CN104806280B - 一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，利用自然风压定向调控原理，通过调节冬季供给井筒的热风量，使易发生风流停滞或反向的井筒形成促进其进风的自然风压，从而解决冬季多进风井筒风流紊乱问题。具体为在井筒及相关联络巷中布置风流参数传感探头，根据井筒风流参数在上位机的监控软件中编制程序，结合变频器和PLC对井筒热风机组的压风机转速和送风阀门开度进行自动组合式调节，从而改变井筒的平均风温和密度差，形成促进风流紊乱井筒进风的定向自然风压，最终达到改变井筒进风量的目的。本发明可借助工业环网和上位机软件，对各井筒进风量实现远程调节，具有自动和手动两种调节模式，操作方便、有效、快捷。装备安全可靠、易于维护，可有效提高机械抽出式矿井通风系统的稳定性，非常适合在煤矿安全生产中推广、使用。

Description

一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备

技术领域

本发明涉及一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，属于煤矿通风与安全技术领域。

背景技术

机械抽出式矿井中，与地表直通的多进风井筒之间存在的闭合网孔，在有平均温度差或空气柱密度差的情况下，可产生阻碍某一井筒进风的自然风压。尤其在寒冷冬季，井筒更易发生风量明显减小、风流停滞甚至反向的不稳定现象，其属于局部通风系统风流紊乱问题，一直是威胁矿井安全生产反复多发的现场难题。

当井筒风量明显减小或风流停滞时，可造成井下皮带运输系统无风，受设备运转及围岩散热等因素影响，巷道温度过高；对于煤矿提升井，可使井底煤仓中释放的瓦斯无法稀释，导致局部巷道瓦斯积聚和传感探头报警，在电火花出现时还可引发瓦斯爆炸。风流反向时，可将井底瓦斯、粉尘及水蒸汽带入井口房，污染作业环境，缩短设备使用寿命。此外，由于自然风压作用，存在风流紊乱的进风井筒中易引起某一井筒进风量过大，超出井筒的防冻供热能力，引发淋水较大井筒壁面结冰，为井筒安全埋下重大隐患。

当前，针对冬季进风井筒的风流紊乱问题，生产现场主要采用减小井筒间风流温差、增加井筒间通风阻力和提高通风机静压等应急方法。这些控制方法虽然能够解决当时的井筒风流紊乱问题，但随着时间的推移，井筒反风、风量明显减小问题仍可反复出现，不能从根本上使问题得到解决。

冬季大气环境温度较低时，冷风流对进风井筒温度易产生较大影响，多采取井筒防冻措施。进风井筒在不同热源作用下，易于使井筒间产生平均温度差形成阻碍井筒进风的自然风压，且这种自然风压的大小易于随大气环境温度及井筒热源的变化而变化，这是多进风井筒风流紊乱现象易于反复出现的主要原因。

因此，需要根据井筒间自然风压的变化规律，开发一种能够方便有效调控井筒进风量，彻底解决风流紊乱问题的技术及装备。该技术装备对于增加通风系统稳定性、防止井筒结冰以及保障矿井的安全生产均具有重要意义。

发明内容

根据不断变化的大气环境及井筒温度，通过不断调节供给进风井筒的热风量，使易发生风流紊乱的井筒形成促进其进风的自然风压，增加其进风稳定性，进而使各进风井筒风流停滞或反向现象不再反复出现，是解决多进风井筒风流紊乱问题的技术关键。因此，本发明基于可控井筒热风的自然风压定向原理，旨在提供一种运行稳定，易于维护，能够从根本上方便、有效解决风流紊乱问题的技术及装备。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述的一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，首先，对每个进风井筒安装一用一备热风机组，即利用压风机将冷风流压入机组壳体，被空气加热器加热后经过送风阀门和出风通道导出,利用热风道在井筒内与冷风混合，或直接由出风通道导入井口房内进行混合。其次，分别利用变频器、电动执行器、PLC及相关电路元件实现对各井筒机组风机转速和送风阀门开度的调节控制，进而实现对各井筒热风量的就地调控。然后，利用工业以太网和上位机监测调控软件，实现对井筒热风量的远程调控，使系统操作更加方便、有效、快捷。通过编制上位机软件，对所有井筒的热风机组可进行启停操作，并可对压风机运行状态、送风阀门开度以及故障显示等进行监测和调控。最后，在井筒内和井底、地面大气环境、机组出风通道处分别布置温度传感器，以及在进风井筒相关联络巷布置风速及瓦斯浓度传感器，监测大气环境温度、井筒风速与风量的变化情况，并将这些风流参数模拟量，通过交换机传输至PLC和上位机软件中。根据这些实时风流模拟量，编制自动调控程序，使系统自行调节压入各井筒热风量，改变井筒的平均风温和密度差，形成促进风流紊乱井筒进风的自然风压，最终达到改变井筒进风量的目的。

