一、针对煤矿高瓦斯矿井通风系统防超限安全解决方案

煤矿主通风机承担着供给井下充足的新鲜空气，排除、冲淡矿井中有毒有害气体和矿尘，调节矿井气候条件并创造良好的工作环境，提高矿井的抗灾能力。我国煤矿大部分都属于高瓦斯矿井，瓦斯浓度是否超标是影响矿井安全生产的主要因素。所以矿井通风系统的重要性是不言而喻的，作为通风主要动力的提供者，主通风机素有“矿井肺腑”之称，其设备的性能和工作效率与矿井瓦斯含量之间有着紧密的联系。由主通风机造成的“通风失稳”若得不到及时处理，会引发瓦斯积聚、超限，甚至瓦斯爆炸事故，对煤矿安全生产的影响将是灾难性的。
目前大部分矿井所使用的通风设备存在各种不足。需要停风倒机且倒机时间过长。在此期间，难以保证主通风机倒机期间通风动力的持续供应，从而导致矿井短时间通风能力不足，井底瓦斯含量瞬时超标而产生巨大的安全隐患，严重威胁到矿井的安全生产和工人的生命安全。矿井主扇不停风倒机系统就是针对这些安全隐患研制的高效可靠的井下通风系统。结束主扇倒机需要停风的历史，在矿井生产中不间断的为井下提供足够的风量，严格控制井下空气中的瓦斯含量，尽可能排除由于通风不畅导致的安全隐患。

● 主扇风机不停风倒机系统的作用及影响

对高瓦斯矿井而言，瓦斯积聚和瓦斯超限是矿井安全生产的重大隐患。主扇风机一用一备不定期的倒机则承受着避免瓦斯积聚和瓦斯超限等安全标准的巨大挑战，过长的倒机时间是一般瓦斯矿井所不能承受的。与“主通风机的故障停机和运行异常”造成煤矿通风系统源头失稳而引发的瓦斯超限事故的重要原因相比，主通风机倒机停风造成的瓦斯超限事故更为常见。因为主通风机按照传统的“停风倒机”操作方式在定期倒机过程中的“短时停风”以及由于传统的“停风倒机”模式中备用风机为冷备用方式，一旦备用风机因为意外无法按预期启动，煤矿通风在短时间内将难以恢复而形成通风失稳，对于“高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井”很容易引发瓦斯超限事故，威胁煤矿的安全生产。

该系统采用通风机热备用的思路，可确保主通风机倒机期间通风动力的持续供应，具有矿井主通风机不停风自动倒机、“一键式”操作倒机和自动识别运行通风机故障的功能。通过检测及控制系统，逻辑控制快速开启或闭合风门，实现通风机的快速切换，使倒机过程中对通风系统的影响由传统方式下的“系统停风”缩短为“风量波动”，故障状态下的倒机时间缩短，将原主扇通风机倒机时间由现在的五分钟以上甚至十分钟，缩短到风量波动仅四十秒左右。该系统的使用，使主扇通风机倒机这个安全的薄弱环节得到了改善，对矿井的安全生产有着巨大的意义。

此外本系统在高瓦斯矿井的配备还会带来可观的社会效益和经济效益。煤矿通风机不停风倒机项目投入运行后，杜绝了因倒机期间通风中断造成的瓦斯积聚、超限现象，消除了安全隐患，提高了整个通风系统的安全可靠性，有效的保证了煤矿的安全生产，具有积极的社会效益；主通风机倒机期间瓦斯超限问题的消除，节省了原来因为倒机造成瓦斯超限而进行瓦斯排放所浪费的时间，为煤矿创收提供时间保证，取得了一定的经济效益。

二、主扇风机不停风倒机系统倒机特点及过程

1.降低启动风阻，提高电机启动成功率

根据通风机的启动特点，其启动电流的大小和持续时间与风阻有关。可以在原通风系统增加水平对空短路风门即即自密式水平百叶窗风门。通过设置该风门，可以降低原“停机倒机”模式下，风机挂网启动时的阻力，通过降低风机启动风阻，提高风机电机启动的成功率。

