煤礦井下風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究

張利忠

（華陽集團(tuán)山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 晉中 045400）

引言

煤炭開采時受到瓦斯涌出、冒頂、粉塵等多種不安全因素制約，給礦井生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，如何避免井下出現(xiàn)安全事故是煤炭回采時首先需要解決的問題[1-2]。近些年來，隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提升，煤炭開采量隨之加大，井下通風(fēng)路線長度顯著增加，通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，井下布置的通風(fēng)設(shè)施數(shù)量也不斷增多[3-5]。風(fēng)門是井下常用的通風(fēng)設(shè)施，在風(fēng)量調(diào)節(jié)中起到顯著作用。由于風(fēng)門兩側(cè)存在有壓差，風(fēng)門漏風(fēng)會降低通風(fēng)設(shè)施應(yīng)用效果甚至?xí)?dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)短路，給井下生產(chǎn)安全帶來顯著威脅[6-7]。為此，提出一種井下風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，以期能提高風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測自動化水平，并提高井下通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。

1 風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.1 監(jiān)測原理

現(xiàn)階段風(fēng)門漏風(fēng)常用的監(jiān)測方法包括示蹤氣體法、風(fēng)表直接測定法、風(fēng)阻法等，針對山西某礦井下實(shí)際情況，并綜合不同漏風(fēng)測定方法測定特點(diǎn)，提出采用壓差法對風(fēng)門漏風(fēng)情況進(jìn)行測定。在風(fēng)門兩側(cè)位置各布置一個風(fēng)壓傳感器，具體布置見圖1。將壓力傳感器高、低壓口分別布置在風(fēng)門兩側(cè)，當(dāng)測定的風(fēng)壓差值超過預(yù)先設(shè)定閾值后，則判定風(fēng)門存在漏風(fēng)，則漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)出漏風(fēng)警報(bào)，提醒工作人員及時前去處理；當(dāng)測定風(fēng)壓在閾值內(nèi)時，則監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。

圖1 風(fēng)壓傳感器布置示意圖

1.2 風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括有數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、信號處理模塊以及信息通信模塊等，其中信息通信采用RS485 方式，并預(yù)留有無線通信接口。在風(fēng)門內(nèi)布置的風(fēng)壓傳感器外殼采用結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬的鋁合金保護(hù)，主要結(jié)構(gòu)為OEM硅壓阻式差壓芯體，高、低壓接口采用旋塞以及M10 螺紋結(jié)構(gòu)。具體風(fēng)壓傳感器接線方式見圖2 所示。

圖2 風(fēng)壓傳感器接線方式

2 風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分析

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)概況

山西某礦生產(chǎn)能力為180 萬t的現(xiàn)代化礦井，通風(fēng)方式為中央并列式，在回風(fēng)井布置的2 臺型號均為FBCNo26.5/1600的主要通風(fēng)機(jī)，配合使用的電動機(jī)功率為1 400 kW。隨著礦井開采范圍的不斷增加，現(xiàn)階段井下布置有多處風(fēng)門，但是由于某些風(fēng)門未能及時進(jìn)行修整，導(dǎo)致漏風(fēng)量較大，從而使得礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作效率較低。若采用人工測量方式對風(fēng)門是否漏風(fēng)進(jìn)行測定，不僅需要耗費(fèi)大量的人力而且時間耗時較長。為此，礦井提出采用風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)對風(fēng)門是否漏風(fēng)進(jìn)行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果提出風(fēng)門修整技術(shù)措施。

2.2 風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備配置

根據(jù)井下風(fēng)門布置情況以及對通風(fēng)系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性影響程度，決定在現(xiàn)階段主采區(qū)內(nèi)的風(fēng)門布置漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，從而降低生產(chǎn)投入。現(xiàn)階段礦井生產(chǎn)集中在五采區(qū)，采區(qū)內(nèi)共有車場聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)門、3個聯(lián)絡(luò)巷（1 號至3 號）風(fēng)門等4 個風(fēng)門。在風(fēng)門內(nèi)布置風(fēng)壓傳感器可實(shí)時對風(fēng)門兩側(cè)風(fēng)壓差進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果傳輸至地面通風(fēng)部以及監(jiān)控中心。當(dāng)風(fēng)門正常工作面時，風(fēng)門兩側(cè)風(fēng)壓壓差處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，一旦風(fēng)門出現(xiàn)較為明顯的漏風(fēng)時，則風(fēng)門內(nèi)外壓差出會降低，當(dāng)降低幅度超過設(shè)定閾值時，表明風(fēng)門漏風(fēng)量較大，此時風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)出警報(bào)信號。井下漏風(fēng)風(fēng)門位置、地面監(jiān)控中心以及通風(fēng)部均會收到報(bào)警信息，從而實(shí)現(xiàn)對重要風(fēng)門漏風(fēng)情況的實(shí)時監(jiān)測。

2.3 風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)安裝

在五采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置一臺PLC 控制器，用以對采區(qū)內(nèi)布置的4 臺風(fēng)壓傳感器監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸及處理。PLC 采集到的風(fēng)壓傳感器監(jiān)測結(jié)果通過井下布置的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)傳輸至地表。

風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)工作精準(zhǔn)性的關(guān)鍵在于風(fēng)壓傳感器工作精度。因此，為了降低風(fēng)壓傳感器測定結(jié)果誤差，在風(fēng)壓傳感器高、低壓接口連接的膠皮管高低應(yīng)確保一直，安裝完成后應(yīng)定期對風(fēng)壓傳感器進(jìn)行校核并檢查膠皮管是否出現(xiàn)破損，確保監(jiān)測設(shè)備可以平穩(wěn)運(yùn)行。在風(fēng)門位置布置的風(fēng)壓傳感器應(yīng)按下述要求安裝：在風(fēng)壓傳感器安裝之前采用遙控器對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)零處理；風(fēng)壓傳感器應(yīng)垂直布置，同時安裝時應(yīng)避免受到振動或者強(qiáng)烈沖擊影響；風(fēng)壓傳感器布置在位置牢靠，頂板無淋水、完好，并且附近圍巖無變形位置。

2.4 應(yīng)用效果分析

在井下五采區(qū)進(jìn)主要風(fēng)門布置風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)后對系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行考察分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對主要聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)門實(shí)時在線監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到風(fēng)門兩側(cè)壓差小于設(shè)定閾值后，即會發(fā)出預(yù)警信息，礦井多次發(fā)現(xiàn)五采區(qū)風(fēng)門嚴(yán)重漏風(fēng)情況，后通過采取緊急應(yīng)對措施后，風(fēng)門漏風(fēng)情況得以顯著改善，可見在一定程度上提升了礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

1）采用風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)壓傳感器對風(fēng)門兩側(cè)風(fēng)壓值進(jìn)行測定，當(dāng)監(jiān)測到風(fēng)門兩側(cè)風(fēng)壓壓差小于設(shè)定閾值時，則該系統(tǒng)會發(fā)出預(yù)警信息，表示監(jiān)測位置的風(fēng)門存在漏風(fēng)。

2）在山西某礦應(yīng)用該風(fēng)門監(jiān)測系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了對主要風(fēng)門漏風(fēng)監(jiān)測，從而提升了礦井有效風(fēng)量率。現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)礦井有效風(fēng)量率由86.2%提升至92.5%，井下通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)阻力有2 189 Pa 降低至1 823 Pa，取得顯著的應(yīng)用效果。