礦井掘進面智能通風控制系統(tǒng)設計探析*

羅洪章

(山西晉城煤業(yè)集團成莊礦綜掘五隊,山西晉城 048021)

礦井掘進面智能通風控制系統(tǒng)設計探析*

羅洪章

(山西晉城煤業(yè)集團成莊礦綜掘五隊,山西晉城 048021)

主要介紹了一種智能通風系統(tǒng),該系統(tǒng)可以對礦井中的瓦斯?jié)舛冗M行自動的檢測和監(jiān)控,并根據檢測結果智能調節(jié)通風的速率和風量,實現了瓦斯?jié)舛葯z測、瓦斯排放、智能通風、警報的一體化工作流程,有效的提高了礦井通風的效率,并節(jié)省了人工和資金的投入,對于礦井安全作業(yè)的保障具有重要的意義。

礦井;掘進面;通風控制系統(tǒng)

0 引 言

瓦斯泄露是礦井開采中的主要問題之一,也是導致礦井事故的最主要因素,據統(tǒng)計煤礦事故有70%以上都是由于瓦斯泄露引起的。而造成瓦斯爆炸的直接因素就是礦井內部的通風狀況不佳,通風管理效果差。為有效降低礦井事故的發(fā)生幾率,必須對礦井內部的通風工作進行良好的管理和控制,其中礦井掘進面的智能通風系統(tǒng)設計和建立是有效的手段之一。

1 背景及國內礦井現狀

近兩年是煤礦產業(yè)發(fā)展的高峰階段,但同時也是煤礦事故的高發(fā)期。造成這些事故發(fā)生的根本原因是煤礦企業(yè)沒有做好礦井的通風管理工作。盡管我國對于礦井通風系統(tǒng)的理論研究較多,但這些研究沒有引起相關企業(yè)的重視,并沒有在實際的采礦工作中進行應用,因此瓦斯事故并沒有真正得到解決。此外,煤礦中的瓦斯泄露事故本身就是一個較為復雜的機制,造成瓦斯泄露的因素也有很多,要做到實時的監(jiān)控難度較大[1]。

國外在煤礦掘進面的通風系統(tǒng)設置上有較為成功的經驗。例如德國就研制出了TF瓦斯監(jiān)控系統(tǒng),波蘭也研制出了CMC瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)。這兩種瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)是最具有代表性的,在監(jiān)測效果上也較為理想,能夠對某一范圍內的瓦斯?jié)舛冗M行實時的監(jiān)測。但是這兩種監(jiān)測系統(tǒng)還在進一步的研發(fā)階段,還沒有投入到廣泛的使用中。此外,這兩種監(jiān)測系統(tǒng)在信息共享和檢測數據分析上還有所不足,并且在系統(tǒng)的穩(wěn)定性上還有待進一步的提升。[1]

國外在瓦斯排放的理論研究上主要集中于脈沖風流防治上。這種排放方式采用的是脈沖式的風流來進行通風。這種瓦斯的排放方式主要用于避免瓦斯的集聚,但并未涉及對瓦斯集聚后的排放工作。

國內對于瓦斯預防的研究主要集中在單點檢測方面。這種預防方式在操作上較為復雜,并且檢測的范圍較小,在設備上的要求也較高,因此實用性不強。在瓦斯檢測技術和設備不斷更新升級的背景下,許多信息技術已經被應用到了煤礦的瓦斯監(jiān)控中,在檢測效率和檢查質量上都有所提升,不僅能夠防止瓦斯的聚集,還能在瓦斯?jié)舛壬吆筮M行及時的排放。

2 系統(tǒng)總體設計方案

礦井掘進面的智能通風系統(tǒng)設計應當將信息技術和傳感技術有效的結合起來,從而對整個掘進面的瓦斯?jié)舛冗M行高效的檢測和分析。同時還需要應用一定的數據分析技術和建模技術對實際的排放流程進行模擬,只有這樣才能真正提高礦井中的通風質量。智能通風機由瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、風速傳感器、單片機、人機界面、通信模塊、控制模塊、報警模塊、變頻調速裝置、智能組合開關組成。其中智能開關需要自動控制和人工控制相結合。傳感器可以對礦井中的瓦斯?jié)舛冗M行實時的檢測,并將檢測的結果傳遞到單片機,由單片機來改變風機的功率和供風量。當礦井中的瓦斯?jié)舛容^高時,風機的運作速率會相應提高,而當瓦斯?jié)舛然謴驼r,風機的工作效率也會恢復原有的狀態(tài)。以上這些調節(jié)過程都是由通風系統(tǒng)自動完成的,因此在通風效率上有了良好的保障。當礦井中的瓦斯?jié)舛冗_到一個危險值時,就會觸發(fā)警報系統(tǒng),通知相關管理人員采取應急措施。同時,系統(tǒng)也會啟動保護裝置,對礦井內部進行緊急的處理[2]。

這一智能控制系統(tǒng)的控制室與實際的礦井作業(yè)區(qū)域進行分離,因此能夠有效確保檢測人員的人身安全,還能避免采礦作業(yè)對檢測系統(tǒng)造成影響。但分離式的設置不會對信息的傳遞或緊急措施的進行影響,主要是由于單片機具有極高的信息傳遞效率,一旦檢測到異常狀況就可以在極短的時間內做出反應。此外這一智能系統(tǒng)還具有體積小、重量輕的特點,在安裝和操作上也較為簡便,還能實現礦井瓦斯控制的數字化和智能化。該智能系統(tǒng)的具體設置如圖1所示。

