礦山井下通風(fēng)自動(dòng)化的改造

趙尚上　潘文政

摘要：煤礦通風(fēng)系統(tǒng)主要是保證井下空氣清新并及時(shí)排出有害氣體、熱量等，以保證井下工作環(huán)境的安全性。井下通風(fēng)控制工作主要以瓦斯含量的控制為主，通過控制風(fēng)量，預(yù)防瓦斯含量升高和突然涌現(xiàn)。目前，我國(guó)許多煤礦都是由人工管理煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，因此，難以保證其安全、穩(wěn)定性，所以，需要通過自動(dòng)化控制技術(shù)提高其安全、穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：礦山采礦；井下通風(fēng)；自動(dòng)化控制系統(tǒng)；改造

引言

煤礦井下通風(fēng)狀況關(guān)系到礦井的生產(chǎn)全，采用自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制的技術(shù)，加強(qiáng)礦井通風(fēng)技術(shù)，提高安全生產(chǎn)能力，將礦井通風(fēng)過程中的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)的技術(shù)加以提升，是當(dāng)前防止礦井安全事故、達(dá)到礦井通風(fēng)自動(dòng)化運(yùn)行的重要技術(shù)手段。對(duì)于減輕事故發(fā)生的危害程度，提高礦井的安全系數(shù)，具有關(guān)鍵作用。

1煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化控制

進(jìn)行煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化安裝和運(yùn)行，主要是為了保持井下空氣狀況的安全和穩(wěn)定，通過通風(fēng)巷道，將井上和井下的空氣加以交換，給工人提供較為舒適的工作環(huán)境，保持礦井內(nèi)部的空氣的新鮮，將井下的有害氣體以及熱量、水蒸氣等加以排出，得到適合安全生產(chǎn)的礦井工作條件。檢測(cè)的內(nèi)容包括瓦斯的含量的監(jiān)控，系統(tǒng)通風(fēng)量的及時(shí)調(diào)整，瓦斯含量如果發(fā)生了異常的升高或者涌出，應(yīng)該警惕是否有安全事故或者隱患存在。目前采用的人工管理的方法，對(duì)于監(jiān)控和調(diào)度的自動(dòng)化程度來說，不足以維護(hù)煤礦安全運(yùn)行。自動(dòng)化控制水平高的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)，能夠控制風(fēng)量計(jì)算模型，運(yùn)用科學(xué)合理的通風(fēng)系統(tǒng)的管理來保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠。

2通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

世界上對(duì)煤礦井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的研究工作起步于上世紀(jì)九十年代，當(dāng)時(shí)國(guó)外一些國(guó)家采用了一體化設(shè)計(jì)方案，通過在線檢測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，能夠?qū)νL(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行有效控制，同時(shí)，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)還能自我診斷和保護(hù)，基本保證了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在歐美國(guó)家，通風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)機(jī)通常采用軸流式風(fēng)機(jī)，隨著對(duì)節(jié)能要求越來越重視，開始采用葉片角度可變的液壓式通風(fēng)機(jī)，其效率可達(dá)到85%。

我國(guó)對(duì)煤礦礦井通風(fēng)機(jī)的研究起步較晚，最早主要以引進(jìn)前蘇聯(lián)的設(shè)備為主，同時(shí)礦井風(fēng)量調(diào)節(jié)工作是由人工控制的，因此在風(fēng)量控制與調(diào)節(jié)方面存在一些不合理之處，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)調(diào)節(jié)，同時(shí)風(fēng)量控制不科學(xué)，往往是根據(jù)工作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作。

目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤礦都實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)功能，但是在自動(dòng)化調(diào)節(jié)和異常情況診斷方面還有待提高，并且自動(dòng)化通風(fēng)管理系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步改善。

2自動(dòng)化控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2.1自動(dòng)化系統(tǒng)控制模式

自動(dòng)化系統(tǒng)采用的是集中控制和分散檢測(cè)的方式，建立了動(dòng)態(tài)檢測(cè)煤礦的監(jiān)控分站，對(duì)煤礦內(nèi)部的氣體、風(fēng)壓、溫度等狀況進(jìn)行檢測(cè)，由煤礦通風(fēng)總站將數(shù)據(jù)加以傳輸，得到了關(guān)于監(jiān)控分站的各種數(shù)據(jù)的匯總，然后采用推算的算法，得到了煤礦風(fēng)量的分布的情況，將風(fēng)量控制方案，反饋給變頻裝置等監(jiān)控分站中的重要位置，達(dá)到通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制的目的。

