智能化变频通风控制系统在掘进工作面中的应用

智能化变频通风控制系统在掘进工作面
中的应用
摘要煤矿掘进工作面现在都采用局部通风机形式的强制通风，现在大多数煤矿采用的依然传统的风机控制开关，存在很多不稳定因素，为了实现煤矿井下掘进工作面通风系统的稳定性，提高掘进工作面通风的自动化水平，铁法煤业（集团）有限责任公司大平煤矿通过技术研究，对S2S5运顺原有通风系统存在的主要问题进行了研究分析，优化了原有的控制系统，采用智能化变频通风控制系统，该通风机控制系统不仅能使风机平稳的启动，还可以监测巷道内的瓦斯浓度，通过工业环网把数据传送到地面控制中心，实时监测监控风机的运行状态实现远程控制等功能。

关键词掘进通风变频监测监控
1 概述
S2S5运顺掘进期间工作面通风方式采用局部通风机正压通风方式进行供风，安装两台型号为FBDN063 2×30kw对旋式局部通风机，风机配电点配备两台的KJZ-200/660Y馈电开关和一台QBZ-2*120ASF风机控制开关。

主风机电源取至由S2采取变电所4#高压开关配出的运顺风机专用变压器，副风机电源取S2S5运顺材料到风机配电点的3#移动变电站。

2 原局部通风系统存在的主要问题
局部通风机控制系统简单，自动化程度低：原来的局部通风机控制系统通风机无法远程自动实现切换，需要每班安排风机工进行切换试验，通风机运转过程中出现故障，不能实时发出预警。

风机运行参数不能实时监控：局部通风机在工作中地面调度室不能对风机运行参数进行实时的监测，并且不能与其他的辅助监控系统进行融合，不能及时掌握风机的实时运行状态，故障率高，为煤矿安全生产留下安全隐患。

风速自动无法调节：原来局部通风机控制系统设计时都留有了一定冗余，并
且原有的风机控制开关只能实现风机直接启动，风机只能运行在最大功率，这样
在掘进初期一直到后期，如不对局部通风机进行管理调节，会造成电量的浪费。

启动电流过大：局部通风机控制系统原来采用的是直接启动的方式，启动过
程中启动电流较大，对风机、风筒冲击大，增加了风机、风筒日常维护量，影响
通风机的使用寿命；同时如果在同一条线路上布置两台以上的通风机的同时启动
还有可能造成启动电流过大导致上一级开关误动作，造成停风事故的发生。

3 智能化通风控制系统的结构
智能化通风控制系统主要由地面集控室操控系统、矿山工业智能
化万兆环网、智能化通风机控制系统、温度风速瓦斯控制系统。

地面集控室操控系统主要由地面万兆网核心交换机、控制室交换机、上位机
控制系统。

控制室交换机通过核心交换机与井下防爆万兆网交换机建立可靠的连
接方式，并且在基于万兆网的系统中网络安全服务质量大大提高、网络带宽大大
增加、反应速度大大提升，为集中控制提供了可靠的网络通信。

上位机控制系统
由主机安装的组态软件通过万兆环网与井下的变频风机控制器进行通信，不仅仅
可以在上位机上监视通风机的运行状态读取各种参数，还可以对通风机进行远程
控制，对井下局部通风机实施了监测监控。

有效的保证了井下通风机的安全运行。

智能化通风机控制系统主要由智能化双变频调速装置（BPJ2-110/660SF）、
馈电开关（KJZ-200/660Y），对旋式局部通风机(FBDN063 2×30kw)，防爆万兆
网交换机组成。

智能化双变频调速装置内置带有PLC控制器，PLC控制器通过光
纤连接与万兆网交换机进行通信并将数据传送地面上位机。

温度风速瓦斯控制系统主要由瓦斯传感器、风速控制传感器、温度传感器等
组成。

这些传感器都安装在掘进工作面内，通过与智能化双变频调速装置内带有PLC控制器进行通信，PLC控制器采集各种数据，进行对风机的控制。

4 智能化双变频调速装置的主要功能
4.1自控通风功能
调速装置在煤矿井下正常工作时，运行在自控通风状态。

调速装置工作在自
控通风状态下，根据煤矿安全规程，在不同工况下，调速装置功能如下：调速装
置工作在自动检测 T3 浓度，当 T3 浓度超过 T3 安全设定值时，调速装置由自
控通风自动跳转到自控排放。

如果瓦斯传感器 T1、T2、T3 任何一个断线或出现
故障，由于检测不到瓦斯浓度，依据安全运行和混合风流处的瓦斯浓度不超限的
原则，调速装置自动运行在通风下限频率。

在瓦斯传感器 T1、T2 无故障且 T1、T2 浓度都小于各自的安全设定值的情况下，为保证工作面有充足的新鲜风流，
又能实现节能，调速装置自动将运行频率降低，直至通风下限频率。

