李憲英
摘 要:基于供給側(cè)改革的研究前提下,我國的綜合國力和經(jīng)濟(jì)實(shí)力取得顯著提高,同時(shí)促進(jìn)了自動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展。在原有的井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的研究層次上,采取一系列的改造方案,使通風(fēng)系統(tǒng)更加適應(yīng)現(xiàn)代礦井工程建設(shè)。本文依據(jù)井下通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造作為入手點(diǎn),分析了井下通風(fēng)系統(tǒng)存在的共性問題,論述了井下通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造方案與要求,闡述了通風(fēng)控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì),為我國礦井開采領(lǐng)域提供借鑒價(jià)值。
關(guān)鍵詞:井下;通風(fēng)自動(dòng)控制;系統(tǒng)設(shè)計(jì);改造
中圖分類號:TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1671-2064(2019)22-0092-02
礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)在井下生產(chǎn)作業(yè)安全中占據(jù)重要地位。在井下通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng),能夠方便井下生產(chǎn)作業(yè),使生產(chǎn)程序更加具有高效性和安全性。在傳統(tǒng)的井下通風(fēng)控制系統(tǒng)上,一般采用繼電裝置構(gòu)成控制系統(tǒng),由人工操作的方式完成。傳統(tǒng)井下通風(fēng)控制系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)監(jiān)控和實(shí)時(shí)控制能力方面存在嚴(yán)重弊端。為此,解決傳統(tǒng)井下通風(fēng)控制系統(tǒng)所面臨的問題,必須采取現(xiàn)代化控制手段,對通風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制升級改造,以適應(yīng)現(xiàn)代化井下生產(chǎn)作業(yè)。對井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的改造,可以從系統(tǒng)改造和控制方案設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手,來實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性,這在礦井運(yùn)行安全中占據(jù)重要的地位。
1 針對于井下通風(fēng)控制系統(tǒng)存在的問題分析
一般來說,礦井通風(fēng)系統(tǒng)一般采用機(jī)械通風(fēng)的方式,而這種方式在實(shí)際的工作運(yùn)行中會出現(xiàn)風(fēng)機(jī)或者局部風(fēng)機(jī)風(fēng)流循環(huán)風(fēng)、機(jī)配套設(shè)備不足以及風(fēng)網(wǎng)不匹配等問題。這對井下通風(fēng)系統(tǒng)的效果產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。
1.1 風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)不相匹配的問題分析
風(fēng)機(jī)同風(fēng)網(wǎng)不匹配,這是井下通風(fēng)系統(tǒng)存在較為嚴(yán)重的共性問題,風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)不相匹配都會導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)的整體通風(fēng)效果大大降低。為此,在風(fēng)機(jī)選型階段,需要考慮裝置效率以及網(wǎng)絡(luò)匹配度和運(yùn)行穩(wěn)定度等原則。同時(shí)井下通風(fēng)系統(tǒng)具有復(fù)雜多變的特點(diǎn),也是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)與風(fēng)網(wǎng)不匹配的一個(gè)原因。一是,風(fēng)機(jī)性能與通風(fēng)系統(tǒng)不匹配,導(dǎo)致工況點(diǎn)始終處于低效率運(yùn)行,進(jìn)一步造成過多的能源浪費(fèi)問題。同時(shí),也無法滿足正常的生產(chǎn)需要;二是,在井下通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,由于多個(gè)風(fēng)井礦井和風(fēng)機(jī)之間具有相互的影響,導(dǎo)致中斷風(fēng)流分配的問題。另外,當(dāng)多臺風(fēng)機(jī)串并聯(lián)工作時(shí),將會嚴(yán)重降低其安全性和穩(wěn)定性,也會導(dǎo)致井下風(fēng)量供給不足[1]。
1.2 風(fēng)機(jī)站設(shè)計(jì)安裝的位置問題分析
在井下通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,風(fēng)機(jī)站位置的選擇對于整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的功能發(fā)揮著巨大的作用。風(fēng)機(jī)站的位置選擇不恰當(dāng),會導(dǎo)致井下不同風(fēng)量供給存在不均,容易出現(xiàn)問題,如風(fēng)流停滯循環(huán)等,進(jìn)而威脅井下工作人員的生命健康[2]。除此之外,有些礦井進(jìn)風(fēng)機(jī)的位置一般設(shè)于主運(yùn)輸中,則會造成以污染的風(fēng)流經(jīng)由回風(fēng)天井進(jìn)入上一作業(yè)區(qū)間,進(jìn)一步引發(fā)上區(qū)間風(fēng)流污染問題。
