金屬礦山井下主扇風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

高連月 徐德亮 周雨松 陳 思

（1.中鋼集團(tuán)安徽劉塘坊礦業(yè)有限公司，安徽 霍邱 237471；2.西安利雅得電氣股份有限公司，陜西 西安 710075；3.安徽省金建工程技術(shù)有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)利用主扇風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力，不斷地從地面向井下供給新鮮空氣，并將工作中產(chǎn)生的炮煙、粉塵等有毒有害氣體及時(shí)排出［1］，保障井下工人安全和身體健康。計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展有力地推動(dòng)了礦井通風(fēng)的智能化、自動(dòng)化。計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)由礦井通風(fēng)智能、自動(dòng)控制的原理、關(guān)鍵技術(shù)及其系統(tǒng)組成。以“按需供風(fēng)”理念，將井下氣候條件參數(shù)信息采集處理技術(shù)、控制技術(shù)與通風(fēng)系統(tǒng)有機(jī)融合，根據(jù)井下作業(yè)情況，對(duì)井下通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程集中控制，滿足通風(fēng)安全要求的同時(shí)節(jié)省能耗。以劉塘坊鐵礦井下主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制為實(shí)例，提出了礦井實(shí)時(shí)調(diào)控模型，設(shè)計(jì)集成了礦井空氣條件參數(shù)采集、高效可靠信息傳輸、通風(fēng)狀態(tài)智能分析與決策、通風(fēng)設(shè)施/動(dòng)力智能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了井下通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)人值守、地表遠(yuǎn)程操作及遠(yuǎn)程監(jiān)控，礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)功能，增強(qiáng)井下通風(fēng)設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

近年來(lái)，礦山開采向智能化、自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展。我國(guó)科研人員對(duì)金屬礦山通風(fēng)監(jiān)控技術(shù)研究始于2000年，梅山鐵礦實(shí)現(xiàn)了地表調(diào)度室對(duì)井下7個(gè)機(jī)站21臺(tái)風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中控制［2］，北銘河鐵礦、冬瓜山銅礦、三山島金礦等礦山相繼建立了通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。目前，通風(fēng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控已成為金屬礦山“六大系統(tǒng)”建設(shè)的重要的內(nèi)容之一［3］，自動(dòng)化監(jiān)控全礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和主要通風(fēng)機(jī)工況控制模擬解算、通風(fēng)構(gòu)筑物自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制、主通風(fēng)機(jī)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)、一鍵式操作以及無(wú)人值守。

以往研究成果主要從礦井通風(fēng)遠(yuǎn)程集中控制的系統(tǒng)組成、數(shù)據(jù)采集等開展了局部研究。本文根據(jù)劉塘坊鐵礦井下通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制要求，圍繞礦井通風(fēng)智能實(shí)時(shí)調(diào)控的原理，建立了礦井智能通風(fēng)的控風(fēng)模型，論述了礦井實(shí)時(shí)智能通風(fēng)構(gòu)建，完成了該金屬礦山井下環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)控技術(shù)。