2.备用风机由冷备用过渡到热备用，确保倒机成功率

为了进一步克服备用通风机在传统“停机倒机”方式下能否正常启动的不确定性问题。在原运行风机不停机的前提下启动备用风机，如果能够正常启动，则可以实现可靠的热备用；如果出现问题造成无法启动可以暂停倒机操作先进行故障的排查和检修，因为实质的倒机过程还没有开始，不会影响原来风机的正常的挂网运行。因此通风机由冷备用向热备用过渡进一步提高了倒机的成功率。

3.利用风门切换，通过控制系统实现倒机过程井下通风动力的有效供应

为了消除现有“停机倒机”模式下在通风机倒机过程中系统短时停风的安全隐患，本系统采用新型煤矿主通风机“不停风倒机”模式，该倒机模式最突出的特点在于实现了倒机过程中通风动力的有效供应，因而为煤矿主通风机倒机期间系统的不停风提供了有效地保障。在倒机过程中风路切换是实现倒机的重要过程，不停风倒机系统的风路切换是由两个自密式水平百叶窗风门、两个电动侧开式（场地有限时也可采用立式）风门联合动作来完成，切换快速、灵活，配合控制系统实现了通风机倒机期间的通风稳定性，杜绝了倒机期间的瓦斯超限问题。结合目前国内矿井使用的主扇通风机的特点，专门设计了不停风倒机流程，并通过自动控制系统予以实现；

三、矿井主扇不停风倒机系统详细介绍

系统组成

矿井主扇风机不停风倒机系统由不停风倒机监控及控制系统和不停风倒机执行系统两大部分组成：

● 不停风倒机监控及控制系统

不停风倒机监控及控制系统中以西门子高端PLC及工控机为核心，内装有为不停风倒机而专门开发的风机故障专家系统及热备用倒机软件程序，此外还配备传感（变送）器、信号测取装置、通讯装置、输出及显示装置等。

● 不停风倒机执行系统

不停风倒机执行系统主要由多个功能风门和执行动力单元组成，又称：对空短路风门和立式挂网调节风门，均安装在矿井引风巷道中，为了方便检修，在立式调节风门前靠近风井的一侧还可加上一道常开备用风门。

 

 

▲ 不停风倒机机械系统示意图

一、“一键式”倒机：采用双机热备模式，优化控制系统，实现井下通风动力不停止状况下两台风机的切换控制，达到“一键式”倒机。

二、故障自动倒机：在发生故障停机时，根据故障状态提示司机进行操作处理，具备故障时自动倒机功能。

三、完善的监控功能（在线监测实施）：

● 风机电机运行状态及风门的开关状态实时在线监测；

● 风机的入口静压、风量、风速信号、入口温度、风机效率实时监测显示；

● 风机电压、电流（工频电流和变频电流）、变频频率、功率、功率因数等电量参数监测及性能分析；

● 风机电机的轴承温度和定子温度在线监测，并具有超限报警功能；

● 风机振动状态信息的监测、显示和分析；

● 以实时图形曲线显示在线测量与处理的风机运行参数；

● 以历史图形曲线显示测量与处理的风机运行参数，并能查询任意时刻的历史数据；

● 以报表形式查询、显示在线测量与处理的风机历史运行数据，可调出风机2年内的监测数据；

● 以多种形式对在线测量与处理的风机运行参数实现越限报警：

◇ 监控主画面参数变成红色显示；

◇ 报警灯光闪烁提示；

◇ 声音报警提示。

● 实现无人值守。

四、自动化性能测试：通过控制系统来调节风量、风压，自动采集数据，实现自动化性能测试。

● 控制风机风门的开、关、停，调节风门到任意角度（0度到90度），使风机固定在某点负压上；

● 依据风机性能测试要求和风机负压范围，系统能自动调节风门，得到各测量点负压；

● 记录测量点的运行参数（风量、负压、功率、电流、振动、效率），生成报表并绘制出风机性能曲线。

五、故障诊断：建立专家系统当风机运行出现不正常状态，能进行正确判断，输出报警信号和自动诊断结论。

● 电机的轴承温度和定子温度的故障诊断；

● 风机水平震动和垂直振动的故障诊断；

● 风机风量骤增和骤减的故障诊断；

● 风机进风口瓦斯浓度的超限诊断。

六、远程通信功能：支持与第三方远程设备（变频器或其他控制设备），实现远程监测。支持多种通信协议，如 Modbus、Opc等，具有多种通信方案，可以方便的把监控数据上传到目前煤矿使用的综合自动化系统，以实现煤矿信息系统的整合。

