本实用新型具体涉及一种矿井通风安全系统，尤其是煤矿巷道局部通风系统。
背景技术：
根据统计，煤矿井下发生的瓦斯爆炸80％机率与局部通风有关。预防瓦斯爆炸的重点应是采用局部通风的掘进工作面，因局部通风问题导致的瓦斯事故中，大部分与局部通风机停止运转有关。因此研究如何提高局部通风的可靠性，尽可能减少停风次数，对预防瓦斯事故具有重要意义。
随着矿井机械化的发展，电气设备尤其是大功率电器设备越来越多，这些大功率供电设备一起工作时，产生的谐波分量会导致低质量供电的问题，这会对检测系统及机电保护系统产生影响，导致误动作，造成跳闸，从而影响供电稳定；加之地面风雨雷电及故障跳闸不可避免的导致双风机同时失电停止工作，影响局部通风的可靠性，威胁通风瓦斯安全。为此，进一步研究提高局部通风可靠性，使其免受风雨雷电及避免受其他设备使用的影响，依然具有十分重要的意义；尤其是俯伪斜柔性掩护支架采煤法开采工艺需要施工倾斜向上的超前小眼，一但停电停风，受瓦斯密度比空气轻的影响，即使很少的瓦斯涌出量在很短的停风时间内也会导致瓦斯积聚在碛头，导致瓦斯超限，严重威胁矿井通风及作业人员安全。
《煤矿安全生产标准化基本要求及评分方法(试行)》通风部分规定：“无计划停风1次扣10分”，最多可扣35分；而《煤矿安全生产标准化考核定级办法(试行)规定矿井安全生产标准化必须达三级以上，不达级的矿井立即停止生产。这意味着发送三次及以上无计划停风矿井必须停产整顿。这也体现了我国对局部通风的管理的重视。倒逼着煤矿企业加强供电及局部通风管理，提高局部通风的可靠性。
因此，在“瓦斯超限就是事故”的安全管理理念下，对局部通风的要求很高，所以必须提高局部通风供电及局部通风机的可靠性、冗余性。
然而，现在的采矿技术中，缺乏更优秀的能显著提高局部通风可靠性、冗余性的通风技术，保证在任何情况下在需要局部通风时可靠通风。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种煤矿巷道局部通风系统，以解决现有的采矿中的通风技术缺乏更可靠性与冗余性的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：
本实用新型的煤矿局部通风系统，设置在采煤巷道内，包括风筒及连接在主风筒进风端的风机装置；风机装置包括正常运转的主风机，用于主风机无计划停工后启动的备用风机，用于主风机无计划停工并且备用风机无法启动时而启动的应急局部风机。主风机与主风筒连接，并在连接处设置主风门，备用风机、应急局部风机分别通过支路风筒连接到主风筒。支路风筒与主风筒连接处设置有风门。所述的主风机、备用风机，应急局部风机与供电系统连接。具体为：
所述的主风机与主电源连接，并在主电源上设置主控制开关。
所述的备用风机与备用电源连接，并在备用电源上设置备用控制开关。
所述的主控制开关与备用控制开关连锁控制。
所述的应急局部风机通过转换系统与电池连接，电池通过转换系统和主电源连接。所述的转换系统与主控制开关、备用控制开关连接，用于连锁控制应急局部风机、电池、主电源之间的电路开闭。
如上所述的一种煤矿局部通风系统，更进一步说明为，转换系统包括控制回路、主电源回路。
所述的主电源回路连接到主电源，主电源回路上依次连接有浪涌保护电路、变压器、电抗器、整流器，在整流器的输出端连接变频器，变频器连接应急局部风机。整流器的输出端连接到电池。在整流器的输出端连接有消防信号持续电源输出单元。在变频器的输入端设置有主开关。
所述的控制回路包括从主电源回路取电的控制电源变压器，控制电源变压器的输出正极与负极之间分别串联有主开关的电磁控制线圈、主风机电气连锁开关、备用风机电气连锁开关、消防电气连锁开关，并在控制电源变压器的输出正极与负极之间形成回路。
所述的主控制开关与主风机电气连锁开关连锁控制，备用控制开关与备用风机电气连锁开关连锁控制。主控制开关常开、主风机电气连锁开关常闭；备用控制开关常开，备用风机电气连锁开关常闭；主开关常开。
