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变频驱动煤矿主通风机自动化系统

摘要：本文通过介绍某煤矿变频驱动主通风机自动化系统的组成及方案实施，指出煤矿
主通风机采用变频驱动不仅可以长期安全可靠运行，而且能为企业带来良好的社会经济效
益。

1概述

煤炭工业堪称我国第一能源工业,既是产能大户,又是耗能大户,同时也是节能潜力
大户，煤矿主通风机也是煤矿生产的耗电大户。煤矿通风机节能技术措施多种多样，目前国
内采用的风机调节方式主要有三类：通风网路调阻、通风机结构调整及调速节能。而采用调
频调速的变频技术对现有用电设备进行节能改造，是解决我国煤炭工业高消耗、低效益的根
本措施。

煤矿开采遵循以风定产的要求，有多大的风量就允许有多大的开采量，风量随煤的
产量的增加而增加。在采煤作业中瓦斯随着煤的开采不断地涌出，涌出瓦斯与煤的开采量呈
正比，而保障每个煤矿工人正常工作所需的新鲜空气也与煤的开采量呈正比。

在实际的能源开采中，会随着生产周期的延长而扩大开采范围、加深开采深度，故
对风量的需求也会有一定的变动。另一方面，随着年复一年的矿井生产，其生产能力也会减
弱，此阶段矿井对风量的需求则会越来越小。

由此可见，煤矿生产过程中对于通风量需求的变化就为生产节能提供了非常有利的
条件。

2煤矿通风系统介绍

矿井通风系统的主要功能就是赶出或者是通过通风稀释矿井下由于能源开采产生
的有害气体和粉尘，以保证工作人员能够有健康的工作环境。此外，通风系统还可以调节煤
矿井下的温度，切实改善井下工作环境，由此可以保障煤矿工人身心健康，以及采煤设备的
正常运转，如图1所示。

通风系统有三种形式。一般根据矿井的深浅、矿井周边地理情况及开采能源自燃情
况严重与否等，采取抽出式、压入式或抽压混合式通风系统中的一种。

通风系统由通风网络和通风动力设备以及相关的控制设施组成。风流由进风井进入
井下，有害的气体随气流由回风井排出，从而保证井下作业的安全。

煤矿通风网络是由进风井、回风井以及井下纵横交错的巷道构成的一个复杂系统，
井下通风系统的网络结构随着生产过程的推进而不断发生变化。随着煤矿井下开采工作的进
行，采区会有与准备、投产、结束、接替相关的工作变化，采掘工作面也会出现不断推进、
收缩和接替的工作进程，另外煤矿井下巷道的开拓延伸和通风构筑物的变化等诸类工程都会
引起通风系统的网络结构发生不同的变化，这样也就难免会影响了煤矿井下通风参数，如风
量分配、瓦斯浓度等具体参数将会发生变化如图1所示。

一般地，矿井配备两台主通风机，其中一用一备。通风机有单电动机通风机和双电
动机通风机两种，单电动机通风机只有一组风叶，由一台电动机驱动。主通风机的形式采用
较多的包括离心风机、对旋风机、轴流风机三种。其中，对旋风机为双电动机通风机，其每
台通风机含两台电动机，两台通风机共四台电动机，其结构示意图如图2所示。

在煤矿生产中，所需风量风压在不同阶段有不同的要求，为满足生产要求，煤矿风
机通常采用以下几种方法调节：

（1）闸门调节；

（2）改变通风机转速；

（3）改变通风机叶片角度；

上述方案中以闸门调节效率最差，它是人为的改变阻力曲线，增加风阻，越调节
性能就越恶化；改变通风机叶片角度，可改变风机的特性曲线，使风机在较大范围内以相对
较高的效率运行，以达到节能降耗的目的；改变通风机转速，使其在最佳工况点运行，使风
机在最大的范围内以最高的效率运行，节能效果最好。

高压电机要实现调速，主要采用以下三种方式：

（1）液力耦合器方式。作为液压调速方案，它的维护工作量较大，效率也较低。

（2）串级调速。因为采用绕线电机，滑环维护工作量大，属于落后技术。

（3）高压变频器。随着高压变频器技术成熟，性价比越来越高，越来越多的场合
开始采用高压变频器。

3系统方案

本文要介绍的某大型煤矿主扇风机为两台对旋轴流风机，型号：FBCDZ-8-NO28，
额定转速740rpm；每台风机配用电机功率：2×630KW，电机电压：10KVAC,额定转速740rpm；
总回风量：11500m3/min，总进风量：11200m3/min，因为巷道延伸或工作面布置的关系，
用风量可能实时变化。作为煤矿安全生产最为关键、重要的设备之一，主扇风机选用西门子
完美无谐波系列高压变频器作为它的驱动系统。

3.1设备组成

该矿变频驱动主通风机自动化控制系统设备组成情况如下：

●风机：对旋风机2台

●电机：防爆4台

●箱式风门：和风机对应2套

●液压站：和风机对应2套

●高压配电系统

●切换柜

●变频器：完美无谐波变频器4套

●低压配电系统

●直流屏

●UPS柜

●PLC柜

●控制台

●监控计算机

●相关传感器

变频驱动主通风机自动化及流拓扑结构图如图3所示。

3.