矿井通风机

矿井通风机

1.概述

矿井通风是指将空气输入矿井下，以增加矿井中氧气的浓度并排除矿井中有害的气体。矿井通风的基本任务是：供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要；冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产；调节井下气候，创造良好的工作环境。为了使井下风流沿指定路线流动分配,就必须在某些巷道内建筑引导控制风流的构筑物即通风设施,它分为引导风流和隔断风流的设施。新建大型矿井通风系统以对角式、分区式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主。

1.1 矿井通风的重要性

煤矿井下为什么要进行？不进行通风不行吗？经过实践证明，不进行通风是不行的。因为井下要生产就要有人，人没有氧气就不能生存。其次人们在井下生产过程中不断产生有毒有害气体，如：一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢、沼气等，如果不排除这些气体人们也无法生产。井下由于受地温等因素的影响需要对井下恶劣气候条件进行调节。矿井通风的基本任务是：（1）、供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要；

（2）、冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产。

（3）、调节井下气候，创造良好的工作环境。

井下必须进行通风，不通风就不能保证安全和维持生产。故矿井通风是矿井生产环节中最基本的一环，它在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。

1.2 矿井通风的类型

矿井通风系统由影响矿井安全生产的主要因素所决定。根据相关因素把矿井通风系

统划分为不同类型。根据瓦斯、煤层自燃和高温等影响矿井生产安全的主要因素对矿井通风系统的要求，为了便于管理、设计和检查，把矿井通风系统分为一般型、降温型、防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型几种，依次为1-8八个等级。

3矿井通风机

3.1电气传动系统的组成

电气传动系统由电动机、电源装置、控制装置组成

电动机普遍采用交流电动机。包括笼型异步电动机，绕线型异步电动机和普通同步电动机

对于不采用电动机连续速度调节的传动系统，通常采用交流母线供电装置作为电源装置，他与以继电器、接触器或断路器为主的电气控制装置组成了电控系统。

在采用电动机连续速度调节的传动系统中，通常需采用普通晶闸管或可关断晶闸管等新型自关断电力电子器件构成的变流装置作为电源装置，或采用交流母线供电装置与电力电子变流装置混合的电源装置。

3.2电气传动系统的一般要求

1、煤矿主要通风机房均设有两套同等能力的通风机及其传动电动机，因而通常需相应设置两套独立的电控设备。其中一套工作，一套备用，并且能在10分钟内完成工作风机和备用风机的倒换以及反风操作。专为风机节能运行而设的调速装置可为两套风机所共有，但需同时备有安全可靠，便于操作的切换设备。

2、作为保证矿井安全生产的关键设备以及连续运转的较大用电负荷，通风机的电气传动系统必须具有高可靠性，同时应能实现经济运行。

3、通风机属于负荷平稳，启动不频繁，仅需较小启动转矩的机械，当通风系

统对通风机电动机调速没有特殊要求时，一般选用母线供电、电气控制的交流电动机不调速传动系统。

4、当矿井通风需要通过调节通风机转速来改变通风网路流量以满足通风和节能的要求时，应经过技术经济比较确定电气传动系统。

3.3电动机的选择

1、通常选用笼型异步电动机作为主传动电动机，因为他具有价廉、容易运行操作、方便维护的优点。与笼型异步电动机相比，同步电动机可以输出无功功率，效率较高，因而可以根据所在系统无功负荷的大小和分布，价格等因素决定较大容量的主传动电动机是否选用同步电动机。仅当风机转动惯量较大或电网容量较小时，笼型异步电动机和同步电动机均不能满足启动要求或加大功率不合理时，可选用绕线型异步电动机

当对电动机调速性能有特殊要求时，电动机类型应结合调速方式根据技术经济比较确定

2、电动机容量小于200KW时，选用380V或660V电压等级；容量大于400KW 时，选用6KV或10KV电压等级；容量在200KW至400KW之间时，应通过技术经济比较确定电压等级。

3、电动机的防护等级采用开启式。

4、选用同步电动机时，应根据通风机的转向对电动机旋转方向提出要求。当采用通风机反转反风时，电动机应满足可逆转的要求。

3.4通风机房配电

（一）通风机的符合等级和供电要求

1、通风机及维持其连续运转所必须的润滑油站等辅助设备，均为一级负荷。

2、通风机房的一级负荷应有两个独立电源。机房的电源线应由地面变配电所直接引出，在受条件限制时，其中一回路电源线可引自其它一级负荷设备机房。上述线路不应分接其它负荷。

