I. Aperçu de la fonction de renversement sans arrêt du ventilateur
Le système de basculement sans interruption de la ventilation principale des mines de charbon a été conçu pour pallier les diverses insuffisances des configurations des équipements de ventilation actuellement utilisés dans la plupart des mines ; ce système consiste à faire démarrer en avance le ventilateur de secours avant l’arrêt du ventilateur en service, c’est‑à‑dire à mettre celui‑ci en « veille chaude préalable au basculement », afin d’accroître la tolérance aux pannes durant le processus de basculement. Si le ventilateur de secours démarre normalement, on procède ensuite au basculement du réseau de ventilation une fois qu’il a atteint un régime stable ; si, en revanche, le ventilateur de secours ne parvient pas à démarrer correctement, on peut tout d’abord l’arrêter, car le ventilateur en service n’a pas été arrêté et il n’en résulte donc aucune perturbation de la ventilation souterraine, ce qui laisse amplement le temps d’identifier la cause de l’incident. Par ailleurs, en faisant démarrer le ventilateur de secours en avance, l’impact sur le système de ventilation se traduit par une transition, par rapport au mode actuel de « ventilation interrompue pendant le basculement », d’une situation de coupure ou de faible débit d’air s’étendant sur l’ensemble du processus de basculement, vers une fluctuation raisonnable du débit d’air souterrain durant la brève période de commutation du réseau de ventilation, réalisant ainsi un « basculement entre ventilateurs principal et de secours sans interruption de la ventilation » et éliminant définitivement le problème des arrêts intermittents de la ventilation souterraine causés par le basculement avec coupure de la ventilation.
Ce système est doté de fonctions d’automatisme de basculement de la ventilation principale d’une mine sans interruption du flux d’air, de basculement par « une seule touche » et de basculement automatique en cas de détection d’une défaillance du ventilateur en service. Grâce au système de détection et de contrôle, des portes de ventilation de nouvelle conception à étanchéité autonome sont ouvertes ou fermées rapidement selon un contrôle logique, ce qui permet un basculement rapide des ventilateurs et réduit, pendant le processus de basculement, l’impact sur le réseau de ventilation – passant de l’« arrêt total du flux d’air » dans les méthodes traditionnelles à une « fluctuation du débit d’air » – tout en raccourcissant le temps de basculement en cas de défaillance.

2. Présentation des fonctionnalités
(1) « Mise en marche à un bouton » :
En adoptant un mode de sauvegarde à chaud à double unité et en optimisant le système de contrôle, il est possible d’assurer la commutation entre deux ventilateurs sans interruption de la puissance de ventilation souterraine, ce qui permet une inversion du fonctionnement des ventilateurs « en un seul clic ».
(2) Basculement automatique en cas de panne :
Lors d’un arrêt d’urgence causé par une défaillance, le système guide le conducteur dans les opérations à effectuer en fonction de l’indication de l’état de la panne et dispose d’une fonction d’inversion automatique en cas de défaillance.
(3) Fonctions de surveillance perfectionnées (mise en œuvre de la surveillance en ligne) :
● Surveillance en temps réel et en ligne de l’état de fonctionnement du moteur du ventilateur ainsi que de l’état d’ouverture et de fermeture des volets de régulation du flux d’air ;
● Surveillance et affichage en temps réel de la pression statique d’entrée du ventilateur, du débit d’air, des signaux de vitesse du vent, de la température d’entrée et de l’efficacité du ventilateur ;
● Surveillance des paramètres électriques tels que la tension et le courant du ventilateur (courant à fréquence industrielle et courant à fréquence variable), la fréquence de conversion, la puissance et le facteur de puissance, ainsi que leur analyse de performance ;
● Surveillance en ligne de la température des roulements et de la température du stator du moteur du ventilateur, avec fonction d’alarme en cas de dépassement des limites ;
● Surveillance, affichage et analyse des informations sur l’état de vibration des ventilateurs ;
● Affichage en temps réel, sous forme de courbes graphiques, des paramètres de fonctionnement du ventilateur mesurés et traités en ligne ;
● Affichage des paramètres de fonctionnement du ventilateur mesurés et traités sous forme de courbes historiques, avec possibilité de consulter les données historiques à tout moment ;
● Consultation et affichage, sous forme de rapports, des données historiques de fonctionnement des ventilateurs mesurées et traitées en ligne; possibilité de rappeler les données de surveillance des 2 dernières années pour chaque ventilateur.
● Déclencher des alarmes de dépassement de limites pour les paramètres de fonctionnement des ventilateurs mesurés et traités en ligne, sous diverses formes :
◇Les paramètres de l’écran principal de surveillance s’affichent en rouge ;
◇ Indication par clignotement de l’alarme lumineuse ;
◇Alerte sonore.
●Mise en œuvre du fonctionnement sans surveillance.
(4) Tests de performance automatisés :
Le système de contrôle permet de réguler le débit et la pression du vent, d’acquérir automatiquement les données et d’effectuer des essais de performance automatisés.
● Contrôler l’ouverture, la fermeture et l’arrêt de la vanne du ventilateur, régler cette vanne à n’importe quel angle (de 0 à 90 degrés) afin de maintenir le ventilateur à une valeur de dépression spécifique;
● En fonction des exigences d’essai des performances du ventilateur et de la plage de dépression du ventilateur, le système peut réguler automatiquement les volets d’air afin d’obtenir la dépression à chaque point de mesure ;
● Enregistrer les paramètres de fonctionnement des points de mesure (débit d’air, pression négative, puissance, courant, vibrations, rendement), générer des rapports et tracer la courbe de performance du ventilateur.
(5) Diagnostic des défaillances :
Mettre en place un système expert capable de détecter les états anormaux de fonctionnement d’une éolienne, d’effectuer une analyse correcte, de générer des signaux d’alarme et de produire des conclusions de diagnostic automatique.
● Diagnostic des défaillances relatives à la température des roulements et à la température du stator du moteur ;
● Diagnostic des défaillances liées aux vibrations horizontales et verticales des ventilateurs ;
● Diagnostic des défaillances liées aux variations brusques du débit d’air des ventilateurs ;
● Diagnostic de dépassement de la concentration de gaz au niveau de l’entrée d’air du ventilateur.
(6) Fonction de communication à distance :
Prise en charge de la surveillance à distance via des équipements tiers distants (variateurs de fréquence ou autres dispositifs de contrôle). Le système supporte divers protocoles de communication, tels que MODBUS_RTU, MODBUS_TCP, FTP, WEB, OPCSERVER, etc., et offre plusieurs solutions de communication, ce qui permet de télécharger aisément les données de surveillance vers le système d’automatisation intégrée actuellement utilisé dans les mines de charbon, afin de réaliser l’intégration des systèmes d’information de la mine.

