煤矿井下风电瓦斯闭锁系统探究

陈曦

摘 要：瓦斯事故是煤矿井下的常见灾害，由于井下特殊的地质生产作业环境使然，灾害性事故仍时有发生，近年来，许多煤矿企业都采用了风电瓦斯闭锁系统，不但节省资源而且方便快捷，对于安全开采具有重要的作用。文章通过分析比较，总结出更具优势的瓦斯闭锁系统，并对其进行探究。

关键词：风电瓦斯；煤矿井下；闭锁系统

中图分类号：TD684 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0154-02

2013年，山西省某煤矿井下发生爆炸事故，造成人员伤亡，事后发现问题就在于瓦斯控制不当所致。对于煤矿企业而言，瓦斯的安全问题是生产中的头等大事，直接关系着人们的生命及财产安全。在《AQ6201 2006煤矿安全监控系统通用技术要求》与《煤矿安全规程》中都明确提出了应用风电闭锁系统的要求，因此，探究井下的风电瓦斯闭锁系统具有现实意义。

1 风电瓦斯闭锁系统面临的困难

1.1 管理方面

在煤矿生产中出现了一种新科技手段，那就是瓦斯，因系统较为复杂、应用条件高，监控安全上存在一定难度。在各个煤矿中，按照瓦斯特点设定几种测定方法：①就是要组织人员定期检测瓦斯情况，这是一道非常重要的管理工序；②安装上具备风电闭锁作用的检测设备，比如瓦斯断电仪，用设备对瓦斯情况定点检测，但是使用者必须要关注检测结果精准度；③检测人员通过便携式的甲烷检测仪检测，使用这种仪器要求较大，极难满足要求，必须要采取统一管理。在应用风电瓦斯闭锁时，只要出现故障就需要维修人员具有较高技术，在生产旺季如果短时间内找不到故障根源，就不能够使用该瓦斯闭锁系统。

1.2 技术方面

随着风电瓦斯闭锁系统在应用，但是其安全检测等各种质量上还需要提升，进行检测维修之时大多会瓦斯传感器影响，因此使用时质量性能漂移及调校等各种因素会影响到传感器例的催化配件质量，并且电力发生故障也会影响设备使用。①电压变化过大导致矿井内部电气设备使用频繁，电压必然不断变化，也就会波及到矿井分站，从而影响到检测数据精确度。比如电压突然达到峰值，而分站并没有及时察觉发出断电指示，就会造成风电闭锁设备发生检测误差。②电缆发生故障，因电缆常常发生一些故障，就会影响到系统传感器精准度，造成闭锁系统发出了错误的指令。

2 探究风电瓦斯闭锁系统

2.1 简单风电闭锁系统

按照相关的规程规定，煤矿井下掘进工作面与局扇中电气设备都要安装上风电闭锁系统，一旦局扇不运转之时就能够及时、自动切断供风巷道中所有电源。掘进面和局扇所用设备上电源开关都是用了QC系列的磁力起动器。要发挥风电闭锁的作用，磁力起动器的纵线路上有一对常开的辅助接点，连接到掘进面上电源开关的磁力起动器上，和操总线路形成串联。在运行中只要局面停止了运转，磁力起动器上常开接点就断开，让起动器上的操纵线路因断电而跳闸，就会将局扇供风巷道中的一切电源自动切断。电气接线如图1所示：

当停电局扇停转之时，就会将掘进面中用电设备全部电源自动切断，就能够发挥风电瓦斯闭锁系统的作用。该系统具有下面一些不足：

①当掘进面风流里所含瓦斯的浓度超出规定者，不可能将巷道中全部电源立即切断，也就没有瓦斯闭锁。②局扇停止运转之后，巷道中局部地方存在瓦斯积聚，浓度比较高，因系统中没有检测瓦斯浓度的设备，就是将风机打开，也不能够解除电的闭锁。一旦不慎送电，就可能造成瓦斯爆炸，原因在于系统中没有安装延时送电环节。③系统只能够是局扇停电导致停风，才能够具备闭锁作用，假如并非因停电导致局扇停风，比如局扇自身发生故障，系统就不能发挥闭锁作用。

2.2 风电延时闭锁系统

这种系统就是将一个延时环节加装到风电闭锁系统上，当局扇停止运转之后重新送电之时，即使将对电闭锁解除，要想真正确保掘进面的设备有电，一定要通过延时环节延时后才可以送电。延长的时间和巷道断面、瓦斯浓度及风机大小存在关系，大都能够调整一个范围，采用这种模式能有效解决风电闭锁系统中存在的延时问题。

