【摘要】：近年來，瓦斯異常涌出誘發(fā)瓦斯爆炸事故時有發(fā)生，已經(jīng)成為我國煤炭工業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的重大問題。本文針對瓦斯異常涌出危害性大、防治難度高等特點，根據(jù)流體力學理論以及電機變頻理論，結(jié)合PLC自動控制技術(shù)、監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)以及計算機軟件開發(fā)技術(shù)，從理論分析、實驗研究、現(xiàn)場驗證三個方面，對復(fù)雜風網(wǎng)“瓦斯異常涌出-變頻調(diào)風稀釋”自動控制理論和方法進行了深入的研究。 首先，從通風網(wǎng)絡(luò)風量調(diào)節(jié)理論和風網(wǎng)解算理論等角度分析了風機變頻調(diào)風對各分支的風量影響，在此基礎(chǔ)上提出了分支風量對風機變頻的靈敏度概念和敏感分支確定方法，并從理論和實例角度得出了分支風量與靈敏度的關(guān)系（Qi-Pi關(guān)系）：風量越大的分支其靈敏度越高，通過變頻調(diào)節(jié)風量也越容易；反之，則調(diào)風越困難。同時，對于敏感分支，風機調(diào)頻時其分支風量變化最為明顯。 其次，通過對瓦斯異常涌出的影響因素和調(diào)研數(shù)據(jù)分析，根據(jù)采掘工作面及回風巷風流中瓦斯異常涌出濃度的變化，將瓦斯異常涌出的表現(xiàn)形式分為快增快降式、快增慢降式以及波動式三類。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過理論推導(dǎo)和實例分析得出采煤工作面（瓦斯異常涌出分支）一般為敏感分支。針對采煤工作面瓦斯異常涌出，提出兩種自動調(diào)風稀釋方法：一是f-w隨動控制調(diào)風法，該方法依據(jù)f-w隨動控制理論進行調(diào)風，即結(jié)合瓦斯異常涌出分支在預(yù)測周期內(nèi)的絕對涌出量的預(yù)測值w，通過迭代運算得到每個預(yù)測周期該分支的所需風量Q，，并根據(jù)Q-f函數(shù)關(guān)系式得到與所需風量對應(yīng)的頻率f動態(tài)調(diào)節(jié)風機，達到調(diào)風稀釋超限瓦斯的目的；二是曲線查找自動調(diào)風法，該方法借鑒f-w隨動控制調(diào)風法的基本理論，但在計算風機頻率時，采用了以風機曲線查找的方法替換了以Q-f函數(shù)關(guān)系式直接計算的方法，即通過網(wǎng)絡(luò)解算的方式快速查找滿足所需風量的風機特性曲線，利用風機特性曲線與風機運行頻率之間的對應(yīng)關(guān)系得到風機最佳工作頻率，進而按此頻率調(diào)風稀釋超限瓦斯。同時，對兩種調(diào)風方法的優(yōu)缺點進行了比較分析，發(fā)現(xiàn)兩種方法互有優(yōu)缺點，但都不影響兩種方法在實際中的應(yīng)用。 再次，在實驗室搭建了通風網(wǎng)絡(luò)管道實驗?zāi)Ｐ汀L機性能測定平臺和“瓦斯異常涌出-變頻調(diào)風稀釋”自動控制平臺。利用風機性能測定平臺建立了相應(yīng)的風機特性曲線庫，這為曲線查找自動調(diào)風法奠定了良好的實驗基礎(chǔ)。同時，從安全角度考慮，以二氧化碳模擬瓦斯異常涌出的三種形式進行實驗，即利用“瓦斯異常涌出-變頻調(diào)風稀釋”自動控制平臺和管道實驗?zāi)Ｐ停ㄟ^控制閥和流量計以二氧化碳的釋放流量模擬三種瓦斯異常涌出方式下的絕對涌出量，并用f-w隨動控制調(diào)風法和曲線查找自動調(diào)風法對其進行稀釋。從實驗結(jié)果來看，風機運行頻率嚴格按照f-w隨動控制法和曲線查找法原理進行變化，三種形式下二氧化碳均在短時間內(nèi)被高效快速稀釋，并且其濃度能控制在設(shè)定的安全閾值范圍內(nèi)。 最后，在山西大同唐山溝煤礦進行了現(xiàn)場實驗，分別測定了風機在27Hz、29Hz、31Hz、33Hz和35Hz頻率運行時3個測點的對應(yīng)風量。實驗結(jié)果驗證了變頻調(diào)風的可行性，通過對比分析，證明了分支風量對風機變頻的靈敏度和敏感分支確定理論的正確性，也進一步驗證了f-w隨動控制調(diào)風法和曲線查找自動調(diào)風法實際應(yīng)用的可行性。該理論的提出為煤礦瓦斯異常涌出的防治提供了一種新途徑。
【圖文】：

圖 2-1 風機調(diào)整葉片角調(diào)節(jié)原理圖Figure 2-1 Fan blade angle adjustment schematic diagram調(diào)速是通過調(diào)節(jié)變頻風機的工作頻率改變風量的方法。它可在通過改變風機運行頻率，控制風機的轉(zhuǎn)速，從而改變通風其滿足需求，并且對于單風機礦井一般不會改變分支風流統(tǒng)紊亂[105]�？刹捎每煽毓璐壵{(diào)速、更換電動機或采用變速電機等頻調(diào)節(jié)電動機運轉(zhuǎn)速度實現(xiàn)。變頻的原理（見圖 2-2）是先通過整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)閷⒅绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡賹ψ冾l器進行調(diào)控。

圖 2-1 風機調(diào)整葉片角調(diào)節(jié)原理圖Figure 2-1 Fan blade angle adjustment schematic diagram（2）風機調(diào)速風機調(diào)速是通過調(diào)節(jié)變頻風機的工作頻率改變風量的方法。它可在風機不的情況下，通過改變風機運行頻率，控制風機的轉(zhuǎn)速，從而改變通風系統(tǒng)中的風量，使其滿足需求，并且對于單風機礦井一般不會改變分支風流方向，造成通風系統(tǒng)紊亂[105]。風機調(diào)速可采用可控硅串級調(diào)速、更換電動機或采用變速電機等傳統(tǒng)方法可以通過變頻調(diào)節(jié)電動機運轉(zhuǎn)速度實現(xiàn)。風機調(diào)速變頻的原理（見圖 2-2）是先通過整流器將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾笥媚孀兤鲗⒅绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟�，再對變頻器進行調(diào)控。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TD712

【參考文獻】

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本文編號：2535453