不停风倒机工作原理

一、根据通风机的启动特点，其启动电流的大小和持续时间与风阻有关。如图1所示，在原通风系统增加水平对可调空短路风门，通过该风门，可以降低原“停机倒机”模式下，风机挂网启动时的阻力，降低风机启动风阻，提高风机电机启动的成功率。

为了进一步克服备用通风机在传统“停机倒机”方式下能否正常启动的不确定性问题，项目采用煤矿通风机倒机前热备用。在原运行风机不停机的前提下启动备用风机，在正常启动后，则可以实现可靠的热备用；如果出现问题造成无法启动，可以暂停倒机操作先进行故障的排查和检修，因为实质的倒机过程还没有开始，不会影响原来风机的正常挂网运行。因此通风机由冷备用向热备用过渡进一步提高了倒机的成功率。 

二、为了消除现有“停机倒机”模式下在通风机倒机过程中系统停风的安全隐患，本系统使用的新型煤矿主通风机“不停风倒机”模式，该倒机模式最突出的特点在于实现了倒机过程中通风动力的有效供应，因而为煤矿主通风机倒机期间系统的不停风提供了有效地保障；风路切换由四个风门联合动作来完成，利用其切换快速、灵活的特点，通过一定的控制策略，本系统很好的实现了通风机倒机期间的通风稳定，进而杜绝了倒机期间的瓦斯超限问题。系统结合了目前国内矿井使用的主扇通风机的特点，专门设计了不停风倒机流程，并通过自动控制执行系统予以实现（结合图1）：

● 1号风机正常运转中，打开2号水平对空短路风门，开启备用风机2号。（此时风机处于空运转状态，所谓空运转是指风流从水平短路风门窗进，出风口出，实现开机前热备用。）

● 经检查（控制系统自检）备用风机2号运转正常后，打开1号水平对空短路风门，同时关闭1号立式挂网风门，使原运行风机1号过渡到空运转状态。

● 打开已运转备用2号旁的2号立式挂网风门，同时关闭2号水平对空短路风门，使之过渡到正常带井下通风网络运转状态。

● 经检查备用风机挂网运转正常后，停下原运转风机，倒机完成。

此外，系统针对煤矿主通风机运行过程中容易出现突然停转现象和由此引发的严重后果，实现了通风机运行故障的自动识别，并保证在一分钟时间内完成向备用风机的切换，可以有效的遏制通风机引发的通风系统事故的扩大。

 

 

现场参考图片

 

 

矿用通风蝶阀  D941W-1C

 

矿用通风蝶阀是我公司专为轴流式风机配套而设计的。

一、结构特点

矿用通风蝶阀，采用优质钢材焊接，具有结构合理，耐磨损、流阻损失小、操作灵活、指示方位明确、维护方便、使用寿命长等优点。可水平安装或垂直安装。配用QAW等电动装置及有关配件，可实现手动、电动无干扰切换，微机程控、电动控制或中央集中控制，是实现自动化控制操作、调节流量的理想设备。

二、工作原理

矿用通风蝶阀主要由阀体、蝶板、阀轴、电动装置等零件组成。当电动装置接受变送仪表上的控制信号或操作器手控信号时，通过输出角位移，把动力传给阀轴带动蝶板作同步旋转运动，达到全开、全闭及任意调节的目的。电动装置与蝶板的开度同步反馈信号，用户可根据信号来控制蝶板的任意开度，也可以通过手动方式来达到全开、全闭及任意调节的目的。若环境温度过低，可配备电加热系统防止风门结冰卡死，保证设备能够正常运行。

