大運華盛莊旺煤業(yè)礦井通風控制系統(tǒng)的優(yōu)化分析

劉榮卿

(山西寧武大運華盛能源集團莊旺煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036000)

華盛莊旺煤業(yè)屬于低瓦斯礦井，礦井的范圍大、井下風機數(shù)量多，其運行的穩(wěn)定性和可靠性直接關系到井下綜采作業(yè)人員的人身安全。目前井下通風系統(tǒng)采用了“三專兩閉鎖”的管理模式，通風系統(tǒng)、礦井供電系統(tǒng)均處于獨立工作的狀態(tài)，而且各個區(qū)域的通風機分散度高，無法進行集中的控制，因此為了確保通風安全，只能在每個區(qū)域內配置專業(yè)的風機運行狀態(tài)監(jiān)控和維護人員，便于及時處理風機運行故障，確保風機運行安全。據(jù)統(tǒng)計整個華盛莊煤業(yè)的風機運行狀態(tài)看護人員數(shù)量高達156人，不僅人員數(shù)量多而且人工對風機運行狀態(tài)進行監(jiān)控的方案效率低、可靠性差，無法滿足井下通風安全的需求。

為了解決以上問題，提升通風系統(tǒng)的智能化和自動化水平，開發(fā)了一套新的礦井通風控制系統(tǒng)，將地面控制中心、變電所和各個風機進行聯(lián)動控制，實現(xiàn)了整個礦區(qū)風機運行狀態(tài)的自動監(jiān)測、智能報警和聯(lián)動調控，極大地提升了通風系統(tǒng)的運行安全。根據(jù)實際應用表明該系統(tǒng)能夠將井下巡查人員數(shù)量降低67%，將風機運行故障率降低87.6%，為實現(xiàn)通風系統(tǒng)的智能控制奠定了基礎，具有極大的應用推廣價值。

1 礦井通風控制系統(tǒng)

根據(jù)煤礦井下的實際情況，要求該通風控制系統(tǒng)具有以下功能[1]：

1) 能夠實現(xiàn)對井下風量、風速、瓦斯?jié)舛取⒎蹓m濃度的智能監(jiān)測；

2) 能夠實現(xiàn)對各個風機運行轉速、振動情況和風機溫度的智能監(jiān)測；

3) 能實現(xiàn)遠程信息交互和控制，滿足遠距離對通風機運行狀態(tài)進行調整的需求；

4) 系統(tǒng)能夠自動實現(xiàn)漏電監(jiān)測、閉鎖試驗監(jiān)測等，當監(jiān)測到運行故障信號后能夠自動對故障位置進行定位和分析，將故障結果傳遞給地面控制中心，幫助操作人員能夠進行故障的快速定位和解決。根據(jù)以上需求，華盛莊煤業(yè)所提出的新的礦井通風控制系統(tǒng)的整體結構，如第98頁圖1所示。

由圖1可知，華盛莊煤業(yè)礦井通風控制系統(tǒng)整體結構包括了地面控制中心、井下變電所以及井下風機組三個部分，地面控制中心主要用于顯示井下各通風機的運行狀態(tài)，便于監(jiān)控人員能夠第一時間掌握相關信息，同時該控制中心還能夠通過控制終端向對應的風機發(fā)出運行調節(jié)指令，滿足遠程人工干預控制需求。井下變電所控制中心主要是匯總煤礦井下所有風機的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析后傳遞到計算機中心，實現(xiàn)對通風機監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中控制和采集。井下風機組是整個礦井通風控制系統(tǒng)的基礎，主要是對風機的運行狀態(tài)和井下環(huán)境狀況進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果自動實現(xiàn)對區(qū)域內通風情況的智能調整。

2 通風系統(tǒng)供電結構優(yōu)化

為了滿足礦井通風系統(tǒng)集中供電和控制的需求，華盛莊煤業(yè)對采區(qū)的供電系統(tǒng)進行了優(yōu)化，將區(qū)域內變電所的專用高壓配線裝置轉移到風機配電點1回專用移動變電站和2回專用移動變電站處[2]。在采區(qū)內布置一個監(jiān)控計算機，通過RS485通信協(xié)議和標準通信接口將區(qū)域內所有設備進行連接，滿足集中供電和集中數(shù)據(jù)采集分析的需求。實現(xiàn)對供電系統(tǒng)故障的及時預警和故障分析，優(yōu)化后的通風系統(tǒng)供電結構，如圖2所示。

