Автоматизация проветривания горных выработок

7. Автоматизация проветривания горных выработок

7.1. Автоматизация вентиляторных установок

          Вентиляция подземных выработок угольных шахт является важнейшим технологическим процессом и обеспечивается большим комплексом  оборудования и мероприятий.

          В составе комплекса  подача и подогрев  атмосферного воздуха в шахту , распределение требуемого количества воздуха по выработкам,

контроль качественного и количественного состава, процессы дегазации и т.п.  Основное оборудование - вентиляторы главного проветривания (ВГП), калориферные установки, регуляторы подачи воздуха в выработки, шлюзы, вентляторы местого проветривания (ВМП), аппаратура контроля сблокированная с системой сигнализации и электроснабжения.

          Только совместная, синхронизированная работа всех элементов перечисленного оборудования может обеспечить снабжение выработок достаточным количеством  качественного  воздуха и удалить отработанный воздух. Под качественным понимается воздух, содержащий по объёму не менее 20% кислорода, не более 0.5%  углекислого  газа и содержащий в отработанной струе добычного участка не более 1%.

Вентиляторы главного проветривания должны оборудоваться двумя одинаковыми вентиляторами, с включением резервного не более чем через 10 мин после отключения рабочего.

          Различают центральную и фланговую схемы проветривания шахты.

Способы проветривания: всасывающий (наиболее распространённый),

Рекомендуемые материалы

нагнетательный и комбинированный.

Вентиляторы: центробежные (типов ВЦ, ВЦД, ВШЦ), осевые (ВОД).

Для реверсирования  струи могут использоваться реверсивные и нереверсивные ВГП. Последние для осуществления реверса оборудуются специальной системой  обводных вентиляционных каналов с перебрасываемыми лядами  (переключающимися перегородками).

          Электропривод ВГП должен:

-работать в длительном режиме с номинальной нагрузкой

- обеспечивать запуск и разгон вентилятора с большим динамическим моментом инерции до номинальной частоты вращения

- обладать возможностью реверса (при соответствующей схеме)

- иметь низкую синхронную скорость вращения при безредукторном подключеннии к вентилятору

 - обеспечивать возможность регулирования  подачи вентилятора в диапазоне 2:1.

          В качестве электродвигателей мощностью более 200 квт применяют синхронные (до 350 квт низковольтные, свыше 350 квт высоковольтные).

          При  маломощных сетях или по другим причинам используют асинхронный  вспомогательный двигатель для запуска  СД. Асинхронный двигатель может служить для привода вентилятора в выходные и ремонтные дни или в начальный период эксплуатации шахты.

          При нерегулируемом приводе регулирование режима работы вентилятора может осуществляться:

- изменением сопротивления вент сети ( дросселированием)

- изменением угла наклона лопаток направляющих аппаратов

- изменением угла  установки лопаток рабочего колеса – для осевых вентиляторов.

          Различают регулируемый привод  ВГП  со ступенчатым, а также с плавным изменением частоты вращения.

Ступенчатое регулирование может быть обеспечено: использованием двух двигателей разной частоты вращения или многоступенчатых двигателей,

или применением преобразователей частоты.

          В первом случае могут использоваться два асинхронных двигателя или синхронный и асинхронный двигатели. В качестве многоступенчатых могут применяться двухскоростные АД с КЗ ротором при мощностях до 1400 кВт.          Плавное регулирование подачи вентиляторов может быть обеспечено применением: асинхронного  машинно - вентильного  каскада  (АМВК),

асинхронного вентильного каскада (АВК), асинхронного двигателя со статическим преобразователем частоты, комбинированного машинно-вентильного каскада (КАМВК).  Последний  применяется для  ВЦД-47.5 “Север” и позволяет производить запуск АД без  пусковых сопротивлений.

          Комплексы автоматизации ВГП обеспечивают контроль и управление основным (электропривод) и вспомогательным оборудованием  ВГП.

