井下局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

岳 強(qiáng)

（汾西礦業(yè)南關(guān)煤業(yè)，山西 靈石 031300）

引言

煤巖開(kāi)采過(guò)程中受地質(zhì)構(gòu)造、粉塵、瓦斯、水等多種不利因素制約，而通風(fēng)是實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)的基礎(chǔ)[1-2]。通風(fēng)機(jī)常用于巷道掘進(jìn)、硐室供風(fēng)等，對(duì)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)提升局部供風(fēng)穩(wěn)定具有重要意義[3]?，F(xiàn)階段礦井局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)控普遍存在下述問(wèn)題[4-5]：局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)及監(jiān)控，存在一定的安全生產(chǎn)隱患；局部通風(fēng)機(jī)采用手動(dòng)調(diào)速是通過(guò)調(diào)整擋風(fēng)板開(kāi)度實(shí)現(xiàn)，不僅增加勞動(dòng)強(qiáng)度而且給作業(yè)人員工作安全帶來(lái)一定威脅；局部通風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于恒速運(yùn)行模式，運(yùn)行速度無(wú)法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自動(dòng)調(diào)整，存在增加通風(fēng)成本以及電能資源浪費(fèi)等問(wèn)題；部分局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)狀態(tài)、健康程度等監(jiān)測(cè)，存在一定誤判性。為此，文中對(duì)現(xiàn)階段礦井局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在問(wèn)題分析并結(jié)合以往研究成果，對(duì)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)展開(kāi)研究，以期提高局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性并提高井下生產(chǎn)安全保障能力。

1 礦井局部通風(fēng)機(jī)分析

山西某礦3605 運(yùn)輸巷采用綜掘方式掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)掘進(jìn)長(zhǎng)度1 280 m，斷面為矩形，凈面積20.5 m2，沿著6 號(hào)煤層底板掘進(jìn)。6 號(hào)煤層為礦井主采煤層，原始瓦斯含量為5.8 m3/t，自燃發(fā)火傾向性為II 類(lèi)，頂?shù)装鍘r性以穩(wěn)定的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主。巷道掘進(jìn)供風(fēng)采用FBD No.60.0 對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)由消聲部分、電動(dòng)機(jī)、集流器、二級(jí)風(fēng)機(jī)以及一級(jí)風(fēng)機(jī)等構(gòu)成，具有風(fēng)壓穩(wěn)定、工作效率高、耐磨性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)葉輪與電動(dòng)機(jī)間通過(guò)直聯(lián)方式連接，該局部通風(fēng)機(jī)具體性能參數(shù)見(jiàn)表1 所示。

表1 局部通風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

2 局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用的局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由傳感器系統(tǒng)、通信線路、變頻調(diào)速系統(tǒng)、上位機(jī)監(jiān)控PC 以及井下監(jiān)控分站等構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)采用各類(lèi)傳感器實(shí)現(xiàn)供風(fēng)點(diǎn)、局部通風(fēng)機(jī)位置溫度、瓦斯?jié)舛纫约帮L(fēng)速等監(jiān)測(cè)，并通過(guò)通信線路傳輸給控制分站、上位機(jī)監(jiān)控PC。上位機(jī)監(jiān)控PC 依據(jù)內(nèi)置的處理程序?qū)ΡO(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及井下環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。具體監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1 所示[6]。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用的傳感器類(lèi)型包括有振動(dòng)、設(shè)備啟停、風(fēng)速、風(fēng)壓、瓦斯?jié)舛纫约皽囟鹊葌鞲衅?，并將傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給控制分站。具體局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制分站設(shè)計(jì)為：

1）控制分站具備防爆、不間斷供電功能；

2）具備故障預(yù)警、井下通信組網(wǎng)以及瓦斯風(fēng)電閉鎖等功能；

3）可支持井下智能傳感器與分站聯(lián)動(dòng)；

4）可根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行主備風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換；

5）能夠?qū)崟r(shí)接收各位置傳感器監(jiān)測(cè)參數(shù)；

6）具備接收、轉(zhuǎn)換以及發(fā)送等功能，可向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備傳遞并發(fā)出相關(guān)控制指令；