本装备利用变频控制柜、PLC及上位机监控软件，对压入每个井筒的热风量均可实现现场就地调节和远程监控调节。现场就地调节主要通过变频控制柜面板旋钮进行启动和风机转速调节。而远程监控调节，可根据井筒风流速度和温度，在上位机软件中输入阀门开度和变频风机频率进行手动调节，也可利用调控程序自动调节，当系统调控失败，导致井筒风速过小、壁面结冰或瓦斯浓度过高时，将发出声音报警信号，并显示故障信息。

本发明用于解决进风井筒风流发生紊乱问题之外，还可作为冬季井筒防冻设备。整套装备安全可靠、易于维护，能够方便、快捷、有效地增强通风系统的稳定性，提高井筒加热效果并防止井筒结冰，非常适合在井筒易于发生风流紊乱的矿井通风系统中推广、使用。

附图说明

图1本发明所述装备原理结构示意图。

图2本发明所述技术及装备现场实施与安装示意图。

图中：

1.变频压风机 2.热风机组壳体 3.空气加热器 4.送风阀门 5.出风通道 6.热风道 7.阀门电动执行器 8.变频控制电路柜 9.PLC控制电路柜 10.隔热墙 11.光纤及电缆12.交换机 13.上位机 14.地面温度传感器 15.热风温度传感器 16.井筒风流参数传感器

具体实施方式

本发明的中心思想是利用变频器、PLC和送风阀门有效控制压入各进风井筒的热风量，并通过上位机监测调控软件，根据热风温度、流入井筒冷风温度、井筒内及井底温度、井筒风流速度及所含瓦斯浓度等传感器模拟量平衡各井筒风流的平均温度差及密度差，形成促进易风流紊乱井筒进风的定向自然风压，从而实现方便、快捷地对井筒风量的调节与控制，最终实现彻底解决多进风井筒风流紊乱问题。

下面结合附图1、2对本发明所述技术及装备进一步说明。

由图1所示，本发明所述技术及装备主要包括井筒热风生成系统、热风调控系统、风流参数采集系统和远程监测调控系统四个部分。

根据图2，其中热风生成系统主要包括变频压风机1、热风机组壳体2、空气加热器3、送风阀门4和出风通道5。对于每个进风井筒，分别安装热风生成系统，将一部分地面冷风由变频压风机1压入热风机组壳体2，由以蒸汽为热媒的空气加热器3加热后，经过送风阀门4和出风通道5导入井筒。图2中通过热风道6以在井筒内进行热风与冷风混合的方式加热井筒，也可将热风直接进入井口房进行加热。然后可进行热风调控系统安装。

热风调控系统主要包括阀门电动执行器7、变频控制电路柜8和PLC控制柜9。阀门电动执行器7通过接入PLC控制柜9，可对送风阀门4的启闭和开度进行远程控制、现场控制、总线型集中控制，断电时也可通过转动手轮进行开度调节。变频控制电路柜8主要利用变频器对变频压风机1进行转速调节，通过接入PLC控制柜9，对各井筒机组压风机实现就地启停、频率调节、远程就地模式切换操作，并具有变频、工频两种冗余控制方式，且配备风机电路保护器和双回路自动切换电源。热风生成系统和调控系统之间可用隔热墙10分开，降低室内环境温度，保障变频设备的正常运行。