В разные годы и применительно к различному основному оборудованию ВГП разработана и применяется  комплектная аппаратура автоматизации :

УКВГ, ЭРВГП, АДШВ, УКАВ, УКАВ-2.  В настоящее время для этих целей выпускаются комплексы УАВШ, УКАВ-М. Последние являются унифицированными и могут в зависимости от требования заказчиков поставляться в модификации для различных типов вентиляторов,  электроприводов, систем управления электроприводами, расстояний от диспетчерского пункта, способа реверсирования струи и т.п.

          Так ,  УКАВ- М представляет собой набор шкафов закрытого исполнения и пульт дистанционного управления .

          Процесс управления ВГП  включает следующие операции:

- подготовка  ВГП к пуску ( включение  цепей высокого и низкого  напряжения, выбор способа управления конкретным ВГП  : авт., ручн., дист., местн.) и вспомогательным оборудованием (лядами : авт. или ручн.,

режим проветривания: норм. или  реверсивный);

 пуск (импульс пуска из помещения машинного зала либо из диспетчерской) в  автоматическом режиме осуществляется по командам блока микропрограммного автомата БМА. Последний начинает отработку команд в соответствии программой, записанной в ПЗУ. В процессе работы БМА опрашивает состояние входов   и формирует выходные сигналы управления электрическими аппаратами и приводами механизмов вентилятора. Между подачей команды и её выполнением задаётся  выдержка времени. Если в течение её не поступит сигнал о выполнении  команды, то  пуск прекращается, все элементы ВГП приводятся в исходное состояние, включается сигнализация и автоматически производится АВР аварийное включение резервного вентилятора.

- регулирование подачи ВГП или автоматическая её стабилизация;

-  аварийное или оперативное отключение ВГП.

          К вспомогательному  оборудованию относят приводы ляд и дверей для реверса воздушной струи ВГП. направляющих и спрямляющих аппаратов, приводы маслосистем и тормозной системы.

          Положение ляд, дверей и тормозов контролируется магнитными включателями, датчиками ДПМГ, ДКПУ.

          Для контроля нормальной работы ВГП предусмотрена система датчиков и приборов (КИП).

          Температура подшипников  контролируется аппаратами КТТ-1, АКТ, ДКТ3-8М. В станциях управления ШГС используют КТТ-1 с 8 термодатчиками ТД, аппаратом контроля температурыАКТТ-1 и сигнальным табло ТКТ-1.

          Наиболее важными параметрами работы ВГП являются  расход воздуха  и подача (напор). Их измеряют, используя зависимость динамического давления воздуха в канале от скорости  потока воздуха. Установив приёмники давления в различных по площади сечениях вентиляционного потока  F1, F2   и  измерив перепад давлений между этими приёмниками  dH получим зависимость для определения подачи:

Очевидно, что для определения расхода  Q необходимо  из величины импульса  dH  извлечь корень, для этой цели используют различные инструментальные методы.

          Для контроля подачи и давления в  ВГП использовались  дифманометры  ДМ, ДМИ ( ДМИ-Р - расходомер, ДМИ-Т -например) со вторичными регистрирующими приборами ВФС.  В настоящее время  их заменяют на более надёжную и современную аппаратуру  с тензометрическими преобразователями типа САПФИР, для контроля производительности вводится приставка извлечения корня Ореол-Пик. Для регистрации уровней давления и производительности  может быть применен  прибор  технограф.

          Для контроля давления масла в циркуляционной системе применяют, например, двухпозиционные электроконтактные манометры типа ЭКМ.

7.2. Автоматизация калориферных установок

          Воздух, подаваемый в шахту в холодное время подогревается в калориферных установках. Оптимальная температура подогретого воздуха, при которой практически не происходит размораживания грунта  устьев стволов (в северных широтах) и не происходит обмерзания стволов  +2 ,+4 градуса. При этом устанавливается минимальное энергопотребление.

