一种掘进头间隔串联通风自动调风保护装置及方法技术领域
本发明涉及一种掘进头间隔串联通风自动调风保护装置及方法，具体涉及一种矿井及隧道工程中长距离独头巷道掘进头间隔串联通风自动调风保护装置及方法。
背景技术
矿井巷道及工程隧道施工过程中，尤其是矿井开拓时期，通常要掘进长距离的独头巷道（隧道），因通风距离较长，单台局部通风机无法克服沿程通风阻力，通常采用串联2台及以上局部通风机通风。按局部通风机布置方式可分为集中串联通风和间隔串联通风。由于间隔串联比集中串联漏风量小而得到广泛应用，但是，间隔串联中当后一台风机的吸风量大于前一台风机末端风筒的出风量时，柔性风筒会被吸瘪，严重时会将部分柔性风筒吸入风机，导致后一台风机电机烧毁。
云南锡业集团余庆华等（压差补偿器在长独头掘进串联通风中的应用[J].中国矿山工程,2005.08,34卷4期）设计了压差补偿器串联在二台风机之间，能自动控制风筒外的污浊空气进入风筒，实现风筒内外风压平衡。CN203130137U公开的方案，是通过在两级局部通风机的硬质和柔性风筒接口处留设空隙来自动吸入巷道内污风以实现风筒内外风压平衡。但是，这两种方式，后一级局部通风机均会吸入洗刷掘进面后的污风，含有粉尘及有毒有害气体，导致污风在掘进工作面循环，降低了工作面供风质量，不利于安全生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种自动实现串联通风机前后级风量供需平衡，避免柔性风筒被吸瘪，且供风质量好的掘进头间隔串联通风自动调风保护装置。
本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种切实保障局部通风机安全，可有效延长局部通风供风距离，提高掘进工作面供风质量的掘进头间隔串联通风自动调风保护方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种掘进头间隔串联通风自动调风保护装置，包括两个以上的局部通风机、柔性风筒、差压变送器和变频综合控制模块；所述局部通风机通过柔性风筒串联连接，所述差压变送器的正压端伸入前一级柔性风筒内的后一级局部通风机吸风口前，负压端置于所述柔性风筒外；所述差压变送器与变频综合控制模块连接，变频综合控制模块与局部通风机连接。所述后一级局部通风机与前一级局部通风机的柔性风筒直接相连，接口处不留空隙。所述差压变送器的正压端测量的是柔性风筒内的空气静压，负压端测量的是柔性风筒外，即巷道内的空气静压。所述变频综合控制模块能根据差压变送器测量的数据自动改变输出电源频率，以平衡串联通风机前后级风量供需平衡。
本发明装置所述局部通风机和变频综合控制模块均由井下供电网供电，差压变送器由变频综合控制模块供电，井下供电网可直接供电，也可在本发明装置中安装内电源，边储存边供电。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种掘进头间隔串联通风自动调风保护方法，开启局部通风机，差压变送器测量前一级柔性风筒内的正压端和柔性风筒外的负压端的压差，并将压差数据传送给变频综合控制模块，变频综合控制模块处理压差数据，通过改变后一级串联的局部通风机的频率自动控制串联局部通风机的吸风量，实现通风自动调风保护。
进一步，当正压端压力大于负压端压力时，所述变频综合控制模块提高输出频率，以增大后一级局部通风机吸风量。当正压端压力大于负压端压力时，说明前一级局部通风机出风量大于后一级局部通风机吸风量，通过提高后一级局部通风机的输出电源频率，前一级局部通风机出风量与后一级局部通风机吸风量达到平衡，稳定工作面的供风量。
进一步，当正压端压力小于负压端压力时，所述变频综合控制模块降低输出频率，以减小后一级局部通风机吸风量。当正压端压力小于负压端压力时，说明前一级局部通风机出风量小于后一级局部通风机吸风量，通过降低后一级局部通风机的输出电源频率，前一级局部通风机出风量与后一级局部通风机吸风量达到平衡，避免前一级柔性风筒被吸瘪。
进一步，当正压端压力等于负压端压力时，所述变频综合控制模块保持输出频率恒定，不改变后一级局部通风机的吸风量。当正压端压力等于负压端压力时，说明前一级局部通风机出风量等于后一级局部通风机吸风量。
进一步，当正压端和负压端的压差大于压差限值时，变频综合控制模块切断局部通风机电源，关闭局部通风机，实现自动关机。自动关机可有效的保护后一级局部通风机安全，避免局部通风机因电流过大而烧毁。
所述串联的局部通风机之间的压差限值及压差差值与频率改变的比值提前录入变频综合控制模块。