3、不得由通风机房配电装置向其他变配电所或其他负荷设备机房馈电。

（二）主接线和电控设备布置

1、通风机房变配电装置的高低压母线一般采用分段单母线接线方式。对于低瓦斯的中小型矿井，机房高压配电装置的受电开关和分段开关一般采用隔离开关，对高瓦斯矿井或大型矿井通风机房，其受电开关和（或）分段开关宜选用断路器。低压配电装置的受电开关和分段开关宜选用能带载投切或能自动投切的开关。

2、每段高压母线上应装设一组电压互感器。若电机与架空电力线路直接连接，应根据电机容量、雷电活动程度采取旋转电机防雷保护措施。

3、两台通风机应分接在不同的配电母线上。

4、当通风机房与电源变配电所临近，两台通风机亦可各自从变配电所的不同母线段取得电源。

5、高低压配电装置通常可选用固定式或抽屉式配电柜。当需要倒换高压电源相序来改变电动机旋转方向实现反转反风操作时，可选用带有正反转换向隔离开关的高压配电柜。

6、高低压配电装置及电动机的其他电控设备可以设置在通风机房内或设置在单

独的电气室内。

7、在通风机房内，电控设备与通风机电动机的距离不宜小于2米，与转动机械的距离不小于1.5m。

（三）控制方式、操作电源和自动装置

1、机房高压配电装置的断路器一般采用高压开关柜控制方式，如高压开关柜设置在操作人员不便观察通风机运转情况的地点，应设机旁操作开关，或将操作开关设在就近的控制柜或操作台上。

2、当通风机采用高压母线供电的同步电动机时，宜选用直流操作。装有电磁操作机构的断路器，宜选用220V或110V电池组作为分、合闸直流操作电源；装有弹簧储能操作机构的断路器，宜采用小容量电池装置作为分闸操作电源。

3、当通风机采用高压母线供电的笼型异步电动机时，宜选用弹簧操作机构合闸和去分流分闸的全交流操作。如容量满足要求时，操作电源宜引自电压互感器。

4、高瓦斯、煤与瓦斯突出的大中型矿井及具有高产高效工作面的大型矿井，通风机房的电源宜设置备用电源自动投入装置。

3.5通风机常用电控设备

为了实现笼型电动机的降压启动，绕线型电动机的启动及电动机的可逆运转，可选：

（一）、JJ1系列自耦减压启动柜

该装置作为交流电压为：380～660V，功率为11 ～315KW的三相笼型电动机降压启动之用，并可使电动机自动加速到满速。装置设有电动机的短路、过载、欠压以及防止单相运转等保护。从减压启动到全压运行之间的转换，采用DJ1-A 型电流—时间转换装置实现电流和时间的双重控制。

（二）、频敏变阻器

频敏变阻器是通风机绕线型异步电动机采用最为广泛的启动设备，它结构简单，占地面积小，很少需要维护，有近似恒转矩的启动特性，可以满足通风机的启动要求

（三）、GKF-H1型高压笼型电动机电抗启动柜

该柜和装于柜外的电抗器配合，适用于电压为3 ～10KV，额定电流不大于400A 的笼型电机采用电抗器降压启动之用。

（四）、GZF1正反转高压开关柜

该柜额定电压为3、6、10KV，额定电流50 ～400A，断流容量为300MVA。设备外形与尺寸与GG-1A开关柜相同，因而可以与GG-1A柜联台使用。二次线路亦可选用GG-1A的二次标准方案或按使用要求进行设计。断路器的操作方式分为手动、电动和弹簧储能三种。开关柜可用于直接启动或带电抗器降压启动需要换向运行的高压电动机。换向是通过倒换装于柜顶部的两组隔离开关来实现。

3.6控制方式、操作电源和自动装置

（一）、机房高压配电装置的断路器一般采用高压开关柜控制方式，如高压开关柜设置在操作人员不便观察通风机运转情况的地点，应设机旁操作开关，或将操作开关设在就近的控制柜或操作台上。

（二）、当通风机采用高压母线供电的同步电动机时，宜选用直流操作。装有电磁操作机构的断路器，宜选用220V或110V电池组作为分、合闸直流操作电源；装有弹簧储能操作机构的断路器，宜采用小容量电池装置作为分闸操作电源。（三）、当通风机采用高压母线供电的笼型异步电动机时，宜选用弹簧操作机构合闸和去分流分闸的全交流操作。如容量满足要求时，操作电源宜引自电压互

感器。

（四）、高瓦斯、煤与瓦斯突出的大中型矿井及具有高产高效工作面的大型矿井，通风机房的电源宜设置备用电源自动投入装置。

4同步电动机的励磁装置和失步保护

4.1同步电动机的启动过程

同步电动机常用异步启动。设在同步电动机转子上的阻尼绕组的作用与笼型异步电动机的鼠笼绕组相似。在同步电动机未达到同步转速之前，定子旋转磁场在阻尼绕组中感应出电流，该电流与旋转磁场相互作用而产生感应转矩，同步电动机便作为异步电动机启动。待到电动机转速上升到亚同步转速（95%以上同步转速），投入转子直流励磁。由于直流励磁的转子磁场与定子磁场间的相互吸引，将迫使转子跟着定子旋转磁场以同步速率旋转。故同步电动机的启动可以分成异步启动和牵入同步两个阶段。

