基于自動(dòng)化監(jiān)控的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)分析

摘 要：煤礦通風(fēng)系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著保障煤礦安全生產(chǎn)的重任。在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可有效提高經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。本研究主要從通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的重要性入手，對(duì)基于自動(dòng)化控制的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化監(jiān)控；煤礦；通風(fēng)系統(tǒng)

隨著煤礦開采規(guī)模的日益擴(kuò)大，煤礦安全生產(chǎn)也越來(lái)越受到人們的重視。為提升煤礦開采的安全性，自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)中得到了廣泛的應(yīng)用。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障，實(shí)現(xiàn)通過地面調(diào)度中心監(jiān)測(cè)一線生產(chǎn)工況、環(huán)境參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的目的，達(dá)到遠(yuǎn)程控制要求，減少危險(xiǎn)場(chǎng)所人員投入，從而增強(qiáng)礦井安全生產(chǎn)管理能力。

1 通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦中的重要作用

中國(guó)是煤炭消耗大國(guó)，但在煤炭的挖掘及開采過程中，礦井安全事故屢屢發(fā)生。截至2014年11月，中國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率為0.25。伴隨重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)整治的不斷深入，我國(guó)已對(duì)902個(gè)小煤礦實(shí)施關(guān)閉。同時(shí)國(guó)家安全監(jiān)管總局等十二部門聯(lián)合下發(fā)通知，要求到2015年底，全國(guó)將關(guān)閉2000處以上小煤礦。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是通風(fēng)設(shè)施、通風(fēng)方法、通風(fēng)方式的總稱。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要在實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的前提下，減少通風(fēng)工程量并降低通風(fēng)費(fèi)用，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高?？偟膩?lái)說(shuō)，需要從人員管理、通風(fēng)設(shè)施、技術(shù)指導(dǎo)、隊(duì)伍建設(shè)等方面做好礦井通風(fēng)管理。礦井通風(fēng)是煤礦生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，煤礦井下開采存在瓦斯及其它有害氣體、煤塵、煤炭自燃等嚴(yán)重威脅，只有控制好煤礦通風(fēng)，才能夠?qū)γ旱V安全生產(chǎn)提供有效保障，從而提高煤礦各種生產(chǎn)工作的安全性，使采礦系統(tǒng)合理、穩(wěn)定、可靠，減少事故隱患，杜絕事故的發(fā)生。要想提升煤礦生產(chǎn)環(huán)境質(zhì)量，需要防治煤塵、瓦斯及火災(zāi)，提高礦井抗災(zāi)救災(zāi)能力，最經(jīng)濟(jì)、最基礎(chǔ)的解決方法就是搞好礦井通風(fēng)工作[1]。

2 自動(dòng)化控制下的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所應(yīng)用的是目前最先進(jìn)的Rockwell網(wǎng)絡(luò)三層結(jié)構(gòu)，具體為：（1）信息層。采用以太網(wǎng)和相應(yīng)的信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，以此對(duì)相關(guān)信息實(shí)施收集；（2）控制層。采用DH+、RI/O及控制網(wǎng)等相關(guān)技術(shù)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和系統(tǒng)控制層實(shí)施有效控制，不但能夠?qū)/O控制（input/output，輸入輸出端口）有效完成，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)閉鎖及各個(gè)部分之間的報(bào)文傳送，以此最大化的提高信息應(yīng)用的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性；（3）診斷層。采用具備DN接口的先進(jìn)設(shè)備在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用，不但可以提高安裝便利性，同時(shí)還能夠最大化的降低設(shè)備成本，還能夠?qū)收蠈?shí)現(xiàn)迅速診斷。煤炭行業(yè)是一個(gè)技術(shù)性較強(qiáng)的行業(yè)，通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)是采用“分散檢測(cè)，集中控制”的方法，設(shè)立多個(gè)監(jiān)控分站，全面動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)煤礦不同位置的有毒氣體含量、風(fēng)量、溫度以及風(fēng)壓等各項(xiàng)參數(shù)，通過通信電纜可以將所收取的各種數(shù)據(jù)全部傳輸給煤礦通風(fēng)主站，并對(duì)這些指標(biāo)實(shí)施集中管理和監(jiān)視。在通風(fēng)主站成功接收這些數(shù)據(jù)之后，采取相應(yīng)的算法實(shí)施推算，也就能夠準(zhǔn)確計(jì)算出煤礦的風(fēng)量分布情況，制定相應(yīng)的風(fēng)量控制策略[2]。最后將其制定出來(lái)的方案直接轉(zhuǎn)化成各項(xiàng)控制指令，傳送給監(jiān)控分站的控制系統(tǒng)，有效控制煤礦通風(fēng)量，以此對(duì)煤礦通風(fēng)量實(shí)施自動(dòng)化控制。

