煤礦通風系統(tǒng)中自動化控制技術(shù)的應(yīng)用研究

孫灝

摘 要：在煤礦生產(chǎn)過程中通風系統(tǒng)的主要作用是排出有害氣體，持續(xù)注入新鮮空氣，以保證煤礦生產(chǎn)的環(huán)境安全。傳統(tǒng)的通風系統(tǒng)采用人工維護的方式，不僅浪費人力資源，而且無法保證系統(tǒng)的運行效果。而在通風系統(tǒng)管理中應(yīng)用自動化技術(shù)可以實現(xiàn)通風系統(tǒng)的自動化控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的自我維護、實時監(jiān)控，最大程度上保證通風系統(tǒng)的安全性，節(jié)約維護成本，提高管理效果及管理效率。文章主要針對煤礦通風系統(tǒng)中自動化控制技術(shù)的應(yīng)用進行探討。

關(guān)鍵詞：煤礦生產(chǎn)；通風系統(tǒng)；自動化控制技術(shù)

1 影響煤礦通風安全的主要因素

具體而言，影響煤礦生產(chǎn)通風安全的主要因素包括自然因素、人為因素、設(shè)備因素等。其中自然因素是由于煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，開采深度越深，環(huán)境因素對煤礦生產(chǎn)的影響就越大，比如瓦斯涌出量不斷加大，增加了瓦斯爆炸事故的發(fā)生機率，煤層發(fā)生自然火災、粉塵爆炸的機率也會隨之增加等。其次，人為因素。煤礦企業(yè)井下生產(chǎn)員工的綜合素質(zhì)普遍較低，其不僅安全意識差，而且對煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)知識了解也少，生產(chǎn)過程中存在違章作業(yè)、不規(guī)范作業(yè)等現(xiàn)象，無形中也增加了煤礦事故發(fā)生的機率。最后，設(shè)備因素。一些煤礦井下防塵設(shè)備設(shè)置不夠完善，煤塵堆積、飛揚會導致粉塵爆炸，且礦井監(jiān)控系統(tǒng)有待升級，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性得不到保證，也會影響煤礦的通風安全管理。

2 煤礦通風系統(tǒng)中自動化控制技術(shù)的功能要求

針對煤礦通風系統(tǒng)管理中影響其管理效果的主要因素，應(yīng)用自動化控制技術(shù)可以實現(xiàn)以下功能：

（1）實時監(jiān)測系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。自動化控制技術(shù)可以通過友好的人機界面及傳感器實現(xiàn)通風系統(tǒng)的實時監(jiān)控，包括通風機的運行狀態(tài)、風壓、風量、有毒氣體含量等等，綜合上述數(shù)據(jù)對通風系統(tǒng)的運行情況做出準確評價。（2）繪制趨勢曲線。用圖形曲線的方式對系統(tǒng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行分析、整理，將其繪制成歷史曲線、實時曲線，直觀的展示出通風系統(tǒng)子系統(tǒng)、各部件的工作狀況，工作人員通過分析趨勢曲線即可準確掌握通風系統(tǒng)的運行狀況，以及時排除故障。（3）故障檢測及排除。通風系統(tǒng)發(fā)生故障后，由于通風系統(tǒng)設(shè)置有對應(yīng)的參數(shù)上下限，當通風系統(tǒng)運行參數(shù)超出限定值，自動控制系統(tǒng)即可針對故障類型發(fā)送報警信號，并及時關(guān)閉故障風機電源，自動增加其他風機風量或啟動備用風機做出及時的故障處理，并且自動控制系統(tǒng)可記錄故障參數(shù)，為后續(xù)故障分析提供依據(jù)。（4）安全管理機制。通風系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)設(shè)置明確的權(quán)限分級，不同的管理人員具備對應(yīng)的管理權(quán)限，最大程度上保證系統(tǒng)的牢固性、可靠性。（5）數(shù)據(jù)報表查詢及打印功能。根據(jù)用戶需求自動控制系統(tǒng)可以查詢、打印各類報表，以為用戶提供系統(tǒng)性能分析依據(jù)。