1.3 風(fēng)流局部循環(huán)的問題分析
通風(fēng)控制系統(tǒng)的風(fēng)流循環(huán)通風(fēng)一般分為兩類:一是內(nèi)部循環(huán);二是外部循環(huán)。在內(nèi)部循環(huán)方面,因?yàn)闄C(jī)站內(nèi)通風(fēng)構(gòu)筑物配置不完全或者配置出現(xiàn)故障問題,則會導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)。另外,當(dāng)需要將風(fēng)機(jī)站安裝于運(yùn)輸區(qū)間時(shí),為了盡量避免影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,需要將風(fēng)機(jī)站設(shè)置于繞巷道。與此同時(shí),增加相應(yīng)的通風(fēng)保護(hù)系統(tǒng)。
1.4 自然風(fēng)壓的問題分析
自然風(fēng)壓是指導(dǎo)致井下發(fā)生空氣流動(dòng)的一種天然因素。造成自然風(fēng)壓的強(qiáng)弱直接關(guān)乎于進(jìn)風(fēng)井與回風(fēng)井內(nèi)的溫度差異。一旦進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井的溫度差異越大,則產(chǎn)生的自然風(fēng)壓也就越大。一般來說,冬季階段自然風(fēng)壓對于礦井通風(fēng)是有好處,但是在夏季階段則不利于礦井通風(fēng)[3]。
2 針對于井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的改造分析
現(xiàn)階段,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷完善,在自動(dòng)化控制技術(shù)在井下通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用較為顯著。對此,自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造在構(gòu)成上主要分為現(xiàn)場分散檢測系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)[4]。另外,還需要在礦井生產(chǎn)的各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置監(jiān)控點(diǎn),有效地對井下生產(chǎn)的風(fēng)量溫度以及有害氣體實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,并將監(jiān)控所得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī),以便計(jì)算機(jī)能夠?qū)ΡO(jiān)測的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)綜合化管理與分析,得出最佳的風(fēng)量控制方案,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié),以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制的自動(dòng)化。
2.1 井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的基本要求
采用自動(dòng)控制系統(tǒng),重要因素在于井下通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的性能優(yōu)良性。目前,自動(dòng)控制系統(tǒng)分為兩個(gè)方面:一是,風(fēng)機(jī)動(dòng)力變電監(jiān)控系統(tǒng);二是,風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)。在井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的核心方面主要分為三個(gè),現(xiàn)場參數(shù)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)以及高壓開關(guān)柜。在現(xiàn)場參數(shù)方面,需要對井下施工作業(yè)的風(fēng)量、風(fēng)速以及氣體濃度壓強(qiáng)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外,還需要對風(fēng)機(jī)運(yùn)行的物理變量,如電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,出現(xiàn)異常,則說明風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障。
2.2 井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案
2.2.1 井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
在井下施工作業(yè)的中后期,會根據(jù)實(shí)際需要布置一些串并聯(lián)巷道,這便導(dǎo)致在施工作業(yè)方面的難度和復(fù)雜程度都在一定程度上優(yōu)于施工前期,與此同時(shí)對整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求更高。對此,需要加強(qiáng)對通風(fēng)設(shè)置監(jiān)管工作,并且注意巷道封閉工作,避免了風(fēng)流短路等安全隱患,進(jìn)一步改善和礦井的通風(fēng)問題,最終優(yōu)化整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì),以提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