7）具備USB、串行通信以及以太網(wǎng)通信等常用通信接口且具備初始化本機(jī)功能，在意外斷電時(shí)也可正常工作。

2.1 監(jiān)控分站硬件結(jié)構(gòu)

監(jiān)控分站硬件結(jié)構(gòu)包括有故障報(bào)警裝置、存儲(chǔ)裝置、傳感系統(tǒng)、輸入輸出模塊、JTAG 調(diào)試口、通信模塊以及主控制器等。故障報(bào)警裝置采用蜂鳴器以及LED 閃光燈作為信號(hào)源；傳感器系統(tǒng)包括振動(dòng)、瓦斯、風(fēng)速、溫度等傳感器；輸入輸出模塊用以對(duì)傳感器系統(tǒng)以及主控單元控制指令信號(hào)發(fā)送、接收；通信模塊包括CAN 總線、以太網(wǎng)（芯片為W5300 高性能芯片）、串行通信（通過(guò)MAX3232 平電轉(zhuǎn)換得到RS232 串行接口）以及USB 模塊接口（USB Host 接口以及USB Device 接口）等；主控制器型號(hào)為STM32F103VB 芯片，用以發(fā)送、接收控制指令。

監(jiān)控分站輸入輸出模塊布置有19 路DO、18 路DI、9 路AI。

數(shù)字量輸入共計(jì)19 路，現(xiàn)階段已使用的分別為：按鈕數(shù)字量輸入主要包括有遠(yuǎn)程遙控控制、就地控制以及檢修控制3 路，運(yùn)行返回?cái)?shù)字輸入包括掘進(jìn)頭電源合閘、局部通風(fēng)機(jī)故障、輔助通風(fēng)機(jī)開(kāi)停等6 路，保護(hù)數(shù)字輸入包括一氧化碳、瓦斯、風(fēng)電閉鎖等4 路。

數(shù)字量輸出共計(jì)18 路，現(xiàn)已使用的分別為：指示燈數(shù)字量輸出包括有故障、有點(diǎn)、運(yùn)行、遠(yuǎn)程遙控、就地控制、檢修控制等6 路，設(shè)備控制量輸出包括有掘進(jìn)頭電源復(fù)閘、掘進(jìn)頭電源復(fù)位、輔助通風(fēng)機(jī)停機(jī)等8 路，信號(hào)數(shù)字量輸出包括有風(fēng)電閉鎖、瓦斯信號(hào)輸出、風(fēng)量信號(hào)輸出等4 路；

模擬信量輸入共計(jì)9 路，現(xiàn)階段已使用的主要為傳感器模擬信號(hào)輸出，具體包括有一氧化碳（CO）、振動(dòng)、風(fēng)速、溫度等傳感器輸入，共計(jì)7 路。

2.2 傳感器系統(tǒng)

由于煤礦井下環(huán)境惡劣，存在有各種有毒有害氣體，因此選用的傳感器應(yīng)具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨率高、靈敏度強(qiáng)以及信噪比高等特點(diǎn)。具體3605 運(yùn)輸巷局部通風(fēng)機(jī)布置以及傳感器配置情況見(jiàn)圖2 所示。

圖2 3605 運(yùn)輸巷局部通風(fēng)機(jī)布置以及傳感器配置示意圖

為了提高傳感器監(jiān)測(cè)精度以及可靠性，文中對(duì)局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器型號(hào)進(jìn)行選型，具體確定的傳感器技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2 所示。

表2 傳感器技術(shù)參數(shù)

3 結(jié)語(yǔ)

局部通風(fēng)機(jī)高效平穩(wěn)運(yùn)行對(duì)礦井生產(chǎn)安全具有顯著意義。以3605 運(yùn)輸巷局部采用的FBD No.60.0對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，提出一種基于傳感器監(jiān)測(cè)、工業(yè)以太網(wǎng)以及地面上位機(jī)為核心的局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)控分站以及傳感器選型等進(jìn)行詳細(xì)闡述。

文中所提局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸精度高，監(jiān)控人員在地面即可實(shí)時(shí)掌握3605 運(yùn)輸巷內(nèi)環(huán)境參數(shù)以及局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況，當(dāng)井下環(huán)境或局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)異常時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警信息，從而達(dá)到提高局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性以及穩(wěn)定性目的。