3. Description du fonctionnement de la porte de ventilation des ventilateurs d’inversion sans arrêt
Le système d’actionnement des portes de ventilation à débit variable est principalement composé de plusieurs portes de ventilation fonctionnelles et d’unités d’entraînement; on l’appelle également « porte de court-circuit vers l’air libre » et « porte de régulation verticale à grille suspendue ». Toutes ces portes sont installées dans les galeries de tirage des mines. Afin de faciliter les opérations de maintenance, une porte de secours à ouverture permanente peut être ajoutée du côté de la porte de régulation verticale le plus proche du puits de ventilation (cette option peut être mise en œuvre en fonction des conditions réelles).
Selon les caractéristiques de démarrage des ventilateurs, l’intensité et la durée du courant de démarrage sont liées à la résistance au flux d’air. Comme le montre la figure, l’ajout d’une vanne de court-circuit d’air horizontale à réglage manuel dans le système de ventilation existant permet, grâce à cette vanne, de réduire la résistance rencontrée lors du démarrage en réseau du ventilateur dans le mode « arrêt–redémarrage » traditionnel, d’abaisser la résistance au démarrage du ventilateur et d’augmenter ainsi le taux de réussite du démarrage du moteur du ventilateur.
Afin de surmonter davantage l’incertitude quant à la mise en service normale du ventilateur de secours dans le cadre de la méthode traditionnelle de «arrêt puis basculement», le projet de basculement sans interruption du flux d’air recourt à une mise en veille thermique du ventilateur de secours avant le basculement. Dans ce schéma, le ventilateur de secours est mis en marche sans arrêter le ventilateur en service; une fois la mise en service effectuée de manière normale, une veille thermique fiable est assurée. Si un problème survient et empêche la mise en service, il est possible de suspendre temporairement l’opération de basculement afin d’effectuer d’abord le diagnostic et la réparation de la défaillance, car le processus proprement dit de basculement n’a pas encore commencé et ne perturbe donc pas le fonctionnement normal en réseau du ventilateur initial. Par conséquent, le passage du mode de veille à froid au mode de veille thermique pour les ventilateurs améliore encore le taux de réussite du basculement.

Description du flux de travail :
● La turbine n° 1 fonctionne normalement ; ouvrez la vanne de court-circuit horizontal vers l’air de la turbine n° 2 et mettez en marche la turbine de secours n° 2. (À ce moment-là, la turbine tourne à vide ; par « marche à vide », on entend que le flux d’air entre par la vanne de court-circuit horizontal et ressort par la bouche de sortie, ce qui permet d’assurer une mise en service de secours thermique avant la mise en service effective.)
● Après vérification (auto‑contrôle du système de contrôle) et constatation du bon fonctionnement du ventilateur de secours n° 2, ouvrir la vanne de court‑circuit horizontal vers l’air libre du ventilateur n° 1 tout en fermant la vanne verticale à grille du ventilateur n° 1, afin que le ventilateur n° 1 en service passe en mode de marche à vide.
● Ouvrir la vanne de ventilation verticale n° 2 située à côté de la vanne de dérivation de secours n° 2, tout en fermant simultanément la vanne de court-circuit horizontal vers l’air libre n° 2, afin de passer à un mode de fonctionnement normal avec le réseau de ventilation souterrain.
● Après vérification que le ventilateur de secours fonctionne normalement en ligne, arrêtez le ventilateur en service et la bascule est ainsi effectuée.
 

Schéma de l’aménagement des puits de ventilation des machines à vent sans arrêt