均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制及預(yù)警技術(shù)研究

史曉瓊

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

1 工程概況

新景煤礦本工作面位于距陽(yáng)泉市中心11km的陽(yáng)泉市西部。東南部為辛興煤礦和神唐嘴煤礦，東部和東北部為三號(hào)礦井井田，北部為一號(hào)礦井井田，西部為七里河井田，西南部為保安煤礦，南部為二礦井田。井田東西走向長(zhǎng)10.5km，南北寬8.5km，井田面積59.3km2。

2 采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)

3#煤層工作面的主回撤通道擁有已經(jīng)存在的鉆孔，在這個(gè)鉆孔基礎(chǔ)上，布置采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)來(lái)對(duì)采空區(qū)的氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。在實(shí)際開采過(guò)程中，上部采空區(qū)發(fā)生垮落，會(huì)導(dǎo)致上部采空區(qū)氣壓高于整個(gè)采空區(qū)內(nèi)其他部位的氣壓，而通過(guò)運(yùn)用采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)上部采空區(qū)氣壓變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，假如氣壓超過(guò)安全限度時(shí)，報(bào)警器會(huì)發(fā)出報(bào)警，從而使工作面的工作人員進(jìn)行有效撤離，防止有害氣體在異常氣壓的影響下涌入工作面對(duì)工人造成傷害，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

2.1 采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)成

采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：氣壓傳輸器、數(shù)據(jù)采集儀、報(bào)警器。氣壓傳輸器用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)的氣壓變化，通過(guò)這個(gè)氣壓的變化將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行記錄，當(dāng)氣壓變化大于安全限度時(shí)，數(shù)據(jù)采集儀將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到報(bào)警器，報(bào)警器即發(fā)出警報(bào)。采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)中的氣壓傳輸器采用DYP氣體壓力變送器，這種傳輸器的特點(diǎn)是精度高，線路設(shè)計(jì)先進(jìn)，工藝嚴(yán)格，過(guò)載強(qiáng)，性能強(qiáng)，維護(hù)簡(jiǎn)單等，非常適用于井下工作。氣壓變送器性能參數(shù)如表1所示。

采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集儀采用全分度號(hào)數(shù)字顯示儀表。該儀表的特點(diǎn)是抗電磁干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)，準(zhǔn)確性高，全分度號(hào)輸入同時(shí)也具有所有單輸入儀表的優(yōu)點(diǎn)。其技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 DYP氣體壓力變送器性能參數(shù)表

表2 數(shù)據(jù)采集儀技術(shù)參數(shù)

2.2 采空區(qū)氣壓報(bào)警系統(tǒng)在3#煤層工作面的應(yīng)用

30110工作面壓力傳感器如圖1所示。采空區(qū)的氣壓發(fā)生變化時(shí)，壓力傳感器開始工作，當(dāng)壓力超過(guò)限度值時(shí)，三個(gè)不同位置的報(bào)警器會(huì)一起發(fā)出警報(bào)。此系統(tǒng)的組成及原理如圖2所示。

3 工作面有害氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

工作面工人的安全是煤礦安全生產(chǎn)最重要的一部分，為了防止有害氣體異常涌入對(duì)工人造成安全隱患，需實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)工作面有害氣體量，并對(duì)有害氣體過(guò)量進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警，因此在3#煤層工作面的進(jìn)回風(fēng)隅角、回風(fēng)順槽和30#、60#、90#支架處安裝了此系統(tǒng)中最重要的6個(gè)CO傳感器，工作面的CO濃度一旦超過(guò)安全限度，CO傳感器會(huì)立即將結(jié)果傳輸?shù)降V井監(jiān)控系統(tǒng)并報(bào)告給調(diào)度室，之后安裝在工作面的三個(gè)報(bào)警裝置會(huì)立馬發(fā)出警報(bào)，提示工人進(jìn)行安全撤離，遠(yuǎn)離工作面。同時(shí)，在3#煤層工作面安裝了采空區(qū)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并安裝鋼管進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)工作面進(jìn)行推進(jìn)時(shí)，采空區(qū)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨著鋼管被埋入采空區(qū)，工作人員即可以通過(guò)束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集工作面后部采空區(qū)的氣樣，并用氣相色譜分析儀來(lái)分析，得到氣體的變化濃度，從而可以對(duì)有害氣體量進(jìn)行安全預(yù)警，提前采取安全處理措施。

圖1 30110工作面壓力傳感器布置圖

4 均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)研究

均壓通風(fēng)系統(tǒng)如圖3所示，調(diào)節(jié)風(fēng)窗處的氣壓傳感器可以用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)窗的內(nèi)外壓差，并將結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集裝置，本系統(tǒng)自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)來(lái)自于風(fēng)窗、氣壓傳感器、數(shù)據(jù)收集裝置、執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)據(jù)收集裝置將接收到的風(fēng)窗內(nèi)外壓差的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并傳送到控制器，控制器將信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)與規(guī)定的安全壓差進(jìn)行比較，如果在安全區(qū)間之外，則執(zhí)行風(fēng)窗調(diào)節(jié)指令，改變通風(fēng)面積從而改變內(nèi)外壓差，實(shí)現(xiàn)均壓通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。

該均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)的控制流程圖如圖4所示，實(shí)施方式如下：

（1）了解工作面的實(shí)際環(huán)境，計(jì)算風(fēng)窗內(nèi)外的壓差所能接受的安全區(qū)間 ，將計(jì)算所得輸入PLC控制器。

（2）將氣壓傳感器安裝于風(fēng)窗處，通過(guò)對(duì)風(fēng)窗內(nèi)外實(shí)時(shí)壓差的監(jiān)測(cè)，將所得數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)收集裝置。

（3）數(shù)據(jù)收集裝置接收氣壓傳感器傳送的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將此轉(zhuǎn)化為信號(hào)傳送到PLC控制器。

（4）PLC控制器將接收到的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)窗內(nèi)外壓差數(shù)據(jù)與剛開始計(jì)算所得的壓差安全區(qū)間進(jìn)行對(duì)比，然后通過(guò)對(duì)變頻器的控制實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制，從而調(diào)節(jié)風(fēng)窗的通風(fēng)面積，改變風(fēng)窗內(nèi)外的壓差。

（5）當(dāng) PLC 控制器接收的壓差數(shù)據(jù)不在計(jì)算所得的安全區(qū)間內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即控制風(fēng)窗進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至內(nèi)外壓差位于安全區(qū)間時(shí)結(jié)束調(diào)節(jié)。當(dāng)再次出現(xiàn)內(nèi)外壓差不處于安全區(qū)間時(shí)，重復(fù)此調(diào)節(jié)過(guò)程。

（6）當(dāng)自動(dòng)控制失去效應(yīng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，可以通過(guò)人工手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。

圖3 均壓通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)

5 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制及預(yù)警技術(shù)的研究，在新景煤礦3#煤層工作面進(jìn)行了布置，得到了很好的應(yīng)用。通過(guò)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)上部采空區(qū)氣壓變化和工作面有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，防止有害氣體對(duì)工作面內(nèi)工人造成傷害，并且完善了均壓通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，給礦井的安全生產(chǎn)提供了方便。

圖4 控制流程圖