煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

張麗娟

(山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司)

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

張麗娟

(山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司)

隨著工業(yè)科技的不斷進(jìn)步，煤礦開(kāi)采與生產(chǎn)過(guò)程中大量先進(jìn)技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。以煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)為例，分析了其具體應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化方案，為優(yōu)化煤礦通風(fēng)系統(tǒng)提供參考。

煤礦通風(fēng) 自動(dòng)化控制技術(shù) 優(yōu)化方案

開(kāi)展煤礦安全化生產(chǎn)，完善煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是關(guān)鍵，在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中大量應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)，并做好通風(fēng)的管理與控制，有助于提高礦井的通風(fēng)效果，避免瓦斯爆炸等災(zāi)害事故的發(fā)生[1-3]。為此，分析了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，為相關(guān)應(yīng)用提供借鑒。

1 礦井自動(dòng)化控制技術(shù)

對(duì)井下工作人員進(jìn)行定位時(shí)，要獲取準(zhǔn)確的位置信息，就需要將目標(biāo)的移動(dòng)特征作為基準(zhǔn)，構(gòu)建出該目標(biāo)的移動(dòng)路線圖。就現(xiàn)有的GPS定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井中工作人員實(shí)時(shí)定位與跟蹤難度較大，但無(wú)線傳感器則能夠有效克服該類問(wèn)題。對(duì)所獲得的無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行井下編排和查詢，可以獲取相關(guān)人員的位置信息，掌握他們的移動(dòng)路線以及活動(dòng)情況，進(jìn)行更為有效的控制與管理，有助于預(yù)防和排除各類安全事故隱患。無(wú)線傳感器在使用時(shí)所采用的多點(diǎn)定位網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)分布方式進(jìn)行有效優(yōu)化，改變傳統(tǒng)單水平軸線網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方式，可以更好地適應(yīng)煤礦復(fù)雜的開(kāi)采條件。此外，在礦井自動(dòng)化控制技術(shù)中，高精度算法設(shè)計(jì)也是其主要內(nèi)容之一，無(wú)需信號(hào)源便可實(shí)現(xiàn)計(jì)算，在4 m范圍內(nèi)，還可以對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行防范和處理。對(duì)于高精度系統(tǒng)定位算法的設(shè)計(jì)而言，主要包含了定位精度、盲區(qū)范圍等計(jì)算，隨著計(jì)算方式的不斷完善，自動(dòng)化控制技術(shù)的運(yùn)用必定會(huì)越來(lái)越廣泛。

2 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于煤礦通風(fēng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，有必要實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信號(hào)進(jìn)行有效傳輸與接收處理，其中主要涵蓋了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與指令。多路信號(hào)的傳輸方式可分為時(shí)分制與頻分制2個(gè)類型，其中，頻分制是根據(jù)不同的頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)各路信號(hào)的發(fā)送與接收；時(shí)分制則是按照不同的時(shí)間順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)各路信號(hào)的依次傳送。由于頻分制具有電路簡(jiǎn)單、故障較少等優(yōu)勢(shì)，因此選擇該形式作為傳輸電路信號(hào)的主要方式。在頻分制中，發(fā)送與接收頻率是利用定型生產(chǎn)的載頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并且通過(guò)專用線或500 V的動(dòng)力線來(lái)傳遞信號(hào)，在此基礎(chǔ)上確定出需要檢測(cè)的原件[4]。在控制通風(fēng)風(fēng)量之前，需要對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量以及礦井有毒有害氣體濃度、風(fēng)壓以及風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)差壓變壓器測(cè)量風(fēng)壓，對(duì)風(fēng)速的測(cè)定可以利用三杯電渦流式傳感器、熱式風(fēng)速儀、恒溫風(fēng)速儀等裝置進(jìn)行檢測(cè)；井下的CO濃度則可以利用光譜法、光干涉、紅外線吸收等方式測(cè)量；利用紅外線輻射技術(shù)或熱敏原件監(jiān)測(cè)溫度。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，風(fēng)量調(diào)節(jié)的方法有：①通過(guò)改變百葉窗角度實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)與控制，通過(guò)頻率發(fā)送器將葉片或風(fēng)門的狀態(tài)信號(hào)傳遞給地面控制室，根據(jù)信號(hào)，地面控制室便可調(diào)節(jié)風(fēng)門或葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)；②通過(guò)改變通風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，可以設(shè)置變頻裝置有效改變通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速；另外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)井下通風(fēng)機(jī)的局部自動(dòng)化控制，還可采取定時(shí)控制的方式，在定時(shí)器裝置的基礎(chǔ)上增設(shè)爆破開(kāi)關(guān)，以便在爆破之后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通風(fēng)。國(guó)際上大都選擇檢測(cè)元件控制局部通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，將作業(yè)機(jī)器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的空氣溫度、氣體濃度作為依據(jù)，從而將這一控制實(shí)現(xiàn)。雖然該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于研究階段，但無(wú)疑會(huì)成為通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展的新思路。