          Регулирование температуры воздуха подаваемого в шахту производится изменением  соотношения холодного и подогретого воздуха

перемещением перегородки (ляды) перед смесительной камерой, а также изменением количества теплоносителя (пара, перегретой воды) в калориферы. Система автоматики отслеживает также температуру конденсата на выходе каждой секции калорифера и,  при  недопустимом понижении отключает секцию, включая резервную.

          Комплексы автоматизации калориферных установок  АКУ-63. АКУ-3.

( более детально на лабораторной работе).

          Основные функции АКУ-3 состоят в контроле  температуры  воздуха в стволе за счёт изменения положения поворотной ляды (контур 1) и поддержания на постоянном уровне температуры теплоносителя на выходе из калорифера путём изменения его расхода через калорифер (контур регулирования  2).  Кроме того, во избежание обмерзания отдельных секций  при нарушении герметичности секций, контролируется температура на выходе из секций и  при понижении температуры конденсата на выходе секции должно производиться отключение повреждённой секции и включение резервной.  Схема станции управления  аппаратуры АКУ-3.

Станция управления СУРК-3 состоит из блоков:

-преобразователей  сигналов датчика температуры воздуха
- преобразователей сигналов датчиков температуры отработанного теплоносителя

- контроля температуры секций;

- все сигналы о температуре  (аналоговые сигналы с термосопротивлений) преобразуются в стандартные  дискретные сигналы, где количество импульсов  равно численному значению измеряемой температуры. Схемы блоков  преобразователей включают  линейный преобразователь температуры в  постоянный ток, на его выходе сигнал постоянного тока ( 0- 5мА), АЦП, преобразователь  цифровых кодов, реверсивный двоично-десятичный счётчик , мультивибратор, триггер, схемы совпадения (И- функции) и импульсный распределитель.

(более детально на лабораторной работе).

7.3. Аппаратура управления распределением воздуха (АУРВ)

          АУРВ состоит и следующих блоков:

-блок управления участковым          регулятором распределения воздуха участковым РРВ

-блока управления групповым  РРВ

-блока питания

- блока управления подачей ВГП.

          РРВ  полидиафрагменный (РРВП) предназначается для оперативного регулирования расхода воздуха в вентиляционной сети шахт на основе информации, получаемой от датчиков информации, получаемой от датчиков [CH₄], скорости воздуха с целью повышения эффективности проветривания и безопасности ведения горных работ.

          В состав аппаратуры входят технические средства (ТС) контроля скорости воздуха в выработках  и контроля состава атмосферы.

          По заданным сечениям и длине выработок составляют системы моделирования проветривания шахт. В модели вводятся конкретные параметры, на ПЭВМ производится расчет требуемых  параметров по скорости воздуха и по концентрации  метана и других составляющих газовой атмосферы. На основании замеров фактических параметров с помощью соответствующих ТС вводят в систему корректирующие воздействия с помощью соответствующих регулятотров.

7.4. Аппаратура контроля шахтного воздуха

          Для обеспечения безопасности труда подземных рабочих состав рудничного (шахтного воздуха ) должен контролироваться.

          Основные требования:

-содержание кислорода не менее 20%

-углекислого газа на рабочих местах и в исходящих струях участков не более 0.5 %, а исходящим выработкам шахт 0.75%

-содержание метана, исчисляемое как средняя концентрация в поперечном сечении вент струи не должна быть более:

          =1% на исходящей струе очистных и подготовительных выработок и участков;

          =0.75% на исходящей струе крыла или шахты в целом;

          =0.5% на свежей струе, поступающей в очистные выработки, к подготовительным забоям и в камеры;

          =не более 2% в местных скоплениях в какой либо точке выработок.

          Для  точного, дискретного контроля состава воздуха применяют различные ТС: интерферометры,ШИ-6,( О₂,СН_4, СО₂),  ШИ-- 10(СН₄ , СО₂).

          Для непрерывного индивидуального  автоматического контроля  [CH₄­]  

 непосредственно на рабочих местах применяют переносные метан- реле с автономным питанием.