2.2.2 井下局部通風(fēng)與自然風(fēng)壓的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
由于整個(gè)礦井通風(fēng)是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu),需要在設(shè)計(jì)時(shí),注意對局部通風(fēng)的自動(dòng)化技術(shù)完成優(yōu)化改造。比如,可以利用濕式鑿巖的方法,并根據(jù)實(shí)際需要,準(zhǔn)備適用于局部的風(fēng)扇;在進(jìn)行爆破工作后馬上進(jìn)行噴水,或者通過佩戴相應(yīng)儀器隨時(shí)檢測身體狀況等。除此之外,在自然風(fēng)壓的設(shè)計(jì)優(yōu)化上,需要充分考慮自然風(fēng)壓對風(fēng)機(jī)造成的影響。在冬天時(shí)可以采用自然風(fēng)壓,進(jìn)一步提高通風(fēng)質(zhì)量,從而降低通風(fēng)資金成本;在夏天時(shí)可以采取有效的措施,以預(yù)防自然風(fēng)壓所帶來的影響,保證施工的正常進(jìn)行。
2.2.3 傳感器參數(shù)的設(shè)置與優(yōu)化
除此之外,在現(xiàn)場作業(yè)施工時(shí),參數(shù)的設(shè)置包括環(huán)境參數(shù)設(shè)置和風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,在井下作業(yè)面各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)安裝傳感器裝置,實(shí)現(xiàn)井下各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測,并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過井下的工業(yè)以太網(wǎng),傳輸控制中心,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。
2.2.4 借助以太網(wǎng)完成系統(tǒng)模塊的優(yōu)化
目前,井下通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)主要依賴于互聯(lián)網(wǎng),構(gòu)建三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在組成方面具有工業(yè)級的多端口轉(zhuǎn)發(fā)裝置、系統(tǒng)防火墻裝置、網(wǎng)關(guān)裝置、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換裝置、模擬信號輸入裝置、開關(guān)量輸入裝置、模擬量輸出裝置等。由于組成系統(tǒng)模塊所涉及較多,所以必須采取行之有效的自動(dòng)化總體設(shè)計(jì)方案,以便適應(yīng)井下通風(fēng)系統(tǒng)的工作效率?,F(xiàn)場PLC中央控制單元?jiǎng)t依據(jù)以太網(wǎng)總線裝置,實(shí)現(xiàn)串口和遠(yuǎn)程獨(dú)立監(jiān)測點(diǎn)的相互連接,在采用通訊端口時(shí)可以應(yīng)用RS485類型的通訊端口;應(yīng)用的信道一般為高速有線信道或者光纜信道[5]。
3 針對于井下通風(fēng)控制系統(tǒng)軟硬件升級設(shè)計(jì)分析
在井下通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)階段,具有自動(dòng)化控制、手動(dòng)控制以及檢修控制三個(gè)方面。使用相應(yīng)的電氣設(shè)備,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的改造與升級。借助PLC系統(tǒng)控制通風(fēng),并依據(jù)系統(tǒng)組態(tài)的控制方式展開實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)控,在監(jiān)控過程可以按照預(yù)設(shè)組態(tài)的方式,將控制模塊由實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為手動(dòng)控制模式。
3.1 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件方面分析
井下通風(fēng)作業(yè)現(xiàn)場一般采用集散控制系統(tǒng)。在選擇設(shè)備上可以選擇工業(yè)級計(jì)算設(shè)備作為上位機(jī),借助無線網(wǎng)絡(luò)和PLC控制單元相互接通,并將所監(jiān)測的數(shù)據(jù)以及參數(shù)通過在井下安裝的傳感裝置輸入輸出裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置,實(shí)現(xiàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)傳輸,進(jìn)一步完成對通風(fēng)設(shè)備的實(shí)時(shí)變頻調(diào)控。在參數(shù)設(shè)置方面,一是,根據(jù)PLC設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能來合理設(shè)置參數(shù)要求;二是,采用工業(yè)級計(jì)算機(jī),使CPU的主頻需要在2兆赫茲以上,CPU的內(nèi)存則不應(yīng)小于2MB。三是,安裝的傳感裝置需要具有安全性和穩(wěn)定性;四是,在應(yīng)用智能變頻裝置和繼電裝置以及控制單元時(shí),需要保證硬件系統(tǒng)的完整性以及功能性。除此之外,可以選擇數(shù)字智能顯示儀表,其操作單元也需要具備一定的防爆性和防水性[6]。
