應(yīng)用面向?qū)ο髮?shí)現(xiàn)礦井節(jié)能通風(fēng)設(shè)計(jì)

摘要：礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)是礦井設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是表現(xiàn)礦井設(shè)計(jì)品質(zhì)與水平的重要因素。本文詳細(xì)分析了礦井通風(fēng)體系的能源消耗狀況，引進(jìn)面向?qū)ο蟮姆治龇绞?，?duì)于不相同的礦井通風(fēng)體系給出了面向?qū)ο蟮牡V井通風(fēng)體系。依照礦井的詳細(xì)狀況對(duì)通風(fēng)控制體系實(shí)行選型和綜合思慮，整理出了具有針對(duì)性的通風(fēng)控制體系。這個(gè)體系在調(diào)節(jié)試驗(yàn)之后能夠完成礦井通風(fēng)體系的高效、節(jié)能運(yùn)作。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο螅坏V井節(jié)能；通風(fēng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU834.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2017）04-0247-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.120

Abstract： Mine ventilation design is an important part of mine design， and it is also an important factor to express mine design quality and level. This paper analyzes the energy consumption of the mine ventilation system in detail， introduces the object-oriented analysis method， and gives the object-oriented mine ventilation system for the different mine ventilation system. According to the detailed condition of the mine， the ventilation control system is selected and integrated， and the targeted ventilation control system is sorted out. This system is able to complete the efficient and energy efficient operation of the mine ventilation system after the adjustment test.

Key words： object-oriented； mine energy saving； ventilation design

礦井通風(fēng)機(jī)是煤礦高消耗能源的大型設(shè)備，依照礦區(qū)整個(gè)自動(dòng)化水平的不同，通風(fēng)消耗電量占總體消耗電量的百分之三十到五十。跟著開掘時(shí)間的增長(zhǎng)、存儲(chǔ)數(shù)量縮減、能源逐漸缺乏，開掘難度增大，跟著設(shè)備持續(xù)老化，致使資源消耗逐漸增多，產(chǎn)生了產(chǎn)量縮減電量不減和“大馬拉小車”等許多不好狀況。因而，在不同階段，要對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)與脈絡(luò)實(shí)行改建，讓風(fēng)機(jī)和脈絡(luò)相配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能的目的。

1 通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能分析

1.1 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)速現(xiàn)狀

現(xiàn)在，礦井通風(fēng)體系中運(yùn)用變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)行風(fēng)機(jī)節(jié)能抑制的比率持續(xù)增多，但是還缺乏運(yùn)用抑制體系的思想。一般的做法都是：依照經(jīng)驗(yàn)給調(diào)速體系實(shí)行人工調(diào)速，實(shí)現(xiàn)順應(yīng)不同負(fù)載的要求。整個(gè)而言，僅僅依托經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)行操縱，并不能展現(xiàn)調(diào)速體系的自動(dòng)化與智能化的特征，沒有真正展現(xiàn)出調(diào)速體系的效用。一般現(xiàn)存礦井依照季節(jié)或者局限數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)主扇實(shí)行調(diào)速處置，讓其工作在不同負(fù)載[1]。例如，在冬天風(fēng)量比較小時(shí)，能夠使用人工減少風(fēng)機(jī)負(fù)載來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。因此，現(xiàn)存變頻調(diào)速的抑制體系大多數(shù)狀況下僅僅依照落后的數(shù)據(jù)或者是不靠譜的經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)風(fēng)機(jī)主扇或者局扇實(shí)行粗放型調(diào)速來(lái)更改風(fēng)機(jī)的負(fù)載。這就致使通過智能化改建的通風(fēng)系統(tǒng)不能獲得合理運(yùn)用，不能足夠展現(xiàn)出智能抑制、變頻調(diào)速的效用。這種狀況和煤炭工業(yè)的從粗放型抑制治理想集約智能化抑制治理的進(jìn)展趨向不相適應(yīng)，為了順應(yīng)這樣的趨向就一定要對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的抑制系統(tǒng)狀況實(shí)行轉(zhuǎn)變。

1.2 運(yùn)用面向?qū)ο蟮姆绞絹?lái)思考現(xiàn)存通風(fēng)系統(tǒng)

運(yùn)用面向?qū)ο蠓绞降乃季S來(lái)思考礦井通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。一般情況下，一個(gè)礦井的設(shè)計(jì)要思考到許多層面，通風(fēng)系統(tǒng)是當(dāng)中主要的子系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要依照礦井其余系統(tǒng)與數(shù)據(jù)實(shí)行整體思考。所觸及的主要的數(shù)據(jù)是煤層地質(zhì)特征、氣體流出元素、氣體流出數(shù)量、氣體流出數(shù)量的轉(zhuǎn)變特征等主要數(shù)據(jù)。

