一種新型煤礦用局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

柴鳳良

（晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)， 山西 晉城 048000）

1 項目背景

礦用局部通風(fēng)機在煤礦井下開采中的應(yīng)用可以起到對井下空氣的循環(huán)、保障井下空氣氧氣含量充足、保證井下一氧化碳、甲烷等氣體含量處于安全含量以內(nèi)的作用。由此可見，礦用局部通風(fēng)機對于整個采煤作業(yè)的進行起到了至關(guān)重要的保護作用。為了保證局部通風(fēng)機的正常工作，通常需要利用監(jiān)控裝置實時監(jiān)控局部通風(fēng)機的運行狀況，在局部通風(fēng)機因故障停止運行時，需及時對故障原因進行排查，并對故障進行維修，保障局部通風(fēng)機盡快恢復(fù)正常工作。

但當(dāng)前煤礦井下局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)僅僅監(jiān)控了局部通風(fēng)機的工作狀態(tài)，無法對井下狀況進行監(jiān)控，同時在局部通風(fēng)機出現(xiàn)工作異常時，無法直接發(fā)出井下預(yù)警警報信息，容易導(dǎo)致預(yù)警信息延誤，尤其是當(dāng)局部通風(fēng)機停止工作后，若預(yù)警信息延誤，容易造成重大安全事故。針對現(xiàn)有局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)所存在的問題，提出了一種煤礦新型局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)進行了實踐應(yīng)用，效果理想。

2 新型局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)的分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析

該新型煤礦用局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括可視化監(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置兩大部分。

可視化監(jiān)控裝置包括攝像頭、數(shù)據(jù)存儲器、無線信號收發(fā)器，攝像頭設(shè)置在局部通風(fēng)機的主機處，用于觀測局部通風(fēng)機的主機風(fēng)扇是否正常轉(zhuǎn)動、主機處是否存在雜物干擾；數(shù)據(jù)存儲器用于存儲攝像頭中的視頻緩存數(shù)據(jù)，無線信號收發(fā)器用于將視頻畫面實時傳輸至地面監(jiān)控中心的監(jiān)控器上[1-2]。

在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置包括通風(fēng)管道內(nèi)監(jiān)控裝置和通風(fēng)管道外監(jiān)控裝置，管道內(nèi)監(jiān)控裝置為環(huán)形，設(shè)置在管道內(nèi)部預(yù)設(shè)的凹槽內(nèi)，管道外監(jiān)控裝置通過螺栓固定在通風(fēng)管道的外側(cè)；通風(fēng)管道內(nèi)監(jiān)控裝置中設(shè)置有風(fēng)壓傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)量傳感器；通風(fēng)管道外監(jiān)控裝置中設(shè)置有甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器；通風(fēng)管道內(nèi)監(jiān)控裝置和通風(fēng)管道外監(jiān)控裝置中均設(shè)置有無線信號收發(fā)器，將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)控器上，局部通風(fēng)機的通風(fēng)管道中設(shè)置有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，風(fēng)量調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)通風(fēng)管道中的通風(fēng)量。

監(jiān)控器含有一個顯示屏，用于顯示攝像頭拍攝畫面和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中各傳感器的實時監(jiān)測值。監(jiān)控器還包含控制和操作平臺，用于局部通風(fēng)機監(jiān)控裝置的整體調(diào)控和歷史監(jiān)控記錄查詢。攝像頭的安裝位置處設(shè)置有照明燈，便于在光線不足條件下對局部通風(fēng)機主機的監(jiān)控[3]。照明燈的燈光可以進行亮度和色溫調(diào)節(jié)，照明燈的調(diào)節(jié)裝置信號連接至控制器?？梢暬O(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置連接有聲光報警器，聲光報警器信號連接至監(jiān)控器和管道內(nèi)監(jiān)控裝置、管道外監(jiān)控裝置，聲光報警器在局部通風(fēng)機異常時進行地面和礦下多位置聲光報警。監(jiān)控器信號連接至局部通風(fēng)機主機和風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，用于對局部通風(fēng)機開關(guān)與閉合、轉(zhuǎn)速、氣壓的調(diào)節(jié)。

