煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

黃 偉

（山西長治經(jīng)坊莊子河煤業(yè)有限公司，山西 長治 047101）

作為通風(fēng)系統(tǒng)中重要的通風(fēng)設(shè)施，煤礦開采的安全推進(jìn)需要通風(fēng)機(jī)予以保障。但在傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)中，通風(fēng)機(jī)往往是獨立監(jiān)控模式，無法滿足遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)、風(fēng)門的需求，調(diào)整通風(fēng)機(jī)吸風(fēng)量也相對困難。一旦通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障，無法遠(yuǎn)程進(jìn)行檢修，對整體通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生阻礙。為此，需要開展通風(fēng)機(jī)技術(shù)研究工作，設(shè)計通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，并應(yīng)用于實際煤礦開采作業(yè)中。通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)借助PLC 技術(shù)，將多元化的信息高效處理，通過安裝在煤礦各位置的傳感器收集對應(yīng)數(shù)據(jù)信息，通過遠(yuǎn)程操控電腦控制煤礦通風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)通風(fēng)機(jī)控制自動化的目標(biāo)。

1 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國煤礦安全事故的主要發(fā)生原因就是通風(fēng)管理存在問題，導(dǎo)致煤礦內(nèi)瓦斯、煤塵濃度過高。為此，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定了應(yīng)當(dāng)用一備一的模式使用煤礦通風(fēng)機(jī)。但在實際作業(yè)中，沒有發(fā)揮出備用煤礦通風(fēng)機(jī)和備用供電系統(tǒng)的作用。冷備用是煤礦通風(fēng)機(jī)主要的方式，但冷備用的啟動和掛網(wǎng)情況比較復(fù)雜，所以在倒機(jī)時風(fēng)險性較高；單母線分段運(yùn)行是供電系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式，在出現(xiàn)電源問題時，切換供電電源的操作比較復(fù)雜，并且依賴人工完成，很難第一時間合閘，通風(fēng)事故的影響進(jìn)一步擴(kuò)大。

1.1 煤礦通風(fēng)機(jī)不停風(fēng)倒機(jī)

在高瓦斯礦井的作業(yè)環(huán)節(jié)，通風(fēng)機(jī)停機(jī)倒機(jī)會導(dǎo)致礦井內(nèi)瓦斯含量過高，阻礙煤礦的安全生產(chǎn)?？梢栽谕＾D(zhuǎn)煤礦通風(fēng)機(jī)之前，先啟用備用通風(fēng)機(jī)，用熱備用降低不確定性。在備用通風(fēng)機(jī)啟動之后，利用風(fēng)門切換風(fēng)路，在更短時間內(nèi)，借助風(fēng)路的切換，讓通風(fēng)機(jī)能夠在不停風(fēng)的狀態(tài)下實現(xiàn)倒機(jī)需求。立足于現(xiàn)下實際情況，想要在備用通風(fēng)機(jī)前啟動主通風(fēng)機(jī)，面臨一定的困難和阻礙，所以改造煤礦通風(fēng)機(jī)風(fēng)道勢在必行。圖1、圖2為煤礦通風(fēng)機(jī)改造前及改造后的通風(fēng)回路，通過合理改造提高了通風(fēng)機(jī)倒機(jī)成功率，并且有效縮短了倒機(jī)時間，在通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障的情況下，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)還可以實現(xiàn)自動化操作[1]。

圖1 通風(fēng)機(jī)改造前通風(fēng)回路

圖2 通風(fēng)機(jī)改造后通風(fēng)回路

1.2 高性能自密式旋葉風(fēng)門

傳統(tǒng)的鋼絲提拉無法滿足閘板開閉的具體要求，尤其是在帶有風(fēng)阻的情況下，承受的壓力相對較大，容易出現(xiàn)卡死等問題，無形中增添了安全隱患。在此情況下，自密式旋葉風(fēng)門也自然而然出現(xiàn)。