为了能够监测大气环境温度及井筒内风流的状态，分别安装地面温度传感器14、热风温度传感器15和井筒风流参数传感器16。指示井筒温度的传感器分别布置在井筒中冷热风流混合均匀处和井底，指示井筒风速的传感器可直接安装在井筒的罐道横梁上或是与井筒相关的联络巷断面中。在井筒联络巷瓦斯易积聚点可安装瓦斯浓度传感器，传感器均通过井筒分站与交换机接入上位机13。

为更加方便、有效、快捷地调节井筒间自然风压，安装远程监测调控系统。系统主要包括光线及电缆11、交换机12、监测调控软件及上位机13。通过编制上位机软件，可根据井筒风流状态参数，对所有井筒的热风机组可进行启停操作，并可对压风机运行状态、送风阀门开度以及故障情况等进行显示和设置。此外，利用这些实时风流模拟量，编制自动调控程序，使系统自行调节压入各井筒热风量，改变井筒的平均风温和密度差，形成促进风流紊乱井筒进风的自然风压，最终达到改变井筒进风量的目的。当系统调节失败，使井筒风速过小、壁面结冰或瓦斯浓度过高时，可发出声音报警信号，并显示故障信息。本发明具有远程与就地、工频与变频、自动与手动等多种井筒温度调控方式，安全可靠、用于解决进风井筒风流发生紊乱问题之外，还可作为冬季井筒防冻设备。

Claims (6)

1.一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，其特征在于，包括井筒热风生成系统、热风调控系统、远程监测调控系统、风流参数采集系统四个部分；

井筒热风生成系统的特征是，每个井筒配备两台以水蒸汽为热媒的热风机组，一用一备均可实现独立调节，且故障时可自动进行切换，热风机组利用变频专用风机将冷风流压入壳体，被空气加热器加热后的冷风经过送风阀门和出风通道导入进风井筒，其中壳体采用保温隔热材料；

热风调控系统的特征是，利用变频器、电动执行器、PLC及相关电路元件对热风机组的风机转速和送风阀门开度进行组合调节，使易发生风流停滞或反向井筒形成促进其进风的自然风压，增加其进风稳定性，其中送风阀门具有液晶屏显示功能，断电时可通过转动手轮进行手动调节；

风流参数采集系统的特征是，在井筒冷热风流混合均匀处、井底、地面大气环境和机组出风通道处分别布置温度传感器，在井筒或相关联络巷中布置风速传感器，在井筒联络巷瓦斯易聚集点安装瓦斯浓度传感器，风速传感器安装在井筒的罐道横梁上或与井筒相关的联络巷断面中，温度和风速传感器均为矿用防爆、本质安全型，并将实时数据通过交换机传输至PLC和远程监控系统中；

远程监测调控系统的特征是，根据所采集风流参数模拟量，利用工业以太环网、上位机和调控软件，自行调节压入各井筒热风量，改变井筒的平均风温和密度差，形成促进风流紊乱井筒进风的自然风压，增加其进风稳定性，从而实现对井筒风流紊乱的远程控制，其中调控软件可对所有井筒的热风机组进行启停操作，并可对压风机运行状态及送风阀门开度、井筒风流参数进行显示与设置，且具有故障、报警提示和监测调控功能。

2.根据权利要求1所述的一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，其特征是，变频专用风机根据井筒所需热风量及热风道通风阻力进行选型。

3.根据权利要求1、2所述的一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，其特征是，热风利用热风道在井筒内与冷风混合，也可直接由出风通道导入井口房内加热冷风再进入井筒，或采用以上两种相结合的方式。

4.根据权利要求1所述的一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，其特征是，热风调控系统对各井筒机组压风机可实现就地启停、频率调节、远程就地模式切换操作，并具有变频、工频两种独立控制方式，且配备风机电路保护器和双回路自动切换电源。

5.根据权利要求1所述的一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，其特征是，送风阀门可通过远程控制、现场控制、总线型集中控制三种控制方式对阀门实现启闭与开度调节。

6.根据权利要求1所述的一种多进风井筒风流紊乱调控技术及装备，其特征是，本发明用于解决进风井筒风流发生紊乱问题之外，还可作为冬季井筒防冻设备。