2.2自動(dòng)系統(tǒng)的原理

自動(dòng)化系統(tǒng)是以煤礦通風(fēng)主站、分站，進(jìn)行檢測(cè)和控制，通過風(fēng)壓、風(fēng)量、氣體、溫度的傳感器將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加以傳輸、匯總、分析和運(yùn)行。自動(dòng)系統(tǒng)包含了通風(fēng)系統(tǒng)、中央控制以及傳感器系統(tǒng)等內(nèi)容。傳感器系統(tǒng)包含了信號(hào)發(fā)生器等，將不同的信號(hào)加以傳輸和接受，得到了監(jiān)控的指令和數(shù)據(jù)。信號(hào)經(jīng)過傳輸分為頻分制和時(shí)分制度，按照計(jì)劃將各路信號(hào)按照頻率進(jìn)行接收和發(fā)送。頻分制的電路較為簡(jiǎn)單，故障較少，頻率的接收和發(fā)送使用載頻器進(jìn)行定型生產(chǎn)，吸納后通過動(dòng)力線傳遞線進(jìn)行傳輸，并對(duì)元件進(jìn)行檢測(cè)。礦井的環(huán)境狀況等通過風(fēng)量的控制得到精確的測(cè)量，測(cè)量到的數(shù)據(jù)包括風(fēng)量、風(fēng)壓和溫度以及有毒的氣體，巷道中被放置了很多傳感器，如風(fēng)速檢測(cè)元件可以對(duì)風(fēng)量進(jìn)行精確的遙測(cè)。這些元件包括了恒流式風(fēng)速儀、恒溫風(fēng)速儀、三杯電渦流式傳感器、光耦感應(yīng)器傳感器等。采用熱敏元件的溫度遙測(cè)可歸為紅外線輻射技術(shù)，風(fēng)壓的遙測(cè)可以采用差壓變送器進(jìn)行。而紅外線吸收可以使用光譜法或者定點(diǎn)位電解法進(jìn)行CO氣體濃度的遙測(cè)。

2.3通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)置

通風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)采用風(fēng)門和百葉窗的方式加以風(fēng)量的控制和調(diào)節(jié)。頻率發(fā)送器將風(fēng)門和葉片的狀態(tài)發(fā)送，最終傳送到地面控制室。地面控制室根據(jù)葉片和風(fēng)門轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，通過改變通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而產(chǎn)生變頻信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)井下局部通風(fēng)機(jī)的定時(shí)控制效果。另外，在定時(shí)器裝置的外部安裝防爆破沖擊裝置，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)通風(fēng)，采用工作面作業(yè)機(jī)器運(yùn)行的方式，引發(fā)氣體濃度或者空氣的溫度的變化，最終對(duì)工作面的作業(yè)機(jī)器元件進(jìn)行控制，保證其良性運(yùn)轉(zhuǎn)。

3煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)化方案

3.1嚴(yán)格控制通風(fēng)的性能

目前，我國(guó)性能曲線數(shù)據(jù)主要是從兩個(gè)方面獲得。一方面是通風(fēng)機(jī)自身的數(shù)據(jù)，一方面是通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。這兩類數(shù)據(jù)都需要通過相應(yīng)的試驗(yàn)才能得出來，所以目前為止并不是以理論的形式呈現(xiàn)的。因此，為了確保風(fēng)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，必須要從通風(fēng)機(jī)的自身特性入手，將最終的數(shù)據(jù)與通風(fēng)機(jī)自身的數(shù)據(jù)信息綜合起來。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算則需要結(jié)合曲線的分析表達(dá)式，并且要考慮聯(lián)合機(jī)的影響作用。另外關(guān)于外界環(huán)境因素對(duì)于通風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定性影響這一內(nèi)容也要考慮在內(nèi)。具體實(shí)踐當(dāng)中，則需要從通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息入手，曲線一般都會(huì)接近于二次拋物線。為了能夠讓最終的數(shù)據(jù)滿足實(shí)踐應(yīng)用，從通風(fēng)機(jī)自身的工作環(huán)境以及通風(fēng)機(jī)的整體狀況這兩個(gè)方面開始展開調(diào)查，利用拉格朗日插值法可以得出最終數(shù)據(jù)。

3.2優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制優(yōu)化之后需要考慮PLC這一因素，因?yàn)镻LC本身對(duì)于外界的敏感程度不高，所以在受到輻射以及干擾的時(shí)候常常會(huì)出現(xiàn)瞬間斷電的情況，但是這并不會(huì)影響其正常工作。而且在一些條件比較特殊的環(huán)境當(dāng)中，仍然具有使用價(jià)值。

針對(duì)PLC的功能實(shí)現(xiàn)，需要從計(jì)時(shí)、邏輯運(yùn)算以及順序等三個(gè)方面進(jìn)行，細(xì)致一點(diǎn)將也會(huì)包括模擬量和數(shù)字這兩者的輸入以及輸出，同時(shí)也會(huì)具備記錄以及自檢這樣兩個(gè)功能。如果在實(shí)踐當(dāng)中，能夠增強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化效果，各個(gè)方面的目標(biāo)能夠得以實(shí)現(xiàn)。從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)來看，應(yīng)用PLC自動(dòng)控制軟件的意義和作用較為顯著，能夠保障煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全性以及可靠性，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。針對(duì)煤礦礦井之下工作人員的定位以及其他相關(guān)物體的定位，礦機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)均可以實(shí)現(xiàn)。煤礦礦井自動(dòng)化控制技術(shù)當(dāng)中，合理應(yīng)用高精度設(shè)計(jì)方法可以增強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的效率。從目前煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀可以看出，如果在實(shí)踐中不斷完善計(jì)算方式，能夠提高自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，使其更加廣泛被應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

在煤礦的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是其中重要作用，通過對(duì)PLC可編程控制器為核心的煤礦通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，大大提高了煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化水平，變頻器的引入也提高了設(shè)備的使用壽命，降低了使用維護(hù)成本，使風(fēng)機(jī)調(diào)速更加平穩(wěn)、可靠，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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