3 煤礦通風系統(tǒng)中自動化控制技術(shù)的具體應(yīng)用

在煤礦通風系統(tǒng)中，應(yīng)用自動化控制技術(shù)要遵循“集中控制、分散檢測”的原則，其工作過程如下：在煤礦井下對應(yīng)位置設(shè)置監(jiān)控分站，通過傳感器實時監(jiān)測各分站的工作狀態(tài)，再通過電纜將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送至煤礦通風主站，由主站根據(jù)各部位的風力狀況進行分析，得出風量控制的最佳方案，再由中央控制模塊將風量控制方案轉(zhuǎn)換成控制指令，通過變頻裝置實現(xiàn)通風風量的控制，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。由此可見通風自動控制系統(tǒng)組成主要包括以下三個模塊：

3.1 傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、檢測元件兩大部分。信號發(fā)生器的主要作用是傳輸、接受不同的信號，通常采用頻分制與時分制兩種信號傳輸方式來實現(xiàn)。時分制是按照時序依次傳送各路信號，頻分制則根據(jù)不同的頻率發(fā)送、接收各路信號。相比之下，頻分制電路簡單、故障率低，故應(yīng)用更加廣泛，其主要通過定型生產(chǎn)的載頻器實現(xiàn)頻率的發(fā)送與接受。檢測元件的主要作用是對礦井現(xiàn)場工作情況進行實時測量，主要通過各巷道中設(shè)置的傳感器來實現(xiàn)。其主要測量指標包括風量、風壓、溫度、有毒氣體濃度，風速檢測元件可實現(xiàn)風量的遙測，常用的風速檢測元件包括熱式風速儀、恒流式風速儀、恒溫風速儀等；采用差壓變送器可實現(xiàn)風壓的遙測，采用熱敏元件或紅外線輻射技術(shù)即可實現(xiàn)溫度的檢測，采用紅外線吸收、光干涉、定電位電解法等可實現(xiàn)有毒氣體濃度的檢測等。

3.2 通風系統(tǒng)

通風系統(tǒng)的主要作用就是調(diào)節(jié)風量，實際應(yīng)用過程中其主要通過改變百葉窗角度及風門達到控制風量的管理目標。通過頻率發(fā)送器檢測通風系統(tǒng)中百葉窗葉片及風門的運行狀態(tài)，將對應(yīng)信號發(fā)送到中央控制臺，中央控制臺接收到信號后改變轉(zhuǎn)動葉片或風門的運行角度或運行狀態(tài)實現(xiàn)風量的控制。除此之外，還可以通過改變通風機電機轉(zhuǎn)速控制風量，在實際應(yīng)用中在通風機電機系統(tǒng)中安裝一個變頻裝置，通過變頻裝置來改變電機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)風量的調(diào)節(jié)，還可在通風機上設(shè)置一個定時器，以實現(xiàn)風機風量的定時控制等。

3.3 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)的主要作用是對各監(jiān)控站進行控制，處理各監(jiān)控站發(fā)送的監(jiān)控信息，根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)修改系統(tǒng)控制指令，控制執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)對應(yīng)動作，并對通風設(shè)備的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，以及時處理各類異常情況等。中央控制系統(tǒng)以計算機為核心，其接口多，擴展能力強，并且運算速度快、精密度高，可更好地優(yōu)化整個自動控制過程。

4 結(jié)束語

總之，作為一個煤炭生產(chǎn)大國，煤礦安全生產(chǎn)會對我國煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響。煤礦通風系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中具有重要作用，其不僅保證了煤礦的生產(chǎn)效率及效益，而且最大程度上保證了礦井工人的生命安全。隨著自動化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其中煤礦通風系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，自動化技術(shù)的應(yīng)用提高了煤礦的通風質(zhì)量，降低了生產(chǎn)事故的發(fā)生率，且其操作簡便、成本低，在提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全性的同時為其帶來了更多的經(jīng)濟效益。

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