1 礦井通風(fēng)實(shí)時(shí)調(diào)控的原理

1.1 井下環(huán)境與通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

井下環(huán)境空氣參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)及裝備組成礦井智能調(diào)控的信息采集系統(tǒng)，基于風(fēng)網(wǎng)信息監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)，通過(guò)風(fēng)速風(fēng)壓傳感器、有害氣體傳感器、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及構(gòu)筑物狀態(tài)傳感器等快速準(zhǔn)確獲取井下空氣參數(shù)，通訊網(wǎng)路傳輸傳至工控機(jī)信息反饋系統(tǒng)，經(jīng)控制軟件的識(shí)別分析，在線檢測(cè)的井下環(huán)境空氣參數(shù)與金屬非金屬安全規(guī)程規(guī)定限值比對(duì)，通過(guò)光纜、中繼器等組成通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⒎答佅到y(tǒng)，主扇風(fēng)機(jī)、風(fēng)門執(zhí)行器按指令運(yùn)行狀態(tài)，由工業(yè)控制機(jī)動(dòng)態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋，如圖1所示。監(jiān)控參數(shù)主要是風(fēng)速（風(fēng)量）、風(fēng)壓、溫濕度、有害氣體濃度以及主風(fēng)機(jī)、風(fēng)門狀態(tài)等。劉塘坊鐵礦井下環(huán)境監(jiān)控參數(shù)傳感器布置在-400 m和-500 m水平進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷，-400 m水平風(fēng)門、風(fēng)機(jī)站及風(fēng)門等，共設(shè)置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)12個(gè)。根據(jù)卡曼原理開發(fā)的一種智能型風(fēng)速傳感器，可以檢測(cè)礦井下各種巷道、風(fēng)口處的風(fēng)速，并能通過(guò)遙控器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。風(fēng)壓傳感器用于連續(xù)測(cè)量礦井下的負(fù)壓，具有多種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)制式輸出，聯(lián)檢后能與生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。

1.2 通風(fēng)設(shè)備設(shè)施調(diào)控原理

井下通風(fēng)設(shè)備設(shè)施主要指主通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門等，通風(fēng)設(shè)備設(shè)施調(diào)控是把系統(tǒng)參數(shù)監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋到工業(yè)控制機(jī)，通過(guò)軟件識(shí)別分析與標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)情況，發(fā)布指令驅(qū)動(dòng)通風(fēng)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行。井下各采區(qū)安裝環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器，通過(guò)各區(qū)域控制系統(tǒng)反饋給各區(qū)域的通風(fēng)設(shè)備設(shè)施，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)各實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算所需風(fēng)量反饋到工業(yè)控制機(jī)并相互印證。井下通風(fēng)設(shè)施狀態(tài)的變化涉及通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量重新分配，由通風(fēng)計(jì)算軟件及時(shí)反映在各區(qū)域的通風(fēng)控制系統(tǒng)中，形成閉路循環(huán)，見(jiàn)圖2。

采區(qū)通風(fēng)調(diào)節(jié)多采用風(fēng)門，風(fēng)門執(zhí)行器使用0～10 V模擬量調(diào)節(jié)信號(hào)，0～10 V信號(hào)對(duì)應(yīng)0～90°的轉(zhuǎn)角。執(zhí)行器角度反饋對(duì)應(yīng)于0～10 V信號(hào)，通過(guò)模擬量采集模塊采集供給上位機(jī)。模擬量輸出模塊將模擬信號(hào)傳遞給風(fēng)門執(zhí)行器后，風(fēng)門執(zhí)行器調(diào)節(jié)風(fēng)門角度，從而改變巷道的有效過(guò)風(fēng)斷面積，據(jù)此得到不同巷道風(fēng)速（風(fēng)量），最終達(dá)到對(duì)不同區(qū)域的需風(fēng)量參數(shù)調(diào)控。

礦井主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)采用“變頻器+PLC控制+遠(yuǎn)程監(jiān)控”的模式。通過(guò)1臺(tái)變頻器為風(fēng)機(jī)電機(jī)供電，每臺(tái)變頻器拖動(dòng)1臺(tái)風(fēng)機(jī)的電機(jī)。配備了2套PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制和參數(shù)監(jiān)測(cè)。利用高精度的差壓、負(fù)壓傳感器，依靠PLC高速的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的準(zhǔn)確計(jì)算；實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)控制及運(yùn)行參數(shù)（風(fēng)量、負(fù)壓、電流、電壓、振動(dòng)、溫度等）的在線監(jiān)測(cè)；配備綜合保護(hù)裝置或利用硬件接口實(shí)現(xiàn)與PLC控制系統(tǒng)的連接，能為PLC控制系統(tǒng)提供必要的參數(shù)和狀態(tài)，同時(shí)也能接受PLC的分合控制。

