煤礦通風(fēng)與自動(dòng)化安全控制技術(shù)應(yīng)用

王 浩

(山西陽煤集團(tuán)礦山救護(hù)大隊(duì)，山西 陽泉 045008)

0 引言

煤礦地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、開采過程危險(xiǎn)因素較多，因此需要科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，保持良好的通風(fēng)，營造較好的工作環(huán)境，盡量降低施工、生產(chǎn)過程的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性。將自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用到通風(fēng)方面來強(qiáng)化實(shí)際使用效果，使用自動(dòng)化控制能夠有效增強(qiáng)通風(fēng)的適用性，最大限度地保障開采環(huán)境安全，提高工作效率。

1 通風(fēng)自動(dòng)化控制的意義及原理

1.1 通風(fēng)自動(dòng)化控制的意義

在煤礦開采過程中，如果不能做到良好通風(fēng)，極有可能引起瓦斯爆炸，這會(huì)嚴(yán)重威脅礦工的生命安全。因此應(yīng)該做好通風(fēng)管理，盡量降低施工的危險(xiǎn)性，同時(shí)也能盡可能提高礦井的抗災(zāi)害性能。國家對(duì)于煤礦安全已經(jīng)擬定了相關(guān)的規(guī)定，對(duì)于空氣質(zhì)量等具體細(xì)節(jié)也做出了規(guī)范。相關(guān)單位可以依照國家規(guī)范進(jìn)行施工生產(chǎn)。礦工企業(yè)需要在管理方面以及具體的設(shè)施方面都作出改善，盡量提高井下的空氣中的氧含量，減少CO2濃度；通過持續(xù)通風(fēng)來降低有害氣體的濃度，改變井下的氣壓、濕度等各方面空氣條件。

將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到煤礦通風(fēng)中，能夠有效提高通風(fēng)效率和質(zhì)量。能夠根據(jù)煤礦內(nèi)的實(shí)時(shí)空氣狀況，選擇通風(fēng)量大小以及持續(xù)時(shí)間，能夠最大限度保障礦井內(nèi)的空氣安全。同時(shí)有利于加強(qiáng)對(duì)空氣質(zhì)量的監(jiān)控，有利于提高整體管理水平。將自動(dòng)化應(yīng)用到管理中能夠減少人力使用，降低企業(yè)成本，大大提升工作效率，減少失誤。自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用還能提升事故應(yīng)急的響應(yīng)速度，縮短事故反風(fēng)的操作時(shí)間。

1.2 自動(dòng)化控制的工作原理

自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高效控制是建立在多個(gè)功能的基礎(chǔ)之上的。首先需要做好對(duì)空氣的監(jiān)控，需要在礦井內(nèi)放置傳感器來監(jiān)控井內(nèi)部的空氣溫度、CO2含量以及其他有害氣體含量的實(shí)際情況。然后利用通信電纜將這些采集到的數(shù)據(jù)傳送到中心計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過相關(guān)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和歸類。根據(jù)事先設(shè)置好的數(shù)值對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。一旦數(shù)值超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后，需要對(duì)風(fēng)機(jī)做出指示，根據(jù)實(shí)際情況確定負(fù)壓和風(fēng)量，該指令進(jìn)入通風(fēng)機(jī)控制裝置(變頻控制器或風(fēng)門控制器)，通風(fēng)設(shè)備通過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)或風(fēng)門調(diào)節(jié)完成通風(fēng)量調(diào)整工作，如圖1所示。自動(dòng)化控制技術(shù)不僅能有效控制礦井的通風(fēng)情況，還能夠?qū)ζ渌畔⒆龀鼍C合了解和判斷。比如，可以收集煤礦產(chǎn)量信息，隨之制定出一段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)要求，然后根據(jù)生產(chǎn)要求以及礦井中的生產(chǎn)效率來制定出總體的控制方案。根據(jù)這一控制方案將不同階段不同環(huán)節(jié)的具體控制要求傳達(dá)給控制中心，隨之調(diào)整各部分的通風(fēng)風(fēng)量，有效配合礦井下的生產(chǎn)工作[1]。

圖1 通風(fēng)機(jī)自動(dòng)控制框圖

2 自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)

2.1 傳感器的設(shè)計(jì)

