煤礦井下通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用研究

李美龍

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033000）

引言

煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)主要是為井下巷道內(nèi)提供流動(dòng)的新鮮空氣，稀釋瓦斯、粉塵濃度，確保井下綜采面綜采作業(yè)的安全性。隨著煤礦井下綜采作業(yè)效率的提高、綜采作業(yè)深度的不斷增加，在綜采作業(yè)過程中發(fā)生瓦斯突出、粉塵爆炸等事故的概率不斷增加，嚴(yán)重威脅了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。目前多數(shù)煤礦生產(chǎn)企業(yè)對井下通風(fēng)機(jī)的維護(hù)主要依靠人員定期對其進(jìn)行檢修，但由于煤礦井下工作條件較為惡劣，無法對通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，只能當(dāng)出現(xiàn)故障后才能對其進(jìn)行維修，此時(shí)一旦出現(xiàn)瓦斯突出事故將導(dǎo)致極大的事故。同時(shí)由于通風(fēng)機(jī)采用了恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行方式，在運(yùn)行過程中消耗了大量的電能，嚴(yán)重影響了煤礦生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性。本文提出了一種煤礦井下通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制系統(tǒng)，以CAN 數(shù)據(jù)總線為傳輸單元，實(shí)現(xiàn)對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的全程監(jiān)控，將瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)和通風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)相結(jié)合，使通風(fēng)機(jī)能夠根據(jù)井下瓦斯?jié)舛茸兓闆r自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行速度，提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)測，自動(dòng)對異常進(jìn)行報(bào)警處理，提升了故障維修效率，降低了異常停機(jī)率，極大地提升了井下通風(fēng)的安全性。

圖1 通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

1 通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)對煤礦井下通風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)、運(yùn)行控制要求的分析，結(jié)合礦井下實(shí)際情況，以充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備、降低改造量為基礎(chǔ)，所提出通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[1]。

該通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了井下監(jiān)測和控制模塊、數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換和傳模塊以及地面監(jiān)控中心模塊，各模塊內(nèi)所包含的部分如圖1 所示，系統(tǒng)首先利用甲烷傳感器、壓力傳感器等對井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、風(fēng)壓等情況進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)上述指標(biāo)超出系統(tǒng)設(shè)定的值后，系統(tǒng)將直接控制變頻器進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，控制風(fēng)機(jī)增加或者降低運(yùn)行轉(zhuǎn)速，確保井下巷道內(nèi)空氣內(nèi)瓦斯?jié)舛群康姆€(wěn)定性。同時(shí)通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中各類的電流、電壓傳感器、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、電機(jī)溫度傳感器、振動(dòng)傳感器等對風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)將對異常原因進(jìn)行分析并報(bào)警，同時(shí)通過內(nèi)設(shè)的邏輯對異常進(jìn)行調(diào)控。井下數(shù)據(jù)信息的傳輸采用了CAN 數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，確保了在煤礦井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩?、?zhǔn)確性和抗干擾性[2]。地面監(jiān)控中心為整個(gè)系統(tǒng)的控制終端，各類數(shù)據(jù)將以最直觀的形式顯示在終端上，滿足監(jiān)控需求，同時(shí)控制人員能夠通過控制終端，人工調(diào)節(jié)井下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)機(jī)運(yùn)行的無人監(jiān)控和處理，實(shí)現(xiàn)無人值守。

2 各主要監(jiān)控傳感器的監(jiān)控方式

各類監(jiān)控傳感器作為礦井通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心，直接決定了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控和調(diào)控結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此重點(diǎn)對各類監(jiān)控傳感器在井下的測定方案進(jìn)行了對比，以確定最佳的監(jiān)測布置結(jié)構(gòu)和測試方式。

風(fēng)壓測量。風(fēng)壓測試時(shí)與距離風(fēng)機(jī)的位置、氣流在巷道內(nèi)的流動(dòng)方式關(guān)系密切，根據(jù)驗(yàn)證本文選擇了多點(diǎn)分聯(lián)測試方法[3]，使用軟管和壓力傳感器相連通，將其設(shè)置在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口距離約10 m 處，將測壓截面固定在支架上，進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置的全壓孔數(shù)量為12 個(gè)，滿足對風(fēng)機(jī)入口處氣流全壓的測定。

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測量。電機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器種類繁多，本文選擇的傳感器為光電效應(yīng)式傳感器，該傳感器在電機(jī)軸上固定上光電傳感器，然后將風(fēng)機(jī)上設(shè)置N個(gè)反光標(biāo)記，通過記錄所接收到的相鄰的脈沖信號之間的時(shí)間間隔即可完成對風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測定，電機(jī)轉(zhuǎn)速n可表示為[4]：

式中：N為反光標(biāo)記的數(shù)量；t為相鄰的脈沖信號之間的時(shí)間間隔。

該傳感器的轉(zhuǎn)速測定原理如圖2 所示。

圖2 光電傳感器轉(zhuǎn)速測定原理

3 礦井通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

為了對該礦井通風(fēng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行驗(yàn)證，本文以某礦井下通風(fēng)系統(tǒng)為研究對象，建立遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)測井下風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)速為2 759 r/min 與實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速完全相符，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)量為1.49 m3/s，與井下實(shí)測的風(fēng)量之間的偏差約為1.2%，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)固定位置的風(fēng)壓為0.53 kPa，與井下實(shí)測的風(fēng)壓之間的偏差約為1.4%，由此可知該監(jiān)測系統(tǒng)表現(xiàn)出了較高的監(jiān)測精度，同時(shí)井上監(jiān)控人員發(fā)出調(diào)節(jié)指令后井下風(fēng)機(jī)的響應(yīng)時(shí)間約為2.7 s，具有較高的反應(yīng)速度。

該煤礦井下通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)另一個(gè)突出的優(yōu)勢是具有自主學(xué)習(xí)功能，能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的信息參數(shù)進(jìn)行分析，自動(dòng)對風(fēng)機(jī)下一階段的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)預(yù)測到可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行異常時(shí)將進(jìn)行自動(dòng)修正，并將隱患點(diǎn)和修正方案發(fā)送給控制人員，能夠極大地提升風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的安全性和穩(wěn)定性，降低風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障的概率，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的界面如圖3 所示。

圖3 通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控系統(tǒng)監(jiān)控界面

4 結(jié)論

針對煤礦井下通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的判斷只能依靠人員定期維護(hù)，存在效率低、維護(hù)效果差、故障率高的缺陷，本文提出了一種礦井通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，對該通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)控原理、方式等進(jìn)行了分析，并對風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：

1）該通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了井下監(jiān)測和控制模塊、數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換和傳模塊以及地面監(jiān)控中心模塊，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)；

2）風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)速為2 759 r/min 與實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速完全相符，與井下實(shí)測的風(fēng)量之間的偏差約為1.2%，與井下實(shí)測的風(fēng)壓之間的偏差約為1.4%，由此可知該監(jiān)測系統(tǒng)表現(xiàn)出了較高的監(jiān)測精度，同時(shí)井上監(jiān)控人員發(fā)出調(diào)節(jié)指令后井下風(fēng)機(jī)的響應(yīng)時(shí)間約為2.7 s，具有較高的反應(yīng)速度，完全能夠滿足井下遠(yuǎn)程調(diào)控的要求。