阳煤集团开元公司瓦斯抽采泵的节能降耗的优化研究

黄晓鹏

（阳煤集团开元公司通风部抽采队， 山西 寿阳 045400）

引言

瓦斯抽采泵是高瓦斯矿井的必备设备之一，主要用于将井下综采作业过程中产生的瓦斯排出地面，确保煤矿井下综采作业安全。由于瓦斯泵通常采用连续运行的方案，因此，在运行过程中的能源消耗

极大。阳煤集团开元公司米南地面泵站现安装有6台水环真空泵，装机能力为5 620 m3/min，米南地面泵站1 号、2 号机，负担矿井回采工作面邻近层低负压抽采系统，3 号、4 号机，负担矿井3 号煤本煤层高负压抽采系统；5 号、6 号机，负担矿井9 号煤本煤层高负压抽采系统。由于采用了非定频运行调节方式，导致在对抽采负压进行调整时只能采用调整旁通阀开口大小的方式进行，在启动过程中，为了降低启动时的负载又需要调整泵站上的空气阀进气口大小，在启动和抽采过程中需要人工频繁的进行调整，工艺流程复杂，调整困难度高，导致在日常工作中瓦斯抽采泵耗能高、故障率高，给阳煤集团开元公司的正常生产带来了严重的影响。

1 瓦斯抽采泵优化前情况

阳煤集团开元公司的瓦斯抽采泵系统在抽采作业时，使泵的进气口处形成负压，通过压差的形式，使煤矿井下的瓦斯排出，然后经过传输管路将其送到地面的储罐内，再经一系列的压缩后，通过瓦斯泵的正压端传输到瓦斯发电机组处，用于发电，其工艺流程如图1 所示。

该地面泵站抽采系统内采用了2BEY-101 型瓦斯抽采泵，额定流量1 210 m3/min，功率为1 600 kW，采用了水电阻启动方式，在启动过程中的启动冲击大，为了降低启动时的冲击，每次启动前都需要人工打开侧边的排水阀门，降低启动时的冲水量，确保启动时电机的电流不超过55 A。虽然以上操作能够降低启动时的冲击[2]，但是导致瓦斯抽采泵在运行时的工作效率低下，而且导致负载电机运行时只能将泵的正压力维持在较低的水平，造成瓦斯抽采量低下，无法维持瓦斯发电满负荷运行需求，极大地影响了煤矿生产企业的经济效益。

图1 阳煤集团开元公司瓦斯抽采泵抽采工艺

2 变频控制电气系统的改造

通过对阳煤集团开元公司所采用的2BEY-101型瓦斯抽采泵的分析，该泵的负载具有变转矩特性[3]，其输出功率和转速的1.2 次方成正相关，当对泵的转速进行调整时，其驱动电机的输出负荷也会呈现快速下降的趋势，因此，当泵在正常运行工况下可将旁通阀关闭，以提升工作负压，既避免了电机的高负载工作又提升了泵的抽采效率，理论上可行，其核心时如何对驱动电机的转速进行调整，实现在不同阶段的变速运行，根据阳煤集团开元公司供电系统的实际情况，提出了采用变频驱动的方式，电气控制系统的改造方案如下页图2 所示。

在原有电气控制系统中，开关组QS0～QS2 已经存在，需要新增2 组变频控制设备INV1～INV2，分别用于对2 个瓦斯抽采泵M1～M2 的控制，同时设置了2 组计量柜PT1～PT2 用于对变频器工作过程中的输参数进行记录和调整。

图2 阳煤集团开元公司瓦斯抽采泵电气结构示意图

3 变频控制系统改造及其效果

瓦斯抽采泵变频控制是该系统能正常运行的核心，由于矿井下管道的端口处的负压值关系到井下的瓦斯能否安全抽采，井口处的负压过低会导致瓦斯抽采泵的抽采效率低下，无法形成稳定的而连续的抽采，当井口处的负压过大时会导致出现抽采泵的喘振等。煤矿井下的瓦斯抽采管路具有大量的分支，且分布极为分散，实际上无法对各个支路管口进行抽采负压的全面监测控制，因此，采用在地面上的瓦斯汇合管道入口处进行瓦斯抽采时的负压监控。为了满足对大量数据的监测处理要求，采用了PID控制系统[4]，能够实现将负压控制在±0.5%的范围内，具有控制精度高、稳定性好的优点，该PID 控制系统结构如图3 所示。

该变频控制系统投入使用后，对阳煤集团开元公司瓦斯抽采系统的使用情况进行对比（见表1）。由对比结果可知，优化后瓦斯抽采泵工作时的电流比优化前降低了25%，有功功耗降低了36.4%，将瓦斯发电功率提高了26.7%，实现了降耗、提效的双重效益。

图3 阳煤集团开元公司瓦斯抽采泵变频控制系统

表1 优化前后瓦斯抽采系统性能对比

4 结论

1）优化前采用水电阻启动，导致瓦斯抽采泵在运行时的工作效率低下，而且导致负载电机运行时只能将泵的正压力维持在较低的水平，造成瓦斯抽采量低下，无法维持瓦斯发电满负荷运行需求。

2）优化后采用变频控制系统对瓦斯抽采泵的抽采过程进行控制，其工作电流比优化前降低了25%，有功功耗降低了36.4%，将瓦斯发电功率提高了26.7%，实现了降耗、提效的双重效益。