2.2 工作原理

監(jiān)控裝置在應(yīng)用時，將可視化監(jiān)控裝置、在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置、聲光報警器、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥分別設(shè)置在局部通風(fēng)機主機處和通風(fēng)管道處，將數(shù)據(jù)信號連接至地面監(jiān)控中心的監(jiān)控器上；設(shè)備通過可視化監(jiān)控裝置的攝像頭拍攝畫面，工作人員可以及時查看局部通風(fēng)機主機的運行狀況和局部通風(fēng)機主機周圍的環(huán)境狀況。當(dāng)光線不足時，可以控制調(diào)節(jié)照明燈，保證拍攝畫面的環(huán)境光處于適合拍攝的狀態(tài)。通過在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，可以及時了解通風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)量信息，并通過風(fēng)量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)通風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)量，也可以及時了解通風(fēng)管道外甲烷、一氧化碳、氧氣濃度，將這些氣體的濃度控制在合理的范圍內(nèi)；當(dāng)局部通風(fēng)機的工作出現(xiàn)異常時，通過地面和礦下多位置的聲光報警器進行聲光報警，由地面控制中心進行合理指揮和調(diào)度。

2.3 特點分析

1）該新型煤礦用局部通風(fēng)機監(jiān)控裝置包含了可視化監(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，一方面可以通過可視化監(jiān)控裝置直接觀測到局部通風(fēng)機的運行狀況和運行環(huán)境，防止局部通風(fēng)機的葉片因故障或外界環(huán)境而出現(xiàn)停轉(zhuǎn)或風(fēng)口阻塞等現(xiàn)象；另一方面可以通過在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中的各個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時連接通風(fēng)管道內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)量狀況以及通風(fēng)管道外甲烷、一氧化碳、氧氣的濃度狀況，做到對局部通風(fēng)機的全面監(jiān)控[4-5]。

2）可視化監(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中連接的無線信號收發(fā)器可以實時將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控器，便于地面的監(jiān)控人員及時了解到局部通風(fēng)機各個位置的狀況。

3）聲光報警器設(shè)置于地面和礦下的多個位置，根據(jù)局部通風(fēng)機的運行狀況出現(xiàn)的不同問題或礦下的甲烷、一氧化碳、氧氣濃度出現(xiàn)異常，在多個位置發(fā)出不同的聲光報警信息，提醒工作人員及時排除障礙或者進行緊急安全疏散撤離，從而保證礦下作業(yè)的安全與正常進行。

4）監(jiān)控器接入顯示屏、控制和操作平臺，便于地面監(jiān)控人員的監(jiān)測、管理和維護，及時了解礦下和地面的監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，并且實現(xiàn)遠程操控局部通風(fēng)機的運行[6]。

5）風(fēng)量調(diào)節(jié)閥通過控制通風(fēng)管道中的風(fēng)量大小，并通過控制器來實現(xiàn)對井下?lián)Q風(fēng)量的遠程控制。

3 實踐應(yīng)用及效果分析

晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)公司位于山西省晉城市澤州縣東張村，設(shè)計生產(chǎn)能力90 萬t/年，斜井開拓方式，現(xiàn)主要開采9 號和15 號煤層。15 號煤層采用綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理為全部垮落法。移交生產(chǎn)時在15 號煤層一采區(qū)布置1 個15101 綜采工作面，采用切頂沿空留巷、無煤柱開采工藝。在15 號煤層二采區(qū)配備2 個綜掘工作面，采掘比為1∶2。

當(dāng)前采用新型煤礦用局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)對朝陽煤業(yè)公司15 號煤層開采工作面通風(fēng)系統(tǒng)局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，該監(jiān)控系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖

該新型煤礦用局部通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)可準(zhǔn)確地對局部通風(fēng)機各類信號參數(shù)進行采集顯示，當(dāng)通風(fēng)機壓力超過閥值時，可及時對該信息進行報警，并對各類故障信號進行匯總、分析和處理。

該監(jiān)控系統(tǒng)各項性能穩(wěn)定、功能齊全，與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有更好的智能化監(jiān)控效果，可實時對局扇風(fēng)機多方式、多項目、全方位的監(jiān)控，直觀地體現(xiàn)局部通風(fēng)機的運行工況，同時設(shè)置有聲光報警器，當(dāng)局扇風(fēng)機的運行狀況出現(xiàn)問題時，及時通過聲光報警器進行預(yù)警報警，保證礦下作業(yè)的安全有序進行。

新型監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用為局部通風(fēng)機機械部件的定期加油潤滑、緊固等檢修作業(yè)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，可以更好地為預(yù)防性和計劃性檢修工作服務(wù)，對保證企業(yè)監(jiān)控通風(fēng)機運行良好、提高通風(fēng)系統(tǒng)運行穩(wěn)定性具有重要作用。