礦用局部通風(fēng)機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

阮夢潔

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司，山西 大同 037031）

引言

局部通風(fēng)機(jī)是煤礦重要通風(fēng)設(shè)備，巷道掘進(jìn)過程中通過局部通風(fēng)機(jī)對(duì)巷道迎頭進(jìn)行供風(fēng)，從而排除工作面有害氣體以及粉塵，以及提供新鮮風(fēng)流，礦用局部通風(fēng)機(jī)對(duì)巷道掘進(jìn)安全起著重要作用；所以為了保證局部通風(fēng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)故障現(xiàn)象，在局部通風(fēng)機(jī)上安裝一套監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行檢查，但是傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)無法對(duì)井下狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)無法及時(shí)發(fā)出警報(bào)，造成預(yù)警系統(tǒng)延誤現(xiàn)象，很容易出現(xiàn)煤礦重大安全事故。

1 白洞礦局部通風(fēng)機(jī)應(yīng)用情況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司井下目前回采301 盤區(qū)5 號(hào)煤層，該盤區(qū)共計(jì)布置1 個(gè)綜采工作面，2 個(gè)掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)巷道掘進(jìn)過程中主要采用FBD 型局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行供風(fēng)，風(fēng)機(jī)功率為55 kW，風(fēng)筒直徑為1.0 m，供風(fēng)量為395 m3/min 局部通風(fēng)機(jī)配套設(shè)施主要由400 A 風(fēng)機(jī)開關(guān)一臺(tái)、兩臺(tái)專用變壓器（660 V）、風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)以及附屬電纜等[1-2]；傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要分為監(jiān)測基站、風(fēng)筒傳感器、氣體傳感器等部分組成；傳統(tǒng)在線監(jiān)控系統(tǒng)主要對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況以及工作面氣體濃度進(jìn)行檢測；但是該系統(tǒng)監(jiān)測范圍有限，當(dāng)局部通風(fēng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)故障如電機(jī)發(fā)熱、電機(jī)抖動(dòng)無法實(shí)時(shí)畫面監(jiān)測，同時(shí)無法調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)風(fēng)量及風(fēng)壓；監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化水平低、無法對(duì)局部通風(fēng)全方位進(jìn)行監(jiān)測，制約著工作面安全高效掘進(jìn)；對(duì)此，白洞礦通過技術(shù)研究，對(duì)原井下局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，安裝了一套可視化局部通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)控系統(tǒng)。

2 風(fēng)機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

2.1 可視化監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

礦用局部通風(fēng)機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)主要由可視監(jiān)控裝置、在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置、報(bào)警裝置以及監(jiān)視器四大部分組成，如圖1 所示。

圖1 局部通風(fēng)機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)安裝示意圖

1）可視監(jiān)控裝置：該裝置主要由攝像頭、存儲(chǔ)器、無線信號(hào)接收發(fā)器等部分組成，攝像頭主要安裝在局部通風(fēng)內(nèi)部電機(jī)與風(fēng)機(jī)殼之間，主要檢測電機(jī)運(yùn)行情況；存儲(chǔ)器主要對(duì)攝像頭監(jiān)測畫面數(shù)據(jù)上傳儲(chǔ)存，內(nèi)存為300 G，存儲(chǔ)時(shí)間為7 d；無線信號(hào)接收發(fā)器主要對(duì)收集數(shù)據(jù)無線傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)。

2）在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置：在線監(jiān)控裝置主要分為內(nèi)部和外部監(jiān)控裝置，內(nèi)部監(jiān)控裝置主要安裝通風(fēng)管道壁上，成環(huán)形結(jié)構(gòu)，主要由風(fēng)速傳感器、風(fēng)量傳感器以及風(fēng)壓傳感器等部分組成；外部監(jiān)控裝置通過螺栓安裝在管道外壁上，該裝置主要由甲烷傳感器、一氧化碳傳感器等部分組成。在線監(jiān)測裝置內(nèi)安裝無線數(shù)據(jù)接收模塊，主要由于數(shù)據(jù)接收以及傳送等[3]。

3）監(jiān)視器：監(jiān)視器由中控屏、操控平臺(tái)組成，中控屏主要對(duì)攝像頭采集的畫面以及傳感器接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，便于操作人員參閱；操控平臺(tái)主要便于操作人員對(duì)監(jiān)控裝置參數(shù)設(shè)定以及數(shù)據(jù)記錄查詢等。

4）報(bào)警裝置：報(bào)警裝置分別與可視化監(jiān)控裝置以及在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置連接，報(bào)警裝置一旦監(jiān)測到局部通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，地面監(jiān)控系統(tǒng)以及井下監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)。