如果 T1 浓度、T2 浓度有任一个超过各自的安全设定值，调速装置自动将运行频率升高，
直至通风上限频率（上限频率可设定）。

4.2手控频率功能
在排放瓦斯过程中，若 T3 故障，则无法自动控制，此时可采用人工控制排放，根据瓦检员监测混合风流处瓦斯浓度，手动控制通风机转速，进而控制通风
机风量达到安全排放瓦斯的目的。

设置为手控频率运行方式时，调速装置只受手
动设置频率控制，运行在设定频率，与任何一个瓦斯传感器的浓度无关。

4.3风电闭锁功能
调速装置启动运行 1 分钟且运行频率在 15HZ 以上时，风电闭锁接点闭合。

停机，运行频率小于 15Hz 时，风电闭锁接点断开。

瓦斯、电闭锁T1、T2、T3
三只瓦斯传感器任何一个断线、故障或浓度超过各自的安全值，瓦斯、电闭锁断开。

T1、T2、T3 三只瓦斯传感器浓度都小于各自的安全值，瓦斯、电闭锁闭合。

4.4瓦斯电闭锁功能
T1、T2、T3 三只瓦斯传感器任何一个断线、故障或浓度超过各自的安全值，瓦斯、电闭锁断开。

T1、T2、T3 三只瓦斯传感器浓度都小于各自的安全值，瓦斯、电闭锁闭合。

4.5双电源自动切换功能
主通风系统故障时，调速装置通过输出接点自动控制备用通风机前级开关入
使用，并控制备用通风机启动供风。

专线线路修复后，重新投入使用，调速装置
自动切断备用通风机前级开关并控制专线通风。

5 双变频调速装置工作原理
双变频系列产品是在单变频控制系统基础上发展而来，由两套相对独立的变
频控制系统和双机切换控制系统组成。

两套变频控制系统都采用与单变频控制系
统相同的模糊处理器和 DSP 处理器，实现相同的控制功能。

两套变频控制系统
同步接收三只瓦斯传感器 T1、T2、T3 检测到浓度信号，均可实现依据瓦斯浓度
变化自动调节通风机的转速，依需供风，保证安全的同时又可达到高效节能的目的。

如下图所示，两套变频控制系统通过双机切换控制器实现双方之间的数据通讯，双机切换控制器实现主通风机通风系统出现故障，备用的通风系统会立即启
动供风，确保煤矿井下通风系统不间断供风。

两套相对独立的变频控制系统通过
各自的人机接口自行设定参数和数据显示。

并且通过双机切换控制器可对外统一
输出风、电闭锁及瓦斯、电闭锁和机械、电闭锁控制接点。

通过地面上位机集中
控制监控，就可以实现所有的操作方式。

6 经济效益
采用智能化通风控制系统控制煤矿井下局
部通风机，不仅可以利用其自控通风功能、手
控频率功能、风电闭锁功能、瓦斯电闭锁功能、双电源自动切换功能对其进行控制，还可以在上位机上监视通风机的运行状态读
取各种参数，对通风机进行远程控制，对通风机实施了监测监控，及时了解风机
的运行状态，降低了风机停风事故的发生。

根据通风部门计算及现场实际测量，S2S5运顺工作面，风机工作在频率
f=35HZ时，能够满足掘进工作面的通风需求。

根据公式：
没采用变频调速技术局部通风机一年需消耗电量：
W1=60×24×365=525600度
采用变频调速技术局部通风机一年需消耗电量：
W2=21×24×365=183960度
可节约电量：
W=525600-183960=341640度
可节约电费约为341640×0.72=23.9万元
7 结论
大平煤矿S2S5运顺掘进工作面采用智能化变频通风控制系统，该通风机控
制系统不仅能使风机平稳的启动，还可以监测巷道内的瓦斯浓度，通过工业环网
把数据传送到地面控制中心，实时监测监控风机的运行状态实现远程控制等功能。

工作中减轻职工体力消耗，提高了工人工作效率，大大降低了煤矿井下停风事故
的发生保证煤矿安全稳定的运行，每年风机及风筒的维修费用不计还能节约电费23.9万元，节能效果显著，具有广泛的应用前景。

第一作者简介姓名：赵麟（1984-），性别：男，职称：工程师。

2009年毕
业于辽宁石油化工大学信息与控制工程学院自动化专业，现任职于铁法煤业（集团）有限责任公司大平煤
矿。

第
二作者简介：王岩（1987年-），男，2013毕业于辽宁工程技术大学机械制造及
自动化专业，现任职于铁法煤业（集团）有限责任公司大平煤矿。

联系电话
139****3179。

第三作者简介：姓名：张庆宇（1983-），性别：男，职称：高级工程师。

2007年毕业于辽宁工业大学电气工程及其自动化专业，现任职于铁法煤业（集团）有限责任公司大平煤矿。