3.2 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件方面分析
在井下通風(fēng)控制自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)階段,由于采用了PLC控制程序,在設(shè)計(jì)編程語言上一般為梯形圖語言,這可以完成繼電裝置、接觸器裝置的綜合實(shí)現(xiàn),并使操作人員能夠簡單明了的理解電氣運(yùn)行原理。在基礎(chǔ)設(shè)置方面,一是,需要遵循繼電裝置系統(tǒng)的電路圖,并通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法完成數(shù)字量系統(tǒng)的快速設(shè)計(jì);二是,根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)選用順序控制梯形圖的設(shè)計(jì)方案,以便將復(fù)雜系統(tǒng)簡單化;三是,根據(jù)PLC供應(yīng)商對繼電氣裝置應(yīng)用的語言,依照順序梯形圖進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。
總之,在井下通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造階段,軟件設(shè)計(jì)具有靈活多變的設(shè)計(jì)理念,這也方便了對系統(tǒng)后續(xù)的拓展與升級。另外,可以按照施工設(shè)計(jì)的規(guī)章制度,完成風(fēng)機(jī)參數(shù)、電機(jī)參數(shù)以及氣體濃度等檢測,并將檢測數(shù)據(jù)通過傳感器傳輸?shù)絇LC控制數(shù)據(jù)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,以便完成自動(dòng)化控制。除此之外,在系統(tǒng)存在除塵需求時(shí),可以將電機(jī)頻率設(shè)置為25Hz,借助多個(gè)變頻方式的組合控制以實(shí)現(xiàn)除塵功能。同時(shí)在軟件設(shè)計(jì)方案上PLC反饋系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)的控制輸出變化,調(diào)整階段可以根據(jù)電機(jī)的多級調(diào)速功能,以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。
4 結(jié)語
綜上所述,礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為礦山能耗的重要組成部分,每年能源的消耗量占據(jù)礦井總量的三成,所以實(shí)施井下通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造,能夠有效的降低通風(fēng)成本,這也是礦井作業(yè)的基本保障。通過井下通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造,能夠提高施工作業(yè)的運(yùn)行效率,實(shí)時(shí)監(jiān)測施工現(xiàn)場運(yùn)行數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效采集,將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析。為此,基于PLC技術(shù)的通風(fēng)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化,能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)與作業(yè)現(xiàn)場的相互隔離,從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通訊的暢通,以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和高效性。與此同時(shí),在PLC系統(tǒng)內(nèi)部,則根據(jù)傳感器檢測到的參數(shù),按照一定的邏輯控制程序,實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的啟停等功能,滿足礦井按需通風(fēng)的需求。通過井下通風(fēng)自動(dòng)控制的優(yōu)化改造,使施工作業(yè)具有高效性和可持續(xù)性,極大程度的保證了井下施工人員的生命健康,這對于礦井的經(jīng)濟(jì)效益具有全面的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 李慧賓.煤礦井下通風(fēng)自動(dòng)化的改造[J].電子技術(shù)與軟件工程,2019,156(10):144-145.
[2] 牛振濤.煤礦井下通風(fēng)阻力測定及系統(tǒng)改造優(yōu)化[J].能源與節(jié)能,2019(5):34-35.
[3] 梁士軍.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].石化技術(shù),2019(3):170.
[4] 文達(dá).某金礦深部通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案對比[J].現(xiàn)代礦業(yè),2019(2):184.
[5] 霍東貝.煤礦主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)改造與智能調(diào)控研究[J].當(dāng)代化工研究,2019,40(04):128-129.
[6] 吳豐全.基于DSP的煤礦通風(fēng)雙局扇監(jiān)測控制系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械管理開發(fā),2019,34(03):221-222+235.