圖1 礦井通風控制系統(tǒng)結構示意圖

圖2 通風系統(tǒng)供電系統(tǒng)布置結構示意圖

3 礦井通信系統(tǒng)結構優(yōu)化

為了滿足礦井通風系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，華盛莊煤業(yè)對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行了升級，將各類傳感器設備利用通信電纜進行連接，其控制方式采用RS485通信協(xié)議，在各個采區(qū)內分布的控制器則利用光纖進行連接和數(shù)據(jù)通信，滿足數(shù)據(jù)傳輸效率和安全性的需求[3]，優(yōu)化后的礦井通信系統(tǒng)結構，如圖3所示。

由圖3可知，在該通信系統(tǒng)中，當傳感器設備對風機和電網(wǎng)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行采集分析后，將其傳輸?shù)酵ㄐ沤泳€盒內進行數(shù)據(jù)信號轉換，轉換完成后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡鋬染o湊存儲，并通過光纖傳遞給交換機，進行數(shù)據(jù)信號的二次交換，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲{度中心內，滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院桶踩孕枨蟆?/p>

圖3 礦井通風系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信結構示意圖

該數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和老系統(tǒng)相比，優(yōu)點在于采用了總線控制和模塊化組合的思想，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)根據(jù)井下的實際風機分布來進行靈活布置，同時能夠最大限度地利用井下現(xiàn)有的通信光纜，降低通信系統(tǒng)的改造難度。

4 礦井通風系統(tǒng)應急預案

通過對礦井通風系統(tǒng)運行情況的分析，其最常見的故障為主回路斷電故障[4]，一旦發(fā)生將導致整個通風系統(tǒng)的運行失效，因此為了滿足在緊急情況下的通風安全需求，華盛莊煤業(yè)提前設置了礦井通風系統(tǒng)應急預案。

主回路斷電應急預案，根據(jù)礦井通風供電系統(tǒng)結構，在正常情況下兩組風機的運行由開關AI和BI控制，若1回路出現(xiàn)故障斷電，則系統(tǒng)自動對開關AII進行合閘，確?；芈?上風機的正常運行，此時監(jiān)控系統(tǒng)將顯示回路1故障并持續(xù)發(fā)出語音報警，提醒巡查人員及時處理。

5 優(yōu)化效果分析

該系統(tǒng)研制成功后，華盛莊煤業(yè)對礦井通風、供電控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化，實現(xiàn)了對地面控制中心、礦井變電所以及井下風機進行集中監(jiān)測和集中控制，根據(jù)對優(yōu)化前后的應用情況對比，優(yōu)化后井下風機管理人員的數(shù)量由156人降低到了目前的52人，人員數(shù)量減少了66.7%，礦井通風系統(tǒng)的故障數(shù)量由最初的16次/月降低到了目前的1.98次/月，平均降低了87.6%，顯著地提升了礦井通風安全性。

6 結語

針對華盛莊煤業(yè)礦井通風系統(tǒng)風機分散無法進行集中控制、人員巡查效率低、可靠性差的不足，提出了一種新的礦井通風控制系統(tǒng)，對該通風系統(tǒng)的結構、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的優(yōu)化方案進行了分析，根據(jù)實際應用表明：

1) 礦井通風系統(tǒng)應具有自動監(jiān)測、故障識別、故障定位和遠程控制功能；

2) 礦井通風控制系統(tǒng)整體結構包括了地面控制中心、井下變電所以及井下風機組三個部分，能夠根據(jù)監(jiān)測結果自動實現(xiàn)對區(qū)域內通風情況的智能調整；

3) 該系統(tǒng)能夠將井下巡查人員數(shù)量降低67%，將風機運行故障率降低87.6%，為實現(xiàn)通風系統(tǒng)的智能控制奠定了基礎，具有極大的應用推廣價值。