本发明装置的工作过程是：第一级局部通风机通过柔性风筒将新鲜风流输送至串联的第二级局部通风机，以此类推，将新鲜风流输送至串联的第三级、第四级等多级局部通风机。伸入前一级柔性风筒内的后一级局部通风机吸风口前的差压变送器的正压端不断测量柔性风筒内的空气静压，置于所述柔性风筒外负压端不断测量柔性风筒外巷道内的空气静压。所述差压变送器与变频综合控制模块连接，变频综合控制模块与局部通风机连接。当正压端压力大于负压端压力时，变频综合控制模块提高后一级局部通风机的输出电源频率以增大后一级局部通风机吸风量；当正压端压力小于负压端压力时，变频综合控制模块降低后一级局部通风机的输出电源频率以减小后一级局部通风机吸风量；当正压端压力等于负压端压力时，变频综合控制模块保持输出频率恒定，不改变后一级局部通风机吸风量；当正压端和负压端的压差大于压差限值时，变频综合控制模块切断局部通风机电源，关闭局部通风机，实现自动关机。
本发明的工作原理是：通过测量串联局部通风机近风流入口的柔性风筒内外风压，根据风筒内外风压差改变串联局部通风机频率，调节串联局部通风机吸风量，自动实现前后级局部通风机风量供需平衡。
本发明装置安装简单，测量基础参数为风筒内、巷道内静压，静压分布均匀，测量简单可靠。使用本发明装置可避免柔性风筒被吸瘪，切实保障局部通风机安全，可有效延长局部通风供风距离，提高掘进工作面供风质量及供风安全，科学有效。
附图说明
图1是本发明实施例掘进头间隔串联通风自动调风保护装置整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，所述掘进头间隔串联通风自动调风保护装置，包括三个局部通风机1、柔性风筒2、差压变送器3和变频综合控制模块4；所述局部通风机1通过柔性风筒2串联连接，所述差压变送器3的正压端（+）伸入前一级柔性风筒2内的后一级局部通风机1吸风口前，负压端（-）置于所述柔性风筒2外，所述差压变送器3与变频综合控制模块4连接，变频综合控制模块4与局部通风机1连接。所述后一级局部通风机1与前一级局部通风机1的柔性风筒2直接相连，接口处不留空隙。所述差压变送器3的正压端（+）测量的是柔性风筒2内的空气静压，负压端（-）测量的是柔性风筒2外，即巷道内的空气静压。所述局部通风机1和变频综合控制模块4均由井下供电网供电，差压变送器3由变频综合控制模块4供电。
一种掘进头间隔串联通风自动调风保护方法：开启局部通风机1，差压变送器3测量前一级柔性风筒2内的正压端（+）和柔性风筒2外的负压端（-）的压差，并将压差数据传送给变频综合控制模块4，变频综合控制模块4处理压差数据，通过改变后一级串联的局部通风机1的频率自动控制串联局部通风机1的吸风量，实现通风自动调风保护。当正压端（+）压力大于负压端（-）压力时，变频综合控制模块4通过提高后一级局部通风机1的输出电源频率，增大后一级局部通风机1的吸风量；当正压端（+）压力小于负压端（-）压力时，变频综合控制模块4通过降低后一级局部通风机1的输出电源频率，减小后一级局部通风机1的吸风量；当正压端（+）压力等于负压端（-）压力时，变频综合控制模块4保持输出频率恒定，不改变后一级局部通风1的吸风量；当正压端和负压端的压差大于压差限值时，变频综合控制模块4切断局部通风机1电源，关闭局部通风机1，实现自动关机。所述串联的局部通风机1之间的压差限值及压差差值与频率改变的比值提前录入变频综合控制模块4。
本发明装置的工作过程是：第一级局部通风机1通过柔性风筒2将新鲜风流输送至串联的第二级局部通风机1，第二级局部通风机1通过柔性风筒2将新鲜风流输送至第三级局部通风机1。伸入第一级柔性风筒2内的第二级局部通风机1吸风口前的差压变送器3的正压端（+）不断测量柔性风筒2内的空气静压，置于所述柔性风筒2外负压端（-）不断测量柔性风筒2外巷道内的空气静压。所述差压变送器3与变频综合控制模块4连接，变频综合控制模块4与局部通风机1连接。当正压端（+）压力大于负压端（-）压力时，变频综合控制模块4通过提高后一级局部通风机1的输出电源频率以增大后一级局部通风机1的吸风量；当正压端（+）压力小于负压端（-）压力时，变频综合控制模4块通过降低后一级局部通风机1的输出电源频率以减小后一级局部通风机1的吸风量；当正压端（+）压力等于负压端（-）压力时，变频综合控制模块4保持输出频率恒定，不改变后一级局部通风机吸风量；当正压端和负压端的压差大于压差限值时，变频综合控制模块4切断局部通风机1电源，关闭局部通风机1，实现自动关机。