2.3 风电瓦斯闭锁系统

在前面两种闭锁系统基础上，设计风电瓦斯闭锁系统。这种系统并不是唯一的，具有多种组成形式。

2.3.1 第一种方式

这种系统就是由掘进面使用到的用电设备和局扇组成，具体是2台QC系列的磁力起动器，局扇以及2台警报断电仪等各种设备共同组成。其组成的布局情况如图2所示。

这种系统改动了电源开关上的一些连接，也将瓦斯断电仪的D1、D2接点连接到了开关操纵回路中去。这种联系方式具备如下一些功能：

①当局扇送上了电源，只要掘进巷道的风流所含瓦斯浓度没有超过标准，供风巷道中电气设备就能够送电。而局扇只要停止运转，系统就能够自动的将供电范围中所有非安全电源切断。②当风流中的瓦斯浓度超出了标准时，系统就能够把供风范围中所有的非安全电源切断，当时局扇也会照常运转。③如果局扇的运转被停止了，当将送电恢复之后，一旦风流中的瓦斯浓度在规定的浓度范围内，才能够启动局扇，电源也才能够送达到其他设备中。

2.3.2 第二种方式

事实上，这种方式的组成以及布置和第一种方式相同，不过是连接电气设备上存在差异，连接电气设备的原理图如图3所示。

该方式和第一种方式运作功能大体相同，当局扇停止了运转之后再一次复电，第一种方法仅仅要回风流中的瓦斯浓度在规定值范围内（T2探头处），采用第二种方式且必须要工作面与回风流的瓦斯浓度都要在规定值之内（T1，T2探头处）。不管采用哪种方法都具有风电瓦斯闭锁作用，有效克服了上面两种方式的缺点，但是依然存在一些不足：

①当局扇停电导致停风时，该系统确实能够起到闭锁作用；但是一旦并非停电而导致局扇停风，比如局扇自身故障，系统就不能够发挥闭锁作用。②国产的瓦斯断电仪中传感器都是用了载体催化元件，在风流中这个元件的反应速度比较慢，大多在20～60 s。所以如果变电所的开关跳闸，一旦重新送电的时间处于传感器元件的反应时段内，系统就不能够发挥闭锁作用。就算回风流中的瓦斯浓度超标，局扇也能够启动，巷道中的电气设备同样能够送电也不能够发挥延时环节。因此，局扇发生临时停转之后再重新传送电源，传感器元件进行反应前有一个时段中闭锁属于空白区。③系统最低需要使用两个瓦斯检测的探头，假如掘进面属于串联通风还要使用三个检测探头。现在国产瓦斯断电仪大部分均是一台断电主机上带有一个探头，要想形成闭锁系统，就要使用2～3台主机，加强了安装和维护的工作量。

2.4 带风探头风电闭锁系统

在一定条件下，上面几种闭锁系统均能够发挥风电瓦斯闭锁系统的作用，但是从实际情况分析来看，都存在各种不足地方，且这些方式也缺乏了整体设计，大多是对瓦斯警报断电仪以及各种开关等各种设备实施局部改进所成，并没有统一的标准，方式也繁多。

使用带风探头风电瓦斯闭锁系统，能够综合考虑到风电瓦斯等多种因素，从而形成了新系统，使用了专用设备、便于推广。系统应该同时配用上一个风探头与三个瓦斯探头，还能够提供三个断电的结构，组成情况如图4所示。

这个系统糅合了局扇开关起停信号、掘进工作面上风信号机每一个瓦斯探头瓦斯信号，并且通过逻辑运算来实现风电瓦斯互相闭锁。在这个系统中还加设上了探头保护电路，一旦探头处的瓦斯浓度高出了标准的4%，就对探头停止供电，一直到瓦斯浓度恢复到了标准时才能够恢复供电。而系统上所用探头电源均使用了安全火花型的电源，增强了系统的可靠性及安全性。

3 结 语

从煤矿开采来看，采用风电瓦斯闭锁系统是确保煤矿开采安全的一种必要设备，但是选用哪种闭锁系统，还必须要结合该煤矿实况。相比之下，带风探头的闭锁系统功能较为完善，安全可靠，技术先进，从发展前景来看必然会被重点选用。

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