          Для контроля и автоматического отключения электропитания в выработках при  достижении опасных концентраций в местах газовыделений из пласта при отбойке угля (в зоне работы шнеков  добычного комбайна) разработано метан- реле типа ТМРК-3, отключающее подачу электроэнергии  комбайна при достижении [CH₄  более 2%].

          К стационарным ТС относят аппаратуру, блокирующую подачу электроэнергии в  выработку при достижении предельной для данной точки     выработки концентрации, осуществляющей сигнализацию и передачу аналогового сигнала, пропорционального [CH₄]  на пульт диспетчера газовой службы с его регистрацией.  В настоящее время это аппаратура 

МЕТАН. (Более детально об аппаратуре МЕТАН - на лабораторной работе)

7.5. Автоматизация проветривания тупиковых выработок (АПТВ)

          Для обеспечения непрерывного контроля за поступлением воздуха в тупиковые выработки, проветриваемые вентиляторами местного проветривания  ВМП, в настоящее время применяется аппаратура АПТВ.

          Основные функции:

-включение ВМП импульсами регулируемой длительности и количества, в зависимости от длины вентиляционного  “рукава”

-немедленное включение резервного вентилятора при остановке рабочего

-задание уставки величины скорости воздуха пропорционального требуемому количеству воздуха для обеспечения выработки

-отключение электроэнергии в выработке при снижении скорости воздуха

ниже заданной (уставки) и другие.

(Детальное изучение АПТВ на лабораторной работе).

          7.6. Автоматизация и контроль шахтных дегазационных систем

          Необходимость дегазации, как средства поддержания допустимых концентраций метана в выработках, очевидна. При современных нагрузках на забой,  высокой газообильности шахт обеспечение  безопасных условий только за счёт способов и средств вентиляции невозможно.

          Для систем дегазации характерно наличие трубопроводов ,по которым метан удаляется за пределы дегазируемого участка. В дегазационных трубопроводах для повышения безопасности эффективности в большинстве случаев создаётся разрежение с  помощью вакуум-насосных  установок (станций ВНС). ВНС, газопроводы, скважины, а также вся регулирующая, запорная и  предохранительная аппаратура совместно со средствами контроля и управления образуют дегазационную систему шахты.

          К средствам контроля и автоматизации ВНС предъявляются очень серьёзные требования по обеспечению безопасности, надёжности, систем блокировок и защиты.

          В настоящее время наиболее известна  автоматическая информационная система контроля параметров шахтных дегазационных установок, включающая  и регуляторы   ДИСК.

7.7. Автоматизированные системы управления проветриванием горных выработок (АСУПВ)

          АСУПВ предназначена для автоматического оперативного управления газовой обстановкой в действующих выработках шахт с целью снятия ограничений на производительность выемочных участков и шахты по газовому фактору, экономии электроэнергии на проветривание и обеспечение высокого уровня безопасности горных работ.

          В технической части система представляет собой совокупность ТС контроля концентрации метана и измерителей скорости воздуха(ИСВ-1), средств передачи информации в центр управления, средств обработки данных, выработки управляющих воздействий(УВК), исполнительных устройств(АУРВ, РРВП), аппаратура автоматизированного управления вентиляционными дверями (АШУ), управляемый привод ВГП.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - СПГ-9м.

          Система позволяет:

=непрерывно контролировать концентрацию метана и скорость движения воздуха в выработках;

= осуществлять оперативную статистическую обработку контролируемых параметров с интервалом отбора данных в 1 мин;

=осуществлять оперативный расчёт требуемых приращений расходов в выработках;

=обеспечивать приращения расходов в выработках и по шахте в целом с интервалом 5-20 мин.

          Применение системы позволяет автоматически снимать с помощью регулирования вентиляционного режима до 85-100%. загазирований технологического и аварийного характера при снижении расхода эл. энергии по шахте на 5- 7%.