D941W-1C外形图

 

 

电动百叶窗风门

 

功能简介

电动百叶窗风门主要用于电厂锅炉烟风道、煤矿、水泥厂、铜冶炼等通风系统的风道上作截流空气，烟气之用，有全开和全关的功能，一般不作调节风量与压头之用，通常布置于空气预热器的烟气与空气仓的进口和出口管道；除尘器和引风机的进口和出口烟道；送风机与一次风机的吸风道与出口风管以及磨煤机进口前的一、二次风道中，在煤矿等通风系统中通常用于风井口风机前后的风道上作截流空气之用。其结构设计轻巧，运行时启闭转动灵活，驱动力短小，密封性能好，能承受风道中的工作压力与温度。全风压开关时间小于40秒。

结构原理

电动百叶窗风门由外部框架、挡板叶片、密封片、前后轴、驱动轴、轴承、轴密封、 曲柄、连杆及执行机构等组成。外部框架采用热轧槽钢或钢板整体冲压成型焊接，大尺寸框架有拉撑管连接组成，挡板叶片设计成机翼形。使其有尽可能小的的流动阻力和在含尘气流下较小的磨损，在制作上为防止叶片板焊接后变形，所以未采用焊接而是采用撑板和撑管，通过撑板两端的螺栓与叶片板连接，然后调整撑板两端的螺母来调整叶片板的平整度，并且在挡板叶片磨损后，可以在不拆卸框架的情况下方便更换叶片板；框架内侧与挡板之间镶有不锈钢的弹性密封片，受风门两侧气流的压差密封；各挡板轴与叶片中间撑臂之间采用定位螺栓连接，挡板轴穿出框架后与曲柄用平键连接，轴颈用填料密封，并由其一根驱动轴连接驱动装置作90度方位的全开与全闭转动；曲柄、连杆为一整体设计，连杆采用双连杆，两端装有调整螺栓，长短可调节并设有拼帽，可以调整每块挡板叶片之间的密封；挡板轴前后采用UCFU调心轴承，该轴承力矩小，具有自润滑作用无需加油，并允许轴膨胀。

风门框架安装在风道后，在上面可以装拆任何部件，井保证在工作状态下可以方便的检修和更换轴承及密封填料。框架翼面与烟风道接口框架或法兰面接触后四周焊接，或采用螺栓连接；电动执行装置可以直接安装在风门本体上面，通过执行器底座直接与驱动主轴联接，或通过驱动轴、连杆及摇臂连接，电动执行装置在平台或就地安装。 

 

 

电动箱式风门

 

功能简介

电动箱式风门的结构和性能及特征，是按国外的先进技术并吸取了国内同类型产品，在设计和运行操作过程中所得经验而制作的，该产品主要用于矿井通风系统风井风机前后的风道上作截流空气之用，有全开和全关的功能，不可作调节风量之用。其结构设计轻巧，密封性能好，运行时启闭灵活，位置正确，具有流体阻力小，开闭较省力，介质流向不受限制，维护方便等优点，并可实施远距离操作。

结构原理

电动箱式风门采用优质钢材焊接而成，主要由框架、闸板、滑轮、电动卷扬机（或风门绞车）、行程开关等部件构成。具有结构科学合理，操作灵活，传动部分无污染，维护保养方便，不易变形，使用寿命长等特点；考虑到风门启闭时会产生一定的外泄露。为此外框架是全封闭的。

电动箱式风门开启时电动卷扬机带动钢绳通过滑轮使连接在其上的闸板克服自重向上作竖直运动，闸门开启，当闸门开启至一定位置时，会触动行程开关使卷扬机断电停止运动，达到安全开启的目的，开启位置可由用户自行定位；反之，卷扬机反方向运动时，则闸板在重力作用下做向下竖直运动，当闸门关闭至一定位置时，会触动行程开关使卷扬机断电停止运动，达到安全关闭的目的，关闭位置可由用户自行定位。若环境温度过低，可配备电加热系统防止风门结冰卡死，保证设备能够正常运行。为节约成本，用户可配电动卷扬机亦可考虑用手动机构取代。