3 自動(dòng)化控制通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

3.1 計(jì)算通風(fēng)性能

通風(fēng)系統(tǒng)中最核心的內(nèi)容是控制通風(fēng)量，通過(guò)性能曲線可有效掌握通風(fēng)機(jī)功率、全壓、風(fēng)機(jī)流量之間的關(guān)系，因此在煤礦實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況選擇風(fēng)機(jī)類型。最常用的性能曲線數(shù)據(jù)的主要來(lái)源有：①通分機(jī)自身的數(shù)據(jù)；②在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)際測(cè)得的數(shù)據(jù)。需要指出的是，上述2類數(shù)據(jù)都是通過(guò)試驗(yàn)獲得的，尚未形成理論表達(dá)。在計(jì)算風(fēng)量時(shí)，仍需要對(duì)通風(fēng)機(jī)的自身特性加以考慮。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中引入自身特征曲線分析表達(dá)式，在計(jì)算通風(fēng)性能時(shí)，需要考慮到聯(lián)合機(jī)之間的影響以及外界不同的環(huán)境因素對(duì)風(fēng)機(jī)所帶來(lái)的不穩(wěn)定性影響，因此，可選擇二段曲線擬合法進(jìn)行風(fēng)機(jī)性能模擬。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)中，通風(fēng)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會(huì)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的曲線，接近于二次拋物線，考慮到通風(fēng)機(jī)自身的工作環(huán)境與自身狀況，在采用拉格朗日插值法時(shí)，還需要進(jìn)行風(fēng)機(jī)曲線的二段曲線擬合，從整體上對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行測(cè)評(píng)。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化控制

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中常常出現(xiàn)短暫停風(fēng)等現(xiàn)象，利用自動(dòng)化控制在技術(shù)可有效解決該類問(wèn)題[5]。具體來(lái)說(shuō)，可在每一個(gè)風(fēng)道上安裝1個(gè)百葉窗樣式的空風(fēng)門，可避免在出現(xiàn)倒機(jī)現(xiàn)象時(shí)，不會(huì)對(duì)井下的風(fēng)量產(chǎn)生任何影響。

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化之后，由于PLC對(duì)于外界的敏感度不高，即便受到輻射、干擾或者是出現(xiàn)瞬間斷電等現(xiàn)象均可照常工作，因此，在條件相對(duì)較差的環(huán)境中也能得到很好的應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)PLC功能時(shí)，主要包含了計(jì)時(shí)、邏輯運(yùn)算、順序等，其中也包含了模擬量與數(shù)字的輸入與輸出，另外也兼顧了記錄與自檢等功能。對(duì)于該類強(qiáng)而有力的設(shè)計(jì)，還可以實(shí)現(xiàn)1臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械操控1個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的模式。在倒機(jī)過(guò)程中為確保井下通風(fēng)的穩(wěn)定性，還需要應(yīng)用PLC自動(dòng)控制軟件，確保系統(tǒng)的安全性與可靠性。

4 結(jié) 語(yǔ)

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的作用不可忽視，為了滿足煤礦安全生產(chǎn)、高產(chǎn)以及穩(wěn)產(chǎn)的要求，有必要確保通風(fēng)系統(tǒng)始終保持在最佳的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，有助于確保通風(fēng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。通過(guò)詳細(xì)介紹煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并就煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化方案進(jìn)行了討論，對(duì)于提升煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率具有一定的參考價(jià)值。

[1] 郝全明，李連明.某煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能優(yōu)化[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014(1)：82-84.

[2] 付智超，張 磊，秦憲禮.南山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(5)：107-109.

[3] 張華鋒，張先龍.自動(dòng)化控制下的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)探討[J].科技展望，2015(5)：139-140.

[4] 蔣興法.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2015(4)：52-53.

[5] 孔令軍.淺析自動(dòng)化技術(shù)在煤礦通風(fēng)中的應(yīng)用[J].科技視界，2015(9)：230-231.

2015-05-26)

張麗娟(1972—)，女，工程師，047105 山西省長(zhǎng)治縣。