2 礦井通風(fēng)實(shí)時(shí)調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)以西門子S7-300 PLC及西門子G130變頻器為控制核心，主要包含風(fēng)機(jī)風(fēng)速、負(fù)壓、振動(dòng)、溫度等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)就地/遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。按照預(yù)編程序，并結(jié)合井下實(shí)際的風(fēng)量需求，主要完成對(duì)風(fēng)機(jī)的啟停、變頻及反風(fēng)控制，以及對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)如風(fēng)速、負(fù)壓、溫度等實(shí)行在線監(jiān)測(cè)、顯示、控制、保護(hù)、報(bào)警、記錄和管理，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制、監(jiān)視和管理。通過(guò)井下各水平井口風(fēng)速傳感器、采場(chǎng)CO傳感器及NO2傳感器反饋數(shù)據(jù)及主扇風(fēng)機(jī)的各運(yùn)行參數(shù)，在井上集控中心遠(yuǎn)程控制主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行［4］，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速，如圖3所示。

監(jiān)控系統(tǒng)采用1臺(tái)遠(yuǎn)程上位集控計(jì)算機(jī)和1臺(tái)監(jiān)視計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視通風(fēng)機(jī)和風(fēng)門運(yùn)行狀態(tài)信息。上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)選用西門子Wincc軟件，該軟件具有豐富良好的性能，具有模塊化功能和線性化結(jié)構(gòu)，注釋完整齊全，并附有輔助圖表說(shuō)明。Wincc監(jiān)控軟件支持OPC開放式互聯(lián)協(xié)議，方便礦井綜合信息系統(tǒng)的具體實(shí)施。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)光纖與井下風(fēng)門、風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)接在一起。

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作方式如下：

（1）本地控制。當(dāng)PLC或系統(tǒng)出現(xiàn)故障不能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制時(shí)，可以本地啟動(dòng)操作風(fēng)門、主扇風(fēng)機(jī)。

（2）遠(yuǎn)程控制。集控室操作人員根據(jù)井下所需風(fēng)量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)風(fēng)速并控制風(fēng)機(jī)的啟停。

（3）變頻調(diào)控。根據(jù)井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)風(fēng)門、主扇風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)變頻調(diào)節(jié)。

2.2 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

（1）變頻調(diào)速系統(tǒng)。變頻調(diào)速系統(tǒng)由2臺(tái)600 mm×2 200 mm×1 200 mm（寬×高×深）柜體組成，主要包括主回路進(jìn)線開關(guān)、進(jìn)線熔斷器、接地保護(hù)檢測(cè)系統(tǒng)、進(jìn)線電抗器、變頻功率單元、變頻控制器、出線電抗器等。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。SINAMICS G130變頻器主要由2個(gè)獨(dú)立的模塊部件功率單元和控制單元組成，變頻器整體構(gòu)成如圖5所示。

（2）PLC控制及風(fēng)機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)。PLC控制及風(fēng)機(jī)在線檢測(cè)系統(tǒng)由1臺(tái)800 mm×2 200 mm×1 200 mm（寬×高×深）柜體組成，主要設(shè)備有控制PLC、UPS電源、檢測(cè)傳感器、光口交換機(jī)、繼電器、按鈕及指示燈等。所控制對(duì)象主要為主扇風(fēng)機(jī)、風(fēng)門，分布在礦井中不同的中段，通風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置，調(diào)節(jié)風(fēng)門裝置。

（3）風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)采用1臺(tái)遠(yuǎn)程上位集控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視風(fēng)門、通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息。上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)選用西門子Wincc軟件，該軟件具有豐富良好的性能，模塊化功能和線性化結(jié)構(gòu)，注釋完整齊全，并附有輔助圖表說(shuō)明［4］。Wincc監(jiān)控軟件支持OPC開放式互聯(lián)協(xié)議，方便礦井綜合信息系統(tǒng)的具體實(shí)施。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)光纖與井下風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)接在一起。

（4）輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)。輔助視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由-400 m主扇區(qū)域、-500 m主扇區(qū)域等部分組成，在相應(yīng)局域配置對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)及輔助控制箱等，由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及光電收發(fā)器，通過(guò)光纖傳輸?shù)郊厥?，通過(guò)視頻TCP/IP網(wǎng)絡(luò)融入集中視頻管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)在集控室監(jiān)控該區(qū)域前端的所有網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，可實(shí)現(xiàn)分組管理和控制，并能夠?qū)崟r(shí)存儲(chǔ)前端的視頻數(shù)據(jù)。