在异步启动阶段，如把转子激磁绕组开路，则由于他的匝数较多，旋转磁场将在该绕组中感应出很高的电势，并危及绕组的绝缘。如把激磁绕组短路，将在其回路中感应产生一单相电流。这一单相电流将沿转子轴产生一脉动磁场。当电动机转差率S>0.5时，转子将受到脉动磁场产生的一正向转矩；而当S<0.5时，转子将受到一负向转矩。这种由转子激磁绕组中的单相电流所产生的转矩称为单轴连接转矩。启动过程中的转矩是由阻尼绕组产生的转矩与单轴连接转矩相加而成，因而在S=0.5附近，机械特向曲线有一个夏下陷部分；当启动时负载转矩较大，同步电机便有可能仍在一半同步转速附近运转而无法加速到亚同步转速。为减小单轴连接转矩，在同步电机启动时，其激磁绕组应经附加电阻短路，直到亚同步转速附近，绕组再直接与直流励磁电源接通。根据经验，启动时励磁绕组需附加的电阻值约为励磁绕组自身电阻的6 ～10倍。

同步电机的异步启动方式与笼型电动机相同，也可以分为直接起动和降压起动两种。当采用降压起动时，根据升压和投励顺序之不同，又分为轻载起动和重载起动两种。轻载起动是同步电动机在降压下加速到亚同步转速，先投上励磁使同步电动机牵入同步，然后投切到全压。重载起动是同步电动机加速到一定转速（约90%同步转速）时，先投切到全电压上并加速到亚同步转速，然后再投上励磁牵入同步。轴流式通风机以及有失步再整步要求的离心式风机，应采用重载起动方式。

4.2同步电动机的失步保护

（一）、失步类型及其危害

同步电动机的失步可以分成以下三类：

（1）断电失步：由于供电电源中断而引起的失步。

（2）带励失步：电动机带有正常或接近正常直流励磁时，由于电网电压降低过多或电动机负荷突然增加等原因引起的失步。

（3）失励失步：由于直流励磁系统的原因，使励磁绕组失去直流励磁或严重欠励而产生的失步。

断电失步使电动机遭受损伤的主要原因是：当电源短时中断再恢复时造成非同步冲击，这种非同步冲击包括非同期电流冲击和非同期转矩冲击，其最大值远比电动机出口三相短路时的冲击电流和冲击转矩要大，因而是电动机设备所不能承受的。其主要损伤表现为可能引起定子和转子绕组崩裂、绝缘损坏，甚至引起电动机内部短路、起火，联轴器和主轴扭曲等损坏。

当产生带励失步时，由于脉振转矩长时间的反复作用，使电机各部分材料产生疲劳效应而造成电机损伤。失励失步的危害是损伤电机转子绕组，尤其是导致起动绕组过热、变形、开焊，并由此扩大成为电机内部故障；此外，失励后同步机将从电源吸取大量无功功率，在某些情况下有可能招致电动机端母线电压严重降低，触发低电压保护动作

（二）、同步电动机失步保护和带载再同步

同步电动机的失步事故，大部分是由于电源的短时中断、电源电压的短时大幅度突然降低等外部扰动造成，只要失步不是由电机本身故障所引起，都可以在造成失步的外部原因消除后，采取带载再同步的方式，在保障设备安全的前提下，恢复设备的正常运行。

同步电机失步至再同步过程

同步电机失步至再同步过程大致可分为三个阶段

（1）从失步制动阶段开始，采用各种失步检测敏感元件，快速正确地测出故障性质，发出相应的保护信号。根据需要，保护可动作于电动机跳闸或作用于电动机再同步控制。

（2）对动作于再同步的失步保护，在断电惰行阶段或异步运行阶段，应采用快速灭磁方法，如接入励磁绕组的附加电阻，使电机迅速转入无励运行状态，消除失步危害，缩短备用电源自动投入装置恢复供电所需时间。

（3）在再同步阶段，当影响电机失步的扰动消除，应在适当时刻，由投励环节投入励磁，完成自动再整步。

参考文献

《矿井通风》 1986年黄元平主编

《煤矿通风综合技术手册》2003年范天吉主编

《采矿实用技术丛书》 2009年支学艺主编

《矿井通风工程》 2008年李延吉主编

《矿井安全手册》 2007年王寿嵩主编