依照煤層地質(zhì)特征、流出氣體元素能夠?qū)梢匀紵龤怏w傳感器實(shí)行選擇，如果選取半導(dǎo)體氣敏傳感器能夠檢測(cè)流出氣體是CH4和其它烴類的碳?xì)浠衔?；還能夠依照流出氣體元素將檢測(cè)烴類的傳感器與檢測(cè)其余可以燃燒氣體的傳感器構(gòu)成檢測(cè)傳感器脈絡(luò)來(lái)獲得更加詳細(xì)的氣體元素訊息，選擇完傳感器的型號(hào)后依照傳感器數(shù)目與特征選取適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)節(jié)設(shè)備與數(shù)據(jù)收集設(shè)備[2]。之后依照數(shù)據(jù)收集硬件進(jìn)行選取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)解析與抑制軟性相匹配的實(shí)行單位發(fā)揮作用來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)調(diào)速體系的效用，并且最后轉(zhuǎn)變通風(fēng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其基礎(chǔ)系統(tǒng)工作原理如下圖所示。

2 系統(tǒng)軟件選擇與設(shè)計(jì)

2.1 常用控制手段

通常使用的工控手段，例如之前的集散抑制體系能夠?qū)嵭泄I(yè)流程的抑制，他的特征就是集成化水平較高、抑制的平穩(wěn)性、確切度、及時(shí)性比較好、維護(hù)量小、抑制點(diǎn)數(shù)多，但是成本較高，系統(tǒng)非常大、設(shè)備交替性差，不適合用在煤礦的小抑制量體系。

2.2 組態(tài)軟件

組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)收集監(jiān)測(cè)體系SCADA的軟件工具，他是工業(yè)運(yùn)用軟件的重要構(gòu)成部分。它從之前單一的人機(jī)界面往數(shù)據(jù)處置機(jī)方面進(jìn)展，處理的數(shù)據(jù)量也逐漸增多。跟著組態(tài)軟件本身和抑制體系的進(jìn)展，監(jiān)測(cè)組態(tài)軟件部分和硬件產(chǎn)生分離，給自動(dòng)化軟件的進(jìn)展供應(yīng)了足夠展現(xiàn)作用的平臺(tái)[3]。

通常使用的組態(tài)軟件功能比較強(qiáng)，但是平穩(wěn)性與確切抑制性較差，并且函數(shù)運(yùn)算與數(shù)據(jù)處置功能也較差，軟硬件插口等地方還要提升。鑒于這些，應(yīng)該思考運(yùn)用組態(tài)軟件聯(lián)合其余抑制軟件一起實(shí)現(xiàn)小系統(tǒng)的測(cè)驗(yàn)與抑制任務(wù)。

2.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)通常是由數(shù)據(jù)收集板塊、數(shù)據(jù)展現(xiàn)板塊、數(shù)據(jù)整體處置板塊和輸出抑制信號(hào)板塊等幾個(gè)板塊構(gòu)成。

數(shù)據(jù)收集板塊主要擔(dān)負(fù)收集傳感器輸入的訊號(hào)，依照不一樣的氣敏傳感器特征看是不是要進(jìn)行訊號(hào)調(diào)整板塊，收集的訊號(hào)主要是CH4氣體元素訊號(hào)、CO氣體元素訊號(hào)、H2氣體元素訊號(hào)、O2氣體元素訊號(hào)、穩(wěn)定訊號(hào)、濕度訊號(hào)等多種訊號(hào)。能夠選用NI板卡來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集任務(wù)。新型的NIPCI-6238是一種帶隔離的M系列多功能數(shù)據(jù)收集板卡，能夠和現(xiàn)在檢測(cè)與抑制體系相連接。其擁有隔離的安全性與定時(shí)、放大和校準(zhǔn)技術(shù)的確切行，供應(yīng)確切檢測(cè)和確切抑制。

3 面向具體礦井的通風(fēng)系統(tǒng)

3.1 根本礦井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一般的礦井都要包含最少一個(gè)掘進(jìn)工作面、開采工作面、主進(jìn)回風(fēng)巷、開采區(qū)域進(jìn)回風(fēng)巷和老空區(qū)等監(jiān)控對(duì)象。

3.2 傳感器的選型

依照煤層地質(zhì)材料，解析煤層流出氣體主要元素是甲烷，它是電子供應(yīng)性氣體，因此要選取增加Pd的SnO2類別氣敏傳感器，加強(qiáng)CO氣體傳感器來(lái)當(dāng)做協(xié)助傳感器來(lái)增強(qiáng)掌控微量氣體元素的變化。想要增強(qiáng)安全性，就必須要定時(shí)收集氣體樣本到化驗(yàn)室運(yùn)用氣相色譜法解析氣體元素，跟現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)比，以此來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠度。