2.2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

CU320-2 DP和安裝在CompactFlash卡上的驅(qū)動(dòng)軟件共同組成了一套控制單元，并提供相應(yīng)的接口，其中CU320-2 DP控制單元可以執(zhí)行變頻裝置的通訊、開環(huán)和閉環(huán)控制功能。CompactFlash卡插到CU320-2DP插槽中，可以快速更換。

在該控制系統(tǒng)中，利用Wincc組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。Wincc組態(tài)軟件的優(yōu)點(diǎn)在于其具有良好的開放性和靈活性［5］。Wincc組態(tài)畫面以三維動(dòng)畫形態(tài)模擬風(fēng)門、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，可以實(shí)時(shí)顯示高壓開關(guān)柜及風(fēng)機(jī)變頻柜的分合閘狀態(tài)、井下風(fēng)速、CO濃度、NO2濃度；組態(tài)畫面還可以顯示電動(dòng)機(jī)電流、電壓、有功、無(wú)功、頻率、功率因數(shù)、軸承電機(jī)溫度、振動(dòng)及裝置轉(zhuǎn)速。通過(guò)Wincc軟件自動(dòng)記錄故障類型及故障的發(fā)生時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)，自動(dòng)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于重要的通風(fēng)工藝參數(shù)、電氣參數(shù)自動(dòng)生成趨勢(shì)曲線，如發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，監(jiān)控屏幕會(huì)彈出報(bào)警畫面，同時(shí)具備智能化信息語(yǔ)音提示和故障語(yǔ)音報(bào)警功能，如圖6所示。

2.2.3 系統(tǒng)的通信設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)通過(guò)CP343通訊模塊將SIMATIC S7-300連接到工業(yè)以太網(wǎng)，具有10/100 Mbps全/半雙工傳輸，自適應(yīng)功能，采用RJ45接口通過(guò)網(wǎng)線與MOXA工業(yè)交換機(jī)進(jìn)行連接，通過(guò)光纖與地面集控?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行連接；地表管理人員可經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)通過(guò)集控中心上位機(jī)對(duì)井下主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)速控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井下主扇風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

3 控制系統(tǒng)的主要功能

該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用上位機(jī)對(duì)主扇風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、顯示、報(bào)警及其他管理，其主要功能：

（1）遠(yuǎn)程啟、停、調(diào)速功能。系統(tǒng)按照預(yù)編程序可對(duì)主扇風(fēng)機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程啟?？刂疲⒏鶕?jù)井下生產(chǎn)情況，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)節(jié)能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（2）監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示功能。監(jiān)控界面可顯示以下參數(shù)：電機(jī)繞組溫度、軸承前后端溫度、風(fēng)量、風(fēng)壓、電氣參數(shù)（供電電壓、運(yùn)行電流、運(yùn)行頻率、有功功率、功率因數(shù)），并顯示故障檢測(cè)（變頻器故障，電機(jī)過(guò)流等）結(jié)果及處理（如：緊急停車或自動(dòng)重啟）情況。

（3）運(yùn)行曲線、報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能。通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)重要運(yùn)行參數(shù)生成趨勢(shì)曲線和數(shù)據(jù)報(bào)表，并提供查詢功能。各種報(bào)表參數(shù)均儲(chǔ)存在硬盤中，可隨時(shí)進(jìn)行報(bào)表打印，便于管理部門進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時(shí)掌控設(shè)備的運(yùn)行狀況（圖7）。

（4）視頻監(jiān)控功能。整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由-400 m主扇區(qū)域及-500 m主扇區(qū)域2部分組成，在各區(qū)域配置對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)及輔助控制箱，由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)及光電收發(fā)器，通過(guò)光纖傳輸至井上集控中心，通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)融入集控中心視頻管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控后臺(tái)對(duì)風(fēng)機(jī)站內(nèi)高壓柜、電控柜及主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，視頻監(jiān)控系統(tǒng)配置見(jiàn)圖8。