如上所述的一种煤矿局部通风系统，更进一步说明为，所述的消防信号持续电源输出单元包括按顺序连接在整流器输出端的IGBT、隔离变压器、消防信号电源变压器、互感器、消防信号回路。消防信号回路上设置有用于监测消防状态的探头、消防电气连锁开关的电磁控制线圈。
如上所述的一种煤矿局部通风系统，更进一步说明为，所述的电源输入端为交流660V输入。变压器为480V输出。整流器为480V直流输出。变频器为380V交流输出。控制电源变压器为36V直流输出。所述的IGBT为240V交流输出。隔离变压器为220V交流输出。消防信号电源变压器为24V直流输出。
如上所述的一种煤矿局部通风系统，更进一步说明为，所述的变频器输入端正极设置有第一二极管，第一二极管的输出端连接变频器输入端。在第一二极管与变频器输入端之间还设置第一保险盒。
如上所述的一种煤矿局部通风系统，更进一步说明为，所述的IGBT输入端在正极与负极之间设置有第一滤波电容。IGBT输入端在正极设置第二保险盒、第二二极管。所述的隔离变压器输出端的正极与负极之间设置第二滤波电容。
所述的消防信号电源变压器的输入端与主电源回路连接，消防信号电源变压器的输入端线圈带有中心抽头，中心抽头与隔离变压器连接。
如上所述的一种煤矿局部通风系统，更进一步说明为，所述的控制回路中还设置有试验开关，所述的试验开关并连于主风机电气连锁开关、备用风机电气连锁开关。具体为：主风机电气连锁开关与备用风机电气连锁开关串连，其中备用风机电气连锁开关的输出端连接在主风机电气连锁开关的输入端，试验开关的输入端连接在备用风机电气连锁开关的输入端，试验开关的输出端连接在主风机电气连锁开关的输出端。
本实用新型还公开了一种煤矿局部通风系统的运行方法，如下：
(1)、主控制开关闭合，主风机正常运行，支路风筒与主风筒连接处的风门关闭，主风机向主风筒内供风；主电源通过转换系统向电池充电；
(2)、当主电源无计划失电，主控制开关断开，主风机停工，备用控制开关闭合，备用风机与备用电源连接，备用风机运转；主风机与主风筒连接处的主风门关闭，备用风机与主风筒连接的支路风筒处的风门打开，备用风机向主风筒供风；
(3)、当主电源无计划失电，备用电源无计划失电，使主开关闭合，应急局部风机从电池处获电运转，备用风机与主风筒连接的支路风筒处的风门关闭，应急局部风机与主风筒连接的支路风筒处的风门打开，应急局部风机向主风筒供风；
(4)、应急局部风机向主风筒供风过程中，消防状态异常，使应急局部风机失电停止运转。
如上所述的一种煤矿局部通风系统的运行方法，更一进说明为，所述的主电源通过转换系统向电池充电具体为：交流660V的主电源通过变压器、电抗器、整流器后得到稳定干净的480V直流电源，并直接向电池充电；
所述的应急局部风机从电池处获电运转，具体为：主控制开关及备用控制开关失电断开，使主风机电气连锁开关与备用风机电气连锁开关闭合，控制回路导通，主开关的控制电路得电，主开关闭合，电池的480V直流电源通过变频器转换为380V的交流电源输入到应急局部风机，使应急局部风机运转；
所述的消防状态异常，使应急局部风机失电停止运转，具体为：应急局部风机向主风筒供风过程中，探头到监测消防状态异常，消防信号回路断开，消防电气连锁开关失电断开，使控制回路失电，主开关断开，应急局部风机失电停止运转。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型提供的煤矿局部通风系统与运行方法提供了更为可靠的煤矿局部通风，让煤矿通风具备了可靠性、冗余性，保证在主电源断电甚至备用电源断电的情况下，仍然有应急通风功能。
本实用新型的煤矿局部通风系统具备在主电源正常输电的情况下充电，主电源断电主风机停工的情况下自动启动备用风机，而主电源断电、备用电源断电的情况下，本系统自己启动应急局部风机，持续提供局部通风。
附图说明