2.1 傳感器

在進(jìn)行煤礦通風(fēng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要完成信息的輸出，還必須要完成信號(hào)的接收，其中包括各項(xiàng)指令以及數(shù)據(jù)監(jiān)控。在多路信息傳輸中具體的方式有兩種，分別是頻分制和時(shí)分制，頻分制是依照不同頻率把各路信號(hào)進(jìn)行發(fā)送和接收，時(shí)分制則是依照不同時(shí)序，依次將各路信號(hào)進(jìn)行傳送。在傳輸過程中頻分制形式有著很大的優(yōu)點(diǎn)，不但電路簡(jiǎn)單，且故障較少，因此傳感器系統(tǒng)采用頻分制作為傳輸電路信號(hào)的方式。在頻分制系統(tǒng)中，信息的接收與頻率的發(fā)送可通過定型生產(chǎn)的載頻器完成，借助于動(dòng)力線（主要是500V以下的動(dòng)力傳輸線）實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳遞。在對(duì)通風(fēng)量實(shí)施控制之前，必須要其對(duì)通風(fēng)機(jī)風(fēng)量以及礦井環(huán)境實(shí)施比較準(zhǔn)確的測(cè)量，其中各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量包括：溫度、風(fēng)壓、有毒氣體濃度等等，這些數(shù)據(jù)的測(cè)量主要就是借助于在煤礦巷道不同位置所設(shè)置的傳感器[3]。風(fēng)壓的測(cè)量所采用的是差壓變送器；風(fēng)速的測(cè)量設(shè)備包括恒溫風(fēng)速儀、熱時(shí)風(fēng)速儀、恒流式風(fēng)速儀以及三倍電渦流式傳感器等；溫度的測(cè)量采用的是紅外線輻射技術(shù)或者熱敏元件；礦井二氧化碳濃度的測(cè)量采用的是紅外線吸收、光干涉以及光譜法等。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要通過兩種途徑實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)：（1）調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過對(duì)變頻裝置的設(shè)置，可以能夠有效的改變通風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速；另外還能夠有效的實(shí)現(xiàn)井下局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制，可以對(duì)定時(shí)控制方式實(shí)施有效應(yīng)用，在將定時(shí)器安裝前提下，加上相應(yīng)的爆破開關(guān)，這樣也就能夠在進(jìn)行爆破之后有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通風(fēng)；（2）風(fēng)量的調(diào)節(jié)以及控制，可以通過將風(fēng)門或者百葉窗角度進(jìn)行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。將風(fēng)門或者葉片狀態(tài)信號(hào)通過頻率發(fā)送器傳輸給地面控制器。這樣地面控制室也就可以依照實(shí)際情況，制定相應(yīng)策略并發(fā)出信號(hào)，對(duì)風(fēng)門或者葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)控制[4]。

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)升級(jí)改造的過程中，要做好主斜井和副立井的合理控制，將副立井原有的一些提煤箕斗設(shè)備拆除，安裝兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)，合理計(jì)算礦井風(fēng)量，并做好通風(fēng)設(shè)備選型的基礎(chǔ)計(jì)算，確定通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)，對(duì)電動(dòng)機(jī)選型的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行合理計(jì)算，實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的最優(yōu)化升級(jí)改造，為煤礦通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行及生產(chǎn)過程提供安全保證，推動(dòng)煤礦建設(shè)的全面和諧發(fā)展。

2.3 中央控制設(shè)計(jì)

中央控制系統(tǒng)主要通過微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，這項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的特點(diǎn)主要為擴(kuò)展能力強(qiáng)以及接口多，能夠有效的完成大部分任務(wù)，在自動(dòng)化控制中采用這樣技術(shù)，可以有效的提高控制精度以及控制速度，并對(duì)其控制過程實(shí)施優(yōu)化，以此對(duì)煤礦通風(fēng)自動(dòng)化控制需求有效的滿足。中央控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是對(duì)監(jiān)測(cè)站的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并實(shí)施處理，依照實(shí)際情況合理調(diào)節(jié)通風(fēng)量。另外中央控制系統(tǒng)還能夠有效的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和報(bào)警工作?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，中央控制系統(tǒng)的工作主要包括有：發(fā)送監(jiān)控指令、將監(jiān)控信息進(jìn)行處理、修改以及反饋、通過控制發(fā)出的指令執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作、監(jiān)視通風(fēng)設(shè)備的工作情況，一旦出現(xiàn)異常，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)或者啟動(dòng)相應(yīng)的處理程序，對(duì)異常情況有效處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

煤礦資源的合理應(yīng)用對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)安全管理現(xiàn)代化是確保煤礦開采安全的根本措施。由于煤礦通風(fēng)不暢導(dǎo)致的煤礦安全事故頻繁發(fā)生，因此，應(yīng)加強(qiáng)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。自動(dòng)化控制的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，分別從傳感器系統(tǒng)、中央處理器及通風(fēng)系統(tǒng)三部分給予綜合設(shè)計(jì)，最終保證煤礦通風(fēng)的順暢性，改善煤礦開采環(huán)境，有效防治煤礦安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：廖斯維（1986，5-），男，重慶市，現(xiàn)職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：自動(dòng)化監(jiān)控在煤礦中的應(yīng)用。