（5）主要保護(hù)功能。①由于井下主扇風(fēng)機(jī)每天24 h運(yùn)行不停歇，當(dāng)風(fēng)機(jī)軸承溫度、電機(jī)軸承溫度、電機(jī)定子溫度超出預(yù)編程序內(nèi)設(shè)置的保護(hù)值時(shí)啟動(dòng)超溫保護(hù)，可實(shí)現(xiàn)溫度超溫報(bào)警，根據(jù)溫度高低可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)［6］；②根據(jù)電機(jī)運(yùn)行情況，在電機(jī)水平方向和垂直方向安裝振動(dòng)傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)量電機(jī)水平方向和垂直方向的振動(dòng)情況，可保護(hù)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；③通過(guò)總電流監(jiān)視器，可及時(shí)檢測(cè)到輸出側(cè)的接地故障，并關(guān)斷接地中性線系統(tǒng)；④可檢測(cè)到輸出側(cè)的短路（變頻器輸出端子上、電機(jī)電纜中、電機(jī)接線盒內(nèi)等）保護(hù)，并關(guān)斷變頻器；⑤在超出過(guò)熱閾值時(shí)，首先發(fā)出一條報(bào)警消息，如果溫度繼續(xù)上升，變頻器就會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，或可以分別調(diào)整脈沖頻率或輸出電流，以降低熱負(fù)荷熱過(guò)載保護(hù)，故障消除之后（如改善冷卻）會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原始工作參數(shù)。

4 劉塘坊鐵礦應(yīng)用實(shí)例

4.1 劉塘坊鐵礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

劉塘坊鐵礦設(shè)計(jì)規(guī)模為生產(chǎn)原礦石150萬(wàn)t/a，開拓系統(tǒng)由主井、1#副井、2#副井和北風(fēng)井組成。設(shè)計(jì)礦井總風(fēng)量為218 m3/s，新鮮風(fēng)流從1#副井及2#副井進(jìn)入，首先經(jīng)過(guò)運(yùn)輸巷及穿脈巷，再通過(guò)人行通風(fēng)天井進(jìn)入采場(chǎng)，完成工作面的洗涮之后，污風(fēng)經(jīng)回風(fēng)天井到達(dá)回風(fēng)水平，最后由回風(fēng)井排出［7］。通風(fēng)系統(tǒng)采用多機(jī)站抽出式通風(fēng)，綜合考慮劉塘坊鐵礦壓力分布及采場(chǎng)通風(fēng)等實(shí)際情況，網(wǎng)路優(yōu)化計(jì)算設(shè)置井下通風(fēng)機(jī)及機(jī)站，選取風(fēng)機(jī)見(jiàn)表1。

劉塘坊鐵礦井下通風(fēng)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)按照上述設(shè)計(jì)建設(shè)，通過(guò)一段時(shí)間試運(yùn)行，井下通風(fēng)系統(tǒng)分區(qū)控制與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控見(jiàn)圖6、圖7。

4.2 實(shí)施效益分析

4.2.1 成本降低

（1）節(jié)約了電耗。根據(jù)礦井夏季冬季環(huán)境區(qū)別，按需調(diào)節(jié)風(fēng)量，合理調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，避免浪費(fèi)，每年可節(jié)電110萬(wàn)kW·h。

（2）減少了人力。實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”，設(shè)備自動(dòng)化程度提高，能做到更全面的保護(hù)和數(shù)據(jù)化，降低了故障率，減少了人員維護(hù)和檢修的工作量，實(shí)現(xiàn)了主扇風(fēng)機(jī)的無(wú)人值守［8］。

（3）節(jié)約了備件。通過(guò)降低風(fēng)機(jī)工作強(qiáng)度，可以延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命。因?yàn)樽冾l調(diào)速使得風(fēng)機(jī)在大部分工作時(shí)間都以較低速度運(yùn)行，從而大大降低了風(fēng)機(jī)工作機(jī)械強(qiáng)度和緩解了電氣沖擊，有利于延長(zhǎng)風(fēng)機(jī)的使用壽命，降低維修強(qiáng)度，節(jié)約風(fēng)機(jī)備件費(fèi)用。

