基于壓差法的礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)研究

（1.天地（常州）自動化股份有限公司;

2.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司，江蘇 常州213015）

摘 要：通風(fēng)調(diào)節(jié)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理的主要工作之一，調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和及時性直接關(guān)系到通風(fēng)系統(tǒng)安全、平穩(wěn)和能耗大小。但目前通風(fēng)調(diào)節(jié)存在誤差大、不及時等問題，本論文通過研究礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有效的提升通風(fēng)管理水平，降低因通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)不及時或不準(zhǔn)確造成的能耗損失。

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng);調(diào)節(jié)通風(fēng);自動化系統(tǒng)

1 序言

通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性和及時性直接關(guān)系到礦井的安全和運(yùn)行成本，目前通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)處于人工調(diào)節(jié)階段，人員勞動量大，調(diào)節(jié)不及時且調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性差，為進(jìn)一步解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理中的通風(fēng)調(diào)節(jié)問題，本論文引進(jìn)壓差法礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括自動化控制器、壓差測試裝置、自動調(diào)節(jié)裝置、傳感器等。

2 自動化控制器

基于壓差法的礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)核心為自動化控制器，本系統(tǒng)控制器采用西門子PLC為主要控制元器件，包括位移傳感器、壓差傳感器、動力源控制裝置（本論文設(shè)計動力源是氣動，其裝置是本安電磁閥）、數(shù)據(jù)傳輸、開關(guān)按鈕、聲光報警器等。

研究的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)為：控制系統(tǒng)原理和控制器基本架構(gòu)。

控制系統(tǒng)原理：壓差傳感器采集壓力變化數(shù)值，通過設(shè)置參數(shù)裝換為通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)量，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的需風(fēng)量進(jìn)行比對，確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)通風(fēng)斷面的變化大小，同時位移傳感器監(jiān)視通風(fēng)斷面的變化，保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確且快速。

控制器基本架構(gòu)，控制器采用PLC控制器，控制器控通過電流信號與位移傳感器、壓差傳感器、動力源開閉按鈕相連接，通過開關(guān)量與手動按鈕連接，通過RS485信號與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸，在控制器上預(yù)留瓦斯、聲光報警器、視頻接口，并可以與其他控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3 壓差測試裝置

壓差測試裝置關(guān)系到系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，是系統(tǒng)最核心的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，壓差測試裝置的技術(shù)要求進(jìn)入測試區(qū)域內(nèi)風(fēng)流平穩(wěn)、壓差測量精度高、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸快等。

壓差測試裝置采用圓形設(shè)計，主要是保證壓差采集的準(zhǔn)確性和進(jìn)入測試裝置的風(fēng)流平穩(wěn)，易于測量且數(shù)據(jù)精度高。

壓差測試裝置進(jìn)風(fēng)測安裝有均風(fēng)裝置，主要是消除通風(fēng)系統(tǒng)渦流造成的數(shù)據(jù)采集誤差。在測試裝置上布置兩排數(shù)據(jù)采集管，其中在每排布置4個壓力采集孔，兩兩對應(yīng)，測壓管深入測試裝置內(nèi)側(cè)10cm處，4個測試孔外部用軟管連接，進(jìn)行壓力平均處理。兩排測試孔之間距離不得少于1m，主要是保證壓差傳感器數(shù)值的讀取和測量。

壓差測試裝置對每個測壓管進(jìn)行防塵處理，保證所有測壓管的通暢，靜壓傳導(dǎo)準(zhǔn)確。

4 自動調(diào)節(jié)裝置

自動化調(diào)節(jié)裝置是礦井自動調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本論文采用氣動為動力源。

自動調(diào)節(jié)裝置設(shè)計要求調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、運(yùn)行速度慢、密封性好、安全性高等。

根據(jù)技術(shù)要求，自動調(diào)節(jié)裝置采用通風(fēng)斷面縮小的方式，調(diào)節(jié)速度為0.5m/min，移動精度為1cm。

自動調(diào)節(jié)裝置與壓差測試裝置相連，通過圓形阻風(fēng)器向前移動，起到調(diào)節(jié)通風(fēng)斷面的作用，同時根據(jù)壓差測試裝置中風(fēng)量的變化，確定圓形阻風(fēng)器的移動方向和移動大小，位移傳感器監(jiān)測圓形阻風(fēng)器的移動方向和移動大小。

圓形阻風(fēng)器移動動力為緩沖氣缸，氣缸最快伸出速度為0.5m/min。帶載后，移動伸出速度為0.3m/min，滿足精確調(diào)節(jié)的目的。

5 實(shí)驗(yàn)論證

實(shí)驗(yàn)論證是論證系統(tǒng)的完整性和調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題，并進(jìn)行修改和完善，為現(xiàn)場實(shí)地測試做準(zhǔn)備工作。

主要是在自動風(fēng)窗前后布置壓力測點(diǎn)，單管壓差計測量兩點(diǎn)壓差，與壓差傳感器數(shù)值比對;模擬巷道的斷面為半圓拱，尺寸為2.8m（寬）×2.9m（長），人工調(diào)節(jié)風(fēng)阻器開口大小;模擬巷道通風(fēng)選擇抽出式通風(fēng)，通過風(fēng)機(jī)變頻，控制測試系統(tǒng)的風(fēng)量。

通過多次測試，得出系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)，如表1所示。

通過實(shí)驗(yàn)可以得出，調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)誤差小于4%，所以，礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是可行的。

6 結(jié)論

通過理論設(shè)計和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）礦井自動調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成為自動控制器、壓差測量裝置、自動調(diào)節(jié)裝置;（2）礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)誤差小于4%;（3）礦井自動通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以解決礦井通風(fēng)調(diào)節(jié)不及時和不準(zhǔn)確問題。

參考文獻(xiàn)：

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基金項目：本文系中煤科工集團(tuán)青年創(chuàng)新基金資助項目（項目編號：2014QN009）

作者簡介：馬瑞峰（1986-），男，碩士，主要從事礦井通風(fēng)系統(tǒng)和礦井降溫技術(shù)研究。