圖1 智能通風控制系統(tǒng)結構示意圖

3 智能通風系統(tǒng)的技術特點

3.1 井下通風系統(tǒng)調查

智能通風系統(tǒng)可以實現對井下通風系統(tǒng)的有效調查,并對井下通風系統(tǒng)進行分區(qū)控制。調查后的數據將真實反饋給相應的管理人員,通過專業(yè)的設備和技術對得到的數據進行進一步的分析,從而確定井下通風的系統(tǒng)的設置。

3.2 人員定位系統(tǒng)人員信息和相關設備信息的采集

智能通風系統(tǒng)可以對礦井中的作業(yè)人員進行良好的管理和監(jiān)控,并對作業(yè)人員數量、方位等進行全方位的掌握,并整理形成檔案進行存儲。管理人員只需查閱數據庫就可以及時掌握礦井下的作業(yè)情況,并在意外發(fā)生時及時、有效的制定應對策略。

3.3 建立井下通風系統(tǒng)運行模式

通過智能通風系統(tǒng)的應用,煤礦企業(yè)可以在井下建立起合理、科學的通風系統(tǒng)運行模式。通風系統(tǒng)的運行首先必須符合國家及行業(yè)的相關規(guī)定,其次還要結合礦井自身的作業(yè)特點進行進一步的調整。進行作業(yè)人員需要將礦井作業(yè)過程中的相關數據及時反饋給管理人員,便于管理人員進行管理方式的調整。

3.4 建立井下通風監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并確保數據可靠性

智能化通風系統(tǒng)在許多工作環(huán)節(jié)中都實現了自動化控制,減少了人工的控制,有效的提高了檢測數據的客觀、真實性,同時還極大的提高了檢測的效率。同時,智能檢測系統(tǒng)采用的是分區(qū)管理,能對礦井中的各個細小環(huán)節(jié)進行良好的把控。通風監(jiān)控系統(tǒng)采集各區(qū)域內風量,主要在各分區(qū)域內機站風機巷設置的風速傳感器采集各區(qū)域風量,經數據傳輸進入通風系統(tǒng)智能控制終端 ,得到實際供風量。定期對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行驗證,確保其可靠性及穩(wěn)定性[3]。

3.5 建立三維通風系統(tǒng)模型

三維通風系統(tǒng)模式的建立是智能通風系統(tǒng)的主要優(yōu)勢和特點之一。通過三維通風系統(tǒng)模式的建立,可以對礦井內部的實際施工情況進行模擬,從而確保通風量能夠滿足實際開采作業(yè)的需要。

4 智能通風系統(tǒng)的適用性

當前大多數礦井都采用了通風系統(tǒng)的計算機自動控制,信息的傳輸速率和處理速率都有明顯提升。網絡平臺的應用使得系統(tǒng)的精確度有了更好的保障,此外還能通過控制中心對礦井通風進行有效的調整[4]。智能通風采用多功能計算機 ,其在電路連接形式方面進一步優(yōu)化,解決了單一信號傳輸不足問題,使大型礦區(qū)通風有了可靠的傳輸平臺。智能局部通風系統(tǒng)根據掘進工作面的瓦斯?jié)舛?、風量、風速來自動調整風速以調節(jié)風量,能更有效地排出掘進工作面的礦塵及各種有害氣體,有利于工作人員的身體、健康。智能化設計是在傳統(tǒng)采煤網基礎上開辟的新模式,注重煤礦井內通風改造是行業(yè)改革的必然趨勢。

5 結 語

掘進工作面通風智能控制系統(tǒng),以其顯著的脈動通風特性、柔性的變頻風量調節(jié)、無極調速特性、操作簡單、節(jié)能效果明顯、運行可靠等優(yōu)點領先于國內其他系統(tǒng),智能控制系統(tǒng)不但使礦井通風系統(tǒng)的安全運行得到有效保障,而且實現了人性化風量調節(jié)的目標,節(jié)能降耗的目的,可以取得顯著的社會效益和經濟效益。

[1] 姬程鵬.礦井掘進面智能通風控制系統(tǒng)設計[J].電子產品世界,2011(9):73-76.

[2] 張國軍,張豐敏,侯玉峰.礦井局部通風機智能控制系統(tǒng)研究[J].煤礦機電,2010(2):46-49.

[3] 王文才,喬 旺,李 剛,等.礦井智能局部通風系統(tǒng)在呼和烏素煤礦的應用[J].煤礦安全,2012(6):28-32.

[4] 蘇珂嘉.煤礦掘進面瓦斯智能排放組合控制開關[J].煤礦安全,2013(11):83-86.

Design of Intelligent Ventilation Control System for Mine Driving Face

LUO Hong-zhang
(Team Five of Jincheng Coal Mine Excavation,Shanxi Jincheng Coal Industry Group,Jincheng Shanxi 048021,China)

This paper mainly introduces a kind of intelligent ventilation system,the system can automatically detect and monitor the gas concentration,and intelligently adjust the ventilation rate and air volume according to the detection results,thus to realize the integral work flow of gas concentration detection,gas emission,intelligent ventilation and alarm,effectively improve the ventilation efficiency,and save the labor and capital investment,it has important significance for the mine safety.

mine;driving face;ventilation control system

TD608

A

1007-4414(2015)05-0164-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.059

2015-08-16

羅洪章(1984-),男,河南新鄉(xiāng)人,助理工程師,主要從事巷道掘進方面的工作。