2.2 可視化監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

1）可視化監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用過程中首先將可視化監(jiān)控裝置、數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置、報(bào)警裝置分別安裝在風(fēng)機(jī)電機(jī)以及通風(fēng)管道處，將監(jiān)視器通過數(shù)據(jù)電纜與地面監(jiān)控中心監(jiān)視器連接。

2）正常運(yùn)行過程中通過監(jiān)控裝置中的攝像頭對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，操作人員根據(jù)監(jiān)控的畫面判斷風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況，由于井下光線昏暗，為了提高監(jiān)控畫面質(zhì)量，攝像頭自帶調(diào)節(jié)照明燈，根據(jù)攝像地面光線情況，自動(dòng)調(diào)節(jié)照明燈亮度。

3）通過在線監(jiān)測裝置可實(shí)時(shí)監(jiān)測局部通風(fēng)供風(fēng)情況，如供風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓等，以及通風(fēng)區(qū)域內(nèi)甲烷、一氧化碳等氣體濃度情況，一旦局部通風(fēng)機(jī)發(fā)生異常時(shí)，監(jiān)測系統(tǒng)中報(bào)警裝置可及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析及系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

3.1 應(yīng)用效果分析

截至2021 年7 月通過4 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用并與2204 巷進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，2204 巷在掘進(jìn)過程中共計(jì)發(fā)生3 起通風(fēng)機(jī)故障，1 起為風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承斷裂故障，2 起為風(fēng)量過大導(dǎo)致風(fēng)筒撕裂故障，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)未達(dá)到有效監(jiān)控的作用并未及時(shí)發(fā)出警報(bào)，導(dǎo)致故障17 min 后才安排工作面撤人，造成工作面內(nèi)瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)2.1%；而5201 巷在后期掘進(jìn)過程中發(fā)生兩起故障，一起為風(fēng)機(jī)切換失效，另一起為風(fēng)機(jī)電機(jī)溫度高，兩起故障發(fā)生后2 min 內(nèi)，可視化監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)將故障源反饋至地面，并發(fā)出警報(bào)，10 min內(nèi)檢修人員及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場并處理故障，保證工作面正常通風(fēng)，工作面內(nèi)未出現(xiàn)因風(fēng)機(jī)故障出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）提高自動(dòng)化水平：局部通風(fēng)機(jī)可視化監(jiān)控系統(tǒng)通過可視化監(jiān)控裝置實(shí)時(shí)將局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況以視頻畫面的形式上傳地面控制時(shí)內(nèi)，便于操作人員直觀地分析風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)故障情況，從而提高了檢修效率；同時(shí)利用在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置實(shí)時(shí)將局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、風(fēng)量、風(fēng)壓以及有害氣體濃度等上傳至地面，大大提高了局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部通風(fēng)機(jī)的全面監(jiān)控的目的。

2）提高風(fēng)機(jī)監(jiān)控效果：可視化監(jiān)控系統(tǒng)通過可視化監(jiān)控裝置提供局部通風(fēng)運(yùn)行視頻畫面，通過數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置提供風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，通過報(bào)警裝置對(duì)風(fēng)機(jī)故障實(shí)時(shí)報(bào)警，從而大大提高了局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控效果，降低了因風(fēng)機(jī)故障導(dǎo)致工作面有害氣體超限現(xiàn)象。

3）報(bào)警動(dòng)作靈敏：該系統(tǒng)中安裝了多個(gè)報(bào)警裝置，主要對(duì)風(fēng)機(jī)故障、瓦斯等有害氣體超限等進(jìn)行報(bào)警，可及時(shí)提醒工作面檢修人員及時(shí)排除故障，解決了因巷道延伸長，風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后不能及時(shí)告知作業(yè)人員、作業(yè)人員不能及時(shí)撤出工作面等技術(shù)難題。

4 結(jié)論

1）可視化監(jiān)控系統(tǒng)可準(zhǔn)確地對(duì)井下局部通風(fēng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生故障及時(shí)警報(bào)，并對(duì)故障信號(hào)間收集、分析、處理以及上傳等。

2）可視化在線監(jiān)控系統(tǒng)功能齊全、保護(hù)動(dòng)作靈敏可靠且各項(xiàng)監(jiān)控性能安全穩(wěn)定，與傳統(tǒng)監(jiān)控自動(dòng)相比自動(dòng)化水平高，大大提高了風(fēng)機(jī)監(jiān)控效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)局部通風(fēng)機(jī)全方位、多項(xiàng)目監(jiān)控，降低了風(fēng)機(jī)故障率。

3）局部通風(fēng)機(jī)安裝可視化監(jiān)控系統(tǒng)后，為局部通風(fēng)機(jī)檢修維護(hù)、配件更換以及潤滑緊固等作業(yè)提供了有力得數(shù)據(jù)依據(jù)，從而大大提高了局部通風(fēng)機(jī)維護(hù)效率及檢修質(zhì)量。