矿用智能瓦斯排放系统的设计与应用
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【摘要】局部通风变频控制系统是为井下局部通风机配套的专用控制系统，根据工作面瓦斯浓度可自动调节风量，可实现双风机双电源的自动切换，达到工作面按需通风和安全高效排放瓦斯的目的，对煤矿节能降耗、安全生产具有重要意义。
【关键词】局部通风机；变频器；智能排放瓦斯
1.引言
局部通风机安装地点多、运行时间长，且分散、耗能大，故它的运行时间和运行效率直接影响井下作业条件和煤矿的生产成本。[1]
目前的煤矿井下局部通风机大部分采用双风机双电源开关驱动，相比于智能瓦斯排放系统，双风机双电源开关结构简单、功能单一，通过接触器来实现风机的起停和切换，没有瓦斯监测和自动调风功能，无法实现瓦斯的智能排放。局部通风机瓦斯智能排放系统是为井下局部通风机配套的专用控制系统，可以实现双风机双电源的自动切换、根据工作面瓦斯浓度自动调节风机风速等功能，达到工作面按需通风和安全高效排放瓦斯的目的，对煤矿节能降耗、安全生产具有重要意义。[2]
2.系统组成和工作原理
系统由BPJ系列局部通风机用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速器、瓦斯传感器、风速传感器、局部通风机、专线电源开关、混线电源开关组成。系统布置见图1。
主回路由专线电源开关、主变频器、主风机组成，备用回路由备用电源开关、备用变频器、备用风机组成。上电后主回路工作，当主回路出现故障后切换到备用回路，主/备回路的控制和切换通过变频器内的PLC来实现。变频器具有手动和自动两种控制模式，在自动模式下，变频器采集各点的瓦斯浓度，采用模糊控制算法，控制变频器的输出频率，改变局部通风机的风量，使其工作在正常通风和瓦斯排放两种状态，达到节能和高效排放瓦斯的目的；在手动模式下，人工输入变频器输出频率，控制风机启停，调节风量。
3.系统功能
（1）正常通风功能：正常通风时，在确保涌出瓦斯浓度不超限的前提下，根据工作面所需风量，自动或手动调节通风机输出风量，实现节能通风，改善工作面环境。
（2）排放瓦斯功能：变频器在排放瓦斯时，依据传感器检测的各处的瓦斯浓度自动控制局部通风机转速，调节输出风量，控制回风巷汇合风流处的瓦斯浓度在安全范围内，实现最大效率无超限自动排放瓦斯。
（3）双电源自动切换功能：专线电源故障时，变频器自动控制备用电源投入使用，并控制备用风机启动供风。
（4）通风状态与排放瓦斯状态自动切换功能：当工作面瓦斯浓度超过设定值时，变频器自动由通风状态切换到排放瓦斯状态。
（5）自动控制与手动控制切换功能：变频器可以分别工作在自动模式和手动控制模式。
（6）瓦斯电闭锁功能：瓦斯浓度超限时，输出控制信号控制工作面动力电源开关断电，实现瓦斯电闭锁。
（7）风电闭锁功能：变频器或风机出现故障停机时，输出控制信号控制工作面动力电源开关断电，实现风电闭锁。
（8）参数设置功能：瓦斯浓度超限值等参数可以通过人机界面进行设置。
（9）状态显示功能：实时监测当前各瓦斯传感器的的瓦斯浓度、风筒风速，电机运行的电压、电流、频率，以及各种故障报警信息，报警信息具有历史查询功能。
（10）手动控制功能：手动模式下，可以实现风机的启停、风速调节功能。
（11）远程监控功能：通过通讯接口远程读取风机运行参数，控制风机启停、调速。
（12）声光报警功能：当出现瓦斯浓度超限、变频器故障、风机故障时，对应的报警灯闪烁并且发出语音报警，提醒工作人员。
4.局部通风机用隔爆兼本质安全型双电源双变频调速器设计
变频调速器主/备回路实现了完全的电气隔离，主回路出现故障的情况下能自动切换到备用回路运行，保证不间断通风，见图2。变频器机芯采用一体化设计，可靠性高，安装、检修方便。中文液晶显示界面具有丰富的参数设置和状态显示功能，状态显示界面见图3。接口类型丰富，可外接电流型和频率型瓦斯传感器、风速传感器，具有RS-485通讯接口，可实现变频器的远程监控。预留电机温度传感器和电机故障诊断输入接口，实现电机的过温保护和故障诊断功能。
5.结语
矿用智能瓦斯排放系统解决了传统局部通风机“大马拉小车”的现象，节省了电能；根据工作面所需风量自动调节风速，有效降低工作面粉尘浓度，改善工作面环境。工作面瓦斯积聚时，根据回风巷瓦斯浓度，自动控制瓦斯排放速度，防止“一风吹”现象，在保证回风巷瓦斯浓度不超限的前提下，以最大速度排放瓦斯。在主回路电源、变频器、主风机出现故障的情况下，能自动切换到备用回路运行，保证工作面的正常通风。
参考文献
[1]周庆生，祝龙记.局部通风机变频调速系统的应用[J].煤矿机电，2004（04）：42-44.
[2]杨九生，李松秀，李高峰.采掘工作面局部通风机变频调速装置的应用[J].中国西部科技，2010（22）：45-46.
[3]聂文艳，金林，王仲根.变频技术和模糊控制在局部通风机中的应用[J].煤矿机械，2006（8）：147-149.