在各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)上都要安裝一定數(shù)目的傳感器。詳細(xì)傳感器分布點(diǎn)如下圖所示：

依照上圖能夠看出，礦井每個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)收集分站，然后再由分站傳送到地面收集中心站，中心站主機(jī)選用PLC板塊能夠讓系統(tǒng)在短時(shí)間里自動(dòng)反映外面的轉(zhuǎn)變，給相關(guān)分站、閉鎖或者是傳感器發(fā)出抑制命令，進(jìn)而縮減了人工原因產(chǎn)生的時(shí)間延誤，并且能夠完成交叉斷電。系統(tǒng)可以經(jīng)過GSM網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警訊息按照事先的設(shè)計(jì)傳送到遠(yuǎn)端有關(guān)設(shè)備或者有關(guān)網(wǎng)絡(luò)上，這樣可以快速便捷地掌握系統(tǒng)的運(yùn)作情況，現(xiàn)在很多礦井都市選用的這種方法。

4 實(shí)施方案

煤礦開掘是一個(gè)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的經(jīng)過，挖掘的每一個(gè)時(shí)段條件都會(huì)產(chǎn)生變化，先要完成通風(fēng)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)運(yùn)作，就一定要從挖掘生命周期、挖掘布局、通風(fēng)設(shè)計(jì)、礦井地質(zhì)特征、設(shè)備選型與科學(xué)經(jīng)過等多個(gè)層面選用合理可行的方式，讓礦井設(shè)計(jì)風(fēng)網(wǎng)和風(fēng)機(jī)、挖掘狀況相配合。依照礦井特點(diǎn)訊號(hào)的不同，系統(tǒng)選擇主要的可以燃燒氣體訊號(hào)當(dāng)做輸入實(shí)行模糊邏輯判斷，最終模仿人腦的推斷流程給出最為合適的結(jié)果。經(jīng)過施行部門對(duì)相應(yīng)變頻器完成智能抑制，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的運(yùn)作狀況，讓風(fēng)機(jī)主扇與局扇處在經(jīng)濟(jì)運(yùn)作狀態(tài)，充分展現(xiàn)風(fēng)機(jī)的效用，實(shí)現(xiàn)安全、節(jié)能的目的。

為了實(shí)現(xiàn)上面的想法，通過調(diào)查后，對(duì)神華新疆能源有限責(zé)任公司的煤礦系統(tǒng)、地質(zhì)特點(diǎn)生命周期和通風(fēng)系統(tǒng)等多個(gè)層面解析后，先從其1#井筒201局扇材料實(shí)行研討和解析[4]。這個(gè)井筒處在中段生命，所需風(fēng)量有所下降（從50.5m3/S下降到45m3/S），風(fēng)網(wǎng)阻力同樣有比較明顯的下降（從1205Pa下降到898Pa），估計(jì)這種情況會(huì)維持3年，并且還會(huì)有下降的情況?，F(xiàn)在裝了75KW與55KW的電機(jī)各一個(gè)，通過改建之后既能保障了風(fēng)量又可以看到了明顯的節(jié)能功效，改建前后的結(jié)果可以在下圖看出：

改建之后縮減了一個(gè)風(fēng)機(jī)的運(yùn)作，把這個(gè)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)變成了備用，減少了風(fēng)壓307Pa，風(fēng)機(jī)效率也提升了23.7%，電機(jī)符合整體提升了8.3%，完成了風(fēng)機(jī)高效能、高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；改建后，電機(jī)損耗功率下降了28.5KW，節(jié)省電率也到了34.7%，實(shí)現(xiàn)了初期的預(yù)計(jì)效果。

5 結(jié)語(yǔ)

伴隨著礦井生命周期的進(jìn)程，礦井的狀況將會(huì)產(chǎn)生更深一步的轉(zhuǎn)變，同時(shí)控制系統(tǒng)也會(huì)更進(jìn)一步的減少電機(jī)工作頻率、轉(zhuǎn)速和功率，當(dāng)人工核對(duì)完成數(shù)據(jù)確切性、高效性，能夠確定系統(tǒng)可以轉(zhuǎn)變工作狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)入在更加節(jié)能、更加安全高效的運(yùn)作狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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[4]蘇建棟. 淺談井下礦井通風(fēng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J]. 能源與節(jié)能，2017，（02）：80-81.

作者簡(jiǎn)介：李向東（1983-），男，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與安全工程學(xué)院采礦工程專業(yè)，工程碩士。