图1为局部通风系统结构示意图。
图2为本实用新型转换系统结构示意图。
其中：第一二极管T1，第二二极管T2，隔离变压器MS1，控制电源变压器BK1，消防信号电源变压器BK2，第一滤波电容C1，第二滤波电容C2，主开关KM1，消防电气连锁开关KM2，主风机电气连锁开关KM3，备用风机电气连锁开关KM4，试验开关KM5，应急局部风机M～3，电池UPS，第一保险盒FU1，第二保险盒FU2。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。
为实现上述目的，本实用新型所采取的本实用新型的煤矿局部通风系统如下技术方案。
系统安装运行环境：本实施例运行的煤矿为高瓦斯矿井，矿井全年瓦斯绝对涌出量为18.986m3/min，相对涌出量为26.941m3/t；二氧化碳绝对涌出量为6.97m3/min，相对涌出量为9.891m3/t。矿井通风方式为中央分列式通风，通风方法为机械抽出式。其采煤工作面“U”型通风，掘进工作面采用压入式通风。
本实施例的通风系统安装在采煤巷道内，并为采面小眼供风，采面小眼最大绝对瓦斯涌出量为0.75m3/min，都采用压入式局部通风。主风机安装在工作面运输巷进风流中，一但主风机停风，很容易瓦斯积聚和超限。
主风机：主风机选用两台FBD-2No-5型7.5kw的风机，其风量为274-124m3/min，风压354-3573pa，保证采煤巷道内的风量不低于160m3/min。
备用风机：采煤巷道内需风量75m3/min，备用风机需要吸入风量为80m3/min，工作全压为1343Pa。因此选用FBD2*2.2kw№4/4.4型风机能达到要求。该通风机全压为251-2156Pa，风机风量为136-72m3/min。
应急通风时需风量计算：在主风机和备用风机均停运时，则无人员进入采煤巷道内作业，风量按瓦斯涌出量计算：设采煤工作面瓦斯涌出量截至目前最大为0.75m3/min，按照采煤小眼应急电源局部通风期间瓦斯不超过1％计算：100×0.75＝75m3/min，需风量75m3/min，应急局部风机需要吸入风量为80m3/min，工作全压为1343Pa。因此选用FBD2*2.2kw№4/4.4型风机能达到要求。FBD2*2.2kw№4/4.4风机的全压为251-2156Pa，风量为136-72m3/min，使用电源为三相交流380V电源。
根据上述安装环境及要求，本实施例设计如下：
参考图1、2。
主风机与主电源连接，并在主电源上设置主控制开关。备用风机与备用电源连接，并在备用电源上设置备用控制开关，备用电源为动力供电系统供电。主控制开关与备用控制开关连锁控制。主控制开关与主风机电气连锁开关KM3连锁控制，备用控制开关与备用风机电气连锁开关KM4连锁控制。
应急局部风机M～3通过转换系统分别与电池UPS和主电源连接；转换系统与主控制开关、备用控制开关、电池、主电源连接。主控制开关在工作时闭合，主风机电气连锁开关KM3断开；备用控制开关断开，备用风机电气连锁开关KM4闭合。
转换系统包括控制回路、主电源回路。主电源为交流660V输入，主电源回路上依次连接有浪涌保护电路、480V输出的变压器、电抗器、660V交流电源经整流器后，得到480V直流输出电源。
整流器的输出端连接电池，持续为电池充电，这也是整流器输出端的主要作用。其中电池选用SAE12-38/480V免维护EPS蓄电池，交流660V主电源输入经过变压、整流后，自动调整电池充电参数，根据供电环境对电池进行均衡浮充转换、温度补偿充电，放电，达到延长电池使用寿命，电池使用3～5年。
电池为专供1台应急局部风机用电，可以保证工作面主风机、备用风机在同时失电的情况下，应急局部风机为小眼局部通风达4小时以上，能最大限度地减少瓦斯超限，保证矿井局部通风可靠及作业人员安全。