傳感器在煤礦自動(dòng)化通風(fēng)控制中起著重要作用，能夠在不同設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)以及指令。需要傳遞的內(nèi)容類型較多，大體可以分為2類。一類是頻分制，是指按照信息頻率的不同來決定信息的處理方式，做好接收以及對(duì)其他設(shè)備的發(fā)放；還有一類是時(shí)分制，也就是信息是依照時(shí)間順序來做出處理的。這2種傳輸類型之間有較大差異。一般來說，頻分制更有優(yōu)勢：故障少，操作起來更加順利；而且其線路更簡單，更便于使用，一旦出現(xiàn)問題也更容易發(fā)現(xiàn)和修補(bǔ)。因此，一般多使用該方式來傳播電路信號(hào)。在這其中，無線傳感器的應(yīng)用范圍最廣。將無線傳感器應(yīng)用于礦井通風(fēng)中，需要先在礦井內(nèi)安裝該設(shè)備，對(duì)礦井內(nèi)空氣情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。具體監(jiān)測內(nèi)容包括：有毒氣體的濃度，該因素直接關(guān)系到礦井中礦工的生命安全；風(fēng)量、風(fēng)壓，根據(jù)這2個(gè)因素可以得知礦井中需要的通風(fēng)強(qiáng)度；包括溫度，需要將礦井內(nèi)溫度調(diào)整到適宜礦工工作的溫度。溫度過高或者過低都會(huì)對(duì)礦工的人身安全造成威脅。該設(shè)備還具備多點(diǎn)定位的功能，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)礦點(diǎn)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)收集與傳送，有利于管理人員進(jìn)行全方位的實(shí)時(shí)監(jiān)控，有利于整體的資源調(diào)度和管理。更方便整個(gè)施工單位的總體生產(chǎn)管理。有利于管理層在充分了解具體情況的基礎(chǔ)上做出更加科學(xué)、合理的決策。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

通風(fēng)系統(tǒng)直接關(guān)系到礦井內(nèi)的通風(fēng)情況。能夠通過發(fā)送器將該系統(tǒng)的通風(fēng)情況發(fā)送給相關(guān)設(shè)備，同時(shí)能夠接收計(jì)算機(jī)中心給出的指令。在接收指令后，將指令輸送到風(fēng)量調(diào)節(jié)單元，通過調(diào)節(jié)單元能夠改變風(fēng)速，實(shí)現(xiàn)礦井內(nèi)通風(fēng)情況的變化。這一設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)迅速對(duì)計(jì)算機(jī)指令做出反應(yīng)，能夠有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制通風(fēng)。還可以借鑒其他國家的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)自身情況做出調(diào)整，制定出適合我國煤礦事業(yè)發(fā)展的自動(dòng)化通風(fēng)方案[2]。

3 煤礦通風(fēng)與自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 安全機(jī)制的實(shí)施

煤礦通風(fēng)自動(dòng)化的設(shè)置目的就是為了提高整個(gè)煤礦的安全系數(shù)。在自動(dòng)化通風(fēng)的整個(gè)系統(tǒng)中包括在礦井內(nèi)部放置傳感器，用來測定煤礦中有害氣體等情況。將數(shù)據(jù)傳達(dá)到中心計(jì)算機(jī)后由計(jì)算機(jī)根據(jù)提前設(shè)定好的安全劃分標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。因此，安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的劃分方法直接關(guān)系到對(duì)通風(fēng)的調(diào)節(jié)，在整個(gè)安全系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。因此，需要制定出合理的安全等級(jí)劃分方式。國家在該方面已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)規(guī)定，對(duì)礦井內(nèi)有害氣體含量等方面做出了具體的規(guī)定。煤礦單位可以直接參考國家的相關(guān)規(guī)定，也可以根據(jù)自身情況對(duì)這些規(guī)定做出一定的調(diào)整。但這些法律規(guī)定是相關(guān)規(guī)范的底線，煤礦企業(yè)的安全劃分標(biāo)準(zhǔn)不能低于該規(guī)定。

3.2 井下環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測

要做好自動(dòng)化控制需要對(duì)井下空氣情況做到實(shí)時(shí)監(jiān)測。需要了解井下空氣中有害氣體含量、風(fēng)壓等多方面的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。然后通過傳感器在第一時(shí)間將以上數(shù)據(jù)傳送給中心計(jì)算機(jī)。做到實(shí)時(shí)監(jiān)測能夠掌握井下空氣情況，能夠盡快將信息傳遞給控制部分。中心計(jì)算機(jī)經(jīng)測定后將通風(fēng)調(diào)節(jié)指令發(fā)送給通風(fēng)設(shè)備，即時(shí)調(diào)節(jié)井下空氣情況，有利于快速做出反應(yīng)，提高迅速反應(yīng)的能力，一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，能夠盡快處理，減少人員傷亡。另外，該系統(tǒng)能方便相關(guān)工作人員隨時(shí)了解井下情況，方便進(jìn)行管理[3]。

4 結(jié)語

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置關(guān)系到煤礦工人的人身安全，也關(guān)系到煤礦企業(yè)的整體效益。企業(yè)應(yīng)該通過加強(qiáng)管理以及安全系統(tǒng)的建設(shè)來提升煤礦的安全系數(shù)。需要建立合理、科學(xué)的管理體系，加強(qiáng)對(duì)安全問題的認(rèn)識(shí)程度。利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來增強(qiáng)煤礦的安全保障。通過使用自動(dòng)化通風(fēng)系統(tǒng)來精確掌握礦井內(nèi)空氣的實(shí)時(shí)情況，及時(shí)處理危險(xiǎn)因素，針對(duì)具體情況做出調(diào)整。通過新技術(shù)的應(yīng)用來加強(qiáng)煤礦企業(yè)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。