(fēng)量在降低工作面氣溫方面的效果,在其增大到一定值之前比較明顯,此后變化不再顯著,再提高風(fēng)量只能造成能源的浪費(fèi)。因此,應(yīng)根據(jù)不同工作面的具體情況,通過上述算法或直接應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序予以計(jì)算,得出最適供風(fēng)量以獲得最佳的制冷效果。

3 局部通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題

應(yīng)使局部通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)達(dá)到功效高、結(jié)構(gòu)緊湊、風(fēng)壓可調(diào)、運(yùn)行穩(wěn)定、適用范圍廣等要求,并設(shè)置智能控制開關(guān),避免誤操作給供風(fēng)系統(tǒng)及整個(gè)井下作業(yè)帶來的威脅。開關(guān)內(nèi)部應(yīng)通過元件安裝和走線實(shí)現(xiàn)PLC模塊控制、信號(hào)采集以及主回路電路強(qiáng)、弱電的最優(yōu)布置,以實(shí)現(xiàn)下列功能:降低強(qiáng)、弱電電路之間的干擾,使系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠;充分利用開關(guān)內(nèi)部的空間節(jié)省原材料;開關(guān)外部設(shè)置機(jī)械電氣聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)避免使用中的操作失誤。變頻器應(yīng)采用隔爆式殼體,殼體外徑須與局扇電機(jī)外徑一致,在不影響風(fēng)機(jī)使用性能的前提下,滿足變頻器散熱的需求;變頻器總成設(shè)計(jì)成局扇主機(jī)組型式,外筒按局扇系列化尺寸設(shè)計(jì),并可獨(dú)立裝拆,從而實(shí)現(xiàn)與局扇的組合;為降低電磁干擾,使實(shí)測參數(shù)符合國家標(biāo)準(zhǔn),變頻器控制操縱盒應(yīng)與變頻器設(shè)計(jì)成一體,并設(shè)置與智能控制開關(guān)聯(lián)結(jié)的端口,以滿足用戶的個(gè)性化需求。

通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)可根據(jù)工作面的瓦斯?jié)舛扰c實(shí)際空氣溫度實(shí)現(xiàn)局扇轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié),在保證井下瓦斯、氣溫安全的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)節(jié)能、穩(wěn)定的運(yùn)行。在必要的情況下,可通過局部通風(fēng)系統(tǒng)的變頻器操作盒控制按鈕或智能控制開關(guān)操作按鈕,通過人為干預(yù)進(jìn)行局扇的運(yùn)行轉(zhuǎn)速設(shè)定,轉(zhuǎn)速一經(jīng)設(shè)定就應(yīng)不受瓦斯傳感器的影響,局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)中設(shè)定的轉(zhuǎn)速始終應(yīng)保持不變。啟動(dòng)時(shí),可便捷地通過智能局部通風(fēng)系統(tǒng)的變頻器操作盒控制按鈕的“啟動(dòng)、啟動(dòng)、增大、減小和停止”五個(gè)按鈕進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)的切換,而無需改變局扇接線即可改變其轉(zhuǎn)向。在通風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速裝置斷電后仍可記憶運(yùn)行狀態(tài),下次重新復(fù)電,仍保存為原來值,無須重新設(shè)定。同時(shí),可以連續(xù)記錄變頻器一個(gè)月的運(yùn)行參數(shù)方便操作人員和檢修人員的查詢。風(fēng)機(jī)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能,以避免全壓啟動(dòng)情況下初始高強(qiáng)度電流對(duì)設(shè)備的沖擊,并有意識(shí)地降低其運(yùn)行時(shí)的噪音。此外,智能局部通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),使智能局部通風(fēng)系統(tǒng)在礦井安全系統(tǒng)監(jiān)控狀態(tài)下進(jìn)行工作,以完善其自我診斷、自我保護(hù)的功能。

在局部通風(fēng)機(jī)的選型上,應(yīng)注意:井下風(fēng)流速度應(yīng)控制在0.5m/s～4.0m/s,以符合《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定,局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)按掘進(jìn)巷道長度最困難時(shí)期來選型;局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處巷道風(fēng)流量應(yīng)大于局部通風(fēng)機(jī)最大進(jìn)風(fēng)量;智能局部通風(fēng)系統(tǒng)選型時(shí)風(fēng)機(jī)型號(hào)應(yīng)比普通局部通風(fēng)機(jī)型號(hào)(電機(jī)功率)大一個(gè)數(shù)量級(jí)。

4 結(jié)語

綜上所述,局部通風(fēng)機(jī)的控制不但與井下瓦斯的排除有關(guān),也關(guān)系到對(duì)礦井熱害的防治。作業(yè)中應(yīng)全面參考工作面的地質(zhì)條件,對(duì)其瓦斯、巖溫等情況進(jìn)行詳細(xì)的勘察和科學(xué)的計(jì)算,從而得出通風(fēng)系統(tǒng)的最適供風(fēng)量,并通過對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備的智能改進(jìn)提高其運(yùn)行效率及可靠性。

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