在整流器的输出端有变频器，在变频器的输入端设置有主开关KM1，当主开关闭合后，变频器将从电池或整流器输入的480V直流经过逆变后得到380V交流输出的，为应急局部风机供电。变频器输入端正极设置有第一二极管T1，在第一二极管与变频器输入端之间还设置第一保险盒FU1。变频器将输入的480V直流通过逆变转换成工频50Hz正弦三相交流380V电源，供给应急局部风机三相交流380V电源，这里采用变频器加速启动，可减少应急局部风机磨损，提高应急局部风机的可靠性和使用寿命。
整流器的输出端连接有消防信号持续电源输出单元，由按顺序连接在整流器输出端的240V交流输出的IGBT、220V交流输出的隔离变压器MS1、24V直流输出的消防信号电源变压器BK2、互感器、消防信号回路构成。IGBT输入端在正极与负极之间设置有第一滤波电容C1；IGBT输入端在正极设置第二保险盒FU2、第二二极管T2；隔离变压器输出端的正极与负极之间设置第二滤波电容C2。IGBT采用第六代IGBT高速开关特性，具有高电压和大电流工作特性；电压型驱动，同时具有更低的饱和压降，逆变器工作效率可靠性高。
消防信号电源变压器BK2的输入端与主电源回路连接，消防信号电源变压器的输入端线圈带有中心抽头，中心抽头与隔离变压器MS1连接。在系统正常运转的情况下，消防信号电源变压器由IGBT通过隔离变压器由中心抽头给电，当主电源回路发生故障时，隔离变压器失电，则消防信号电源变压器由输入端线圈给电，保护消防信号回路持续有电。
本实施例的控制回路包括从主电源回路取电的控制电源变压器BK1，控制电源变压器为36V直流输出，输出正极与负极之间分别串联有主开关KM1的电磁控制线圈、主风机电气连锁开关KM3、备用风机电气连锁开关KM4、消防电气连锁开关KM2，并在控制电源变压器的输出正极与负极之间形成回路。消防电气连锁开关的电磁控制线圈串接在消防信号回路中，设置有用于监测消防状态的探头，消防电气连锁开关KM2常闭。
消防信号电源变压器BK2、隔离变压器MS1、控制电源变压器BK1均通过浪涌保护器处接零。
本实用新型的煤矿局部通风系统基本运行结构为：当矿井供电正常时，首先由主电源向主风机供电运行，备用风机和应急局部风机停运，均处于备用状态。
当主电源供电系统故障失电时，自动切换由动力供电系统供电给备用风机运行，主风机和应急局部风机停运。
当井下供电系统全部失电，主电源、动力供电系统均失电，主风机和备用风机均停运，
因主控制开关与主风机电气连锁开关连锁控制，备用控制开关与备用风机电气连锁开关连锁控制，主风机和备用风机同时提供停机信号给本实施例的转换系统，转换系统自动投切启动电池与应急局部风机的连接，让电池为应急局部风机供电，为掘进碛头供风。其工作的具体过程如下：
(1)、主控制开关闭合，主风机正常运行，支路风筒与主风筒连接处的风门关闭，主风机向主风筒内供风；交流660V的主电源通过变压器、电抗器、整流器后得到稳定干净的480V直流电源，并直接向电池充电；；
(2)、当主电源无计划失电，主控制开关断开，主风机停工，备用控制开关闭合，备用风机与备用电源连接，备用风机运转；主风机与主风筒连接处的主风门关闭，备用风机与主风筒连接的支路风筒处的风门打开，备用风机向主风筒供风；
(3)、当主电源无计划失电，备用电源无计划失电，主控制开关及备用控制开关失电断开，使主风机电气连锁开关与备用风机电气连锁开关闭合，控制回路导通，主开关的控制电路得电，使主开关闭合，电池的480V直流电源通过变频器转换为380V的交流电源输入到应急局部风机，应急局部风机从电池处获电运转，备用风机与主风筒连接的支路风筒处的风门关闭，应急局部风机与主风筒连接的支路风筒处的风门打开，应急局部风机向主风筒供风；应急供电系统自动投切功能投切时间可根据需要设置，设置时间在1s～600s范围任意设置。当主风机、备用风机任意一台恢复运转时，转换系统停止向应急局部风机供电，从而实现三回路电源分别给三台风机供电并能自动切换。