4.2.2 設(shè)備管理提升

（1）設(shè)備綜合性能判定提升。上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)報(bào)表系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)并形成數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)曲線，設(shè)備管理人員可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的具體參數(shù)和曲線分析出設(shè)備的運(yùn)行狀況，結(jié)合精密點(diǎn)檢，可提前對(duì)設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合判定，以便提前做好備品備件計(jì)劃。

（2）雙重點(diǎn)巡檢體系，設(shè)備管理更加精細(xì)化。維修人員在現(xiàn)場(chǎng)可定期對(duì)風(fēng)門、風(fēng)機(jī)及電控設(shè)備進(jìn)行點(diǎn)巡檢，集控中心操作人員可通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)風(fēng)門、風(fēng)機(jī)各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)巡檢，可組成維修—集控雙重點(diǎn)巡檢體系，設(shè)備管理更加精細(xì)化。

（3）完善維護(hù)保養(yǎng)體系。通過(guò)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，設(shè)備管理人員可直觀地分析出設(shè)備的潤(rùn)滑周期及主要備件的更換時(shí)間，對(duì)風(fēng)門、風(fēng)機(jī)按時(shí)間合理進(jìn)行潤(rùn)滑及維護(hù)保養(yǎng)，避免過(guò)保養(yǎng)和欠保養(yǎng)。

4.2.3 系統(tǒng)的開放性

將井下通風(fēng)系統(tǒng)和井下有毒氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，在各風(fēng)機(jī)站及井下重點(diǎn)部位加裝CO濃度、NO2濃度監(jiān)測(cè)傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下風(fēng)機(jī)站及重點(diǎn)部位CO和NO2氣體濃度。若測(cè)量點(diǎn)CO和NO2氣體濃度超過(guò)報(bào)警值，對(duì)后臺(tái)進(jìn)行報(bào)警提示，此時(shí)自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程操作加大主扇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，井下風(fēng)速加快、風(fēng)量加大，有毒氣體可快速地排出，保證了井下施工作業(yè)環(huán)境的安全。

5 結(jié) 論

針對(duì)金屬礦山井下環(huán)境質(zhì)量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)技術(shù)研究分析，以劉塘坊鐵礦為例，建設(shè)井下主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)和風(fēng)門狀態(tài)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并穩(wěn)定運(yùn)行，得出如下結(jié)論：

（1）礦井實(shí)時(shí)調(diào)控通風(fēng)技術(shù)通過(guò)工控計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與傳輸、控制模塊、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控軟件等對(duì)全礦井下機(jī)站的風(fēng)機(jī)、風(fēng)門實(shí)行遠(yuǎn)程集中實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了按需供風(fēng)，從而保證穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)地向礦井連續(xù)輸送新鮮空氣，將粉塵和炮煙等有毒有害氣體稀釋并及時(shí)排至地表，改善了礦井內(nèi)的空氣條件，保護(hù)人員安全與健康。

（2）劉塘坊鐵礦實(shí)施了礦井主扇風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程控制改造方案后，通過(guò)變頻器變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)按生產(chǎn)需要從0～100%調(diào)節(jié)風(fēng)量，減少了不必要的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了變頻軟啟動(dòng)，避免了啟動(dòng)電流的沖擊，節(jié)約了通風(fēng)動(dòng)力成本，每年可節(jié)電110萬(wàn)kW·h。

（3）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有完善的監(jiān)控性能和很高的可靠性，提高了風(fēng)機(jī)的工作效率和使用壽命，采用集中控制可以有效地縮短操作時(shí)間和響應(yīng)時(shí)間，減少了檢修和維護(hù)的工作量，最終實(shí)現(xiàn)了井下主扇風(fēng)機(jī)的無(wú)人值守，使井下設(shè)備管理更精細(xì)化、精準(zhǔn)化，提高了礦山管理水平。