 

 

自复干式立井防爆门

 

防爆门是煤矿安装在装有主要通风机的排风立井井口上的特殊密封井盖。

一、防爆门的作用

1.在正常通风时，防爆门保持气密性，用来隔离井下气流与地面大气，防止风流短路，保证通风系统正常。

2.当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆炸事故时，防爆门被爆炸的气流冲击波打开，从而爆炸气流直接排放到地面大气，降低矿井中气流的压力，起到卸压作用，防止主要通风机因爆炸气流冲击而造成损坏。

3.当井下进风巷道发生火灾或存在有毒气体时，为了防止火焰及有毒气体进入采区危害矿工生命，必须及时进行反风灭火，这就需要及时将防爆门压紧，采用正压方式对井下强制实施反风。

4.当主要通风机停止运行时，可以打开防爆门，以利用自然风压通风，最大限度地为井下提供新鲜空气，保证井下人员的需要。

5.对于少部分煤矿地面采用单风道通风机系统，由于没有备用风道供每三年一次的通风机性能测试使用，矿井需要停产，打开防爆门作为性能测试临时进风口，待测试结束后重新封闭。

二、现有防爆门缺陷

1.防爆门无法复位或者复位困难。 

2.锁扣防爆门耗时多、占用人员多。

3.防爆门不能平稳、同步升降。

4.目前矿区使用的立井防爆门存在着不同程度的漏风现象。

5.密封液容易蒸发，形成严重漏风。

6.不能自动关闭，需要人工关闭，速度慢，影响通风系统正常运行。

7.在多风井煤矿，防爆门开启卸压后若无法自动复位，从而导致其它风井的服务区域受到爆炸事故的危害。

三、自复干式防爆门优点

1.瓦斯爆炸后防爆门能及时复位，确保井下通风系统正常工作。

2.防爆门结构严密不漏风。

3.防爆门的结构有足够的强度并有防抛出的设施。

4.防爆门靠通风机负压保持关闭状态，并安装平衡重物以便于防爆门容易开启。 

5.反风时防爆门在最短的时间内锁紧，以满足10min内实现巷道内反风的要求。

6.在安装防爆门巷道前端不小于500m的地方，安装预警传感器，用于瓦斯爆炸提前打开防爆门，减小爆炸气流对防爆门的冲击作用。

四、工作原理及工作过程

该设计从根本上解决瓦斯爆炸后防爆门的开启及复位问题，排除通风系统附属设施的安全隐患，确保煤矿的安全生产。其结构原理为：

把出风口圆形水槽做成方形，把现有的防爆门（盖）改成铰链开合式结构，转轴在侧面，中间闭合。在出风井口安装一圈型钢，门框的结构为正方形，门框上安装防爆门，防爆门为板式结构，左右各一扇，铰链固定在门框上，门板和门框之间采用板式柔性橡胶条进行密封，密封材料分别在左右门板上形成“口”字密封环，当合上防爆门时，矿井负压使门板紧贴在门框上，从而形成密封，防止漏风的产生。克服了液体密封的液体挥发和冬季冻结的问题，季节对密封影响小，也不需要补充液体。配重装置采用和现有结构相似，反风装置由电动推杆，电机的旋转运动变成推杆的直线运动，电动推杆机体内设有保护装置，当推杆运动到行程开关设定的极限位置或超过其额定推(拉)力时，电动推杆自动停机，达到过载保护目的，使装置不致因过载而损坏。该装置可以通过电缆对防爆门进行远程控制，当需要反风时，开动电动推杆，顶住防爆门，实现锁紧，平时工作时，关闭电动推杆机，推杆缩回，实现防爆门的防爆功能。使煤矿防爆门（盖）在爆炸冲击波的作用下开启后，实现自动复位。

自复干式立井防爆门正常工作状态

 

 

反风时防爆门工作状态

 

 

发生瓦斯爆炸时防爆盖打开状态

 

 

自复干式立井防爆门实物图