(4)、应急局部风机向主风筒供风过程中，探头到监测消防状态异常，消防信号回路断开，消防电气连锁开关失电断开，使控制回路失电，主开关断开，应急局部风机失电停止运转。
本实施例中，当井下供电系统全部失电(当主电源无计划失电，备用电源无计划失电，)，主风机、备用风机都停止运行时，方能自动投切运行应急局部风机，否则，缺一停机信号都不能实现自动投切运行。在工作中，应当为本实施例中直流电源设计过载保护：当负载功率大于输出功率100％或负载功率小于输出功率120％时，1S钟后自动控制断开输出电压；当负载功率大于输出功率120％时，也在1S钟后自动控制断开输出电压。
风筒：本实用新型的煤矿局部通风系统，设置在采煤巷道内，由主风筒向巷道掘进碛头供风。主风筒直径为500mm以上，主风筒与支路风筒间的风门可选用活动板设计，即选择一块外部轮廓与直径和主风筒内直径相当的翻板，翻板的一侧通活页安装在支路风筒与主风筒连接处，当主风机送风时，风压吹动翻板围绕活页旋转，翻向支路风筒口，并盖住支路支路风筒口，防止主风筒内的风流向支路风筒；当备用风机送风时，风压吹动翻板围绕活页旋转，翻向主风机一侧，并盖住主风筒与主风机的连接处，防止支路风筒的风流向主风机处。
控制回路中还设置有试验开关KM5，试验开关为常开状态；试验开关并连于主风机电气连锁开关、备用风机电气连锁开关。具体为：主风机电气连锁开关与备用风机电气连锁开关串连，其中备用风机电气连锁开关的输出端连接在主风机电气连锁开关的输入端，试验开关的输入端连接在备用风机电气连锁开关的输入端，试验开关的输出端连接在主风机电气连锁开关的输出端。当需要单独检测电池与应急局部风机之间的电路是否正常导通时，可以按下试验开关KM5，使主开关KM1的电磁控制线圈带电，主开关吸合。
为检测运转情况，本实用新型每天进行三路电源三台风机切换试验。具体操作如下：
试验时先让主风机停止，备用风机控制开关延时3～5秒自动吸合，备用风机运转。备用风机运转后要检查支路风筒与主风筒的翻板转活页转换是否正常。如果主风机运转时按下主风机停止按钮，在5秒内不能启动备用风机应立即手动恢复主风机运转。
检查主风机、备用风机切换正常后，同时停止主风机、备用风机运转5秒时间，观察应急局部风机是否能在30秒内自动启动，若能正常启动，则及时手动恢复主风机运行。如果30秒内不能自动启动应急局部风机则必须及时手动恢复主风机运转。
只有做切换试验或主风机或备用风机都无电时，方能向应急局部风机供电；当主风机或备用风机同时停电不能正常运转时，必须及时处理、尽快恢复供电，当主风机或备用风机任意一台恢复得电时，必须及时恢复主风机或备用风机的运转，尽量避免长时间使用应急局部风机供风，防止电源耗尽导致碛头停风。
巷道停止掘进，无需供风期间由该区域维护电工负责断开向电池的充电及主开关KM1，以免长期运行应急局部风机而影响直流电源的使用寿命。
本实施例运转试验方式如下：
关闭EPS充电电源；
在主风机和备用风机同时关闭后，7秒后应急局部风机开始起动，45秒后应急局部风机正常运行，达到设计风量。
应急局部风机正常运行后测量：
电池电压519V；变频器输出电压380V，电流9A；采煤小眼风量110m3/min，瓦斯浓度0.11％。
应急局部风机正常运行30分钟后测量：
电池电压518V；变频器输出电压380V，电流9A；采煤小眼风量110m3/min，瓦斯浓度0.11％。
以上步骤完成后起动主风机，观察应急局部风机停止；间隔5分钟后主风机和备用风机同时关闭，再观察应急局部风机正常起动；间隔5分钟后启动备用风机，再观察应急局部风机停止；因此应急局部风机按以上步骤试验都能正常起动和停止，试验结束。
本实施例作为独立的第三回路电源不受地面风雨雷电的影响，不受井下其他地点电压、电流波动及故障的影响，避免了矿井因无计划停电停风带来的瓦斯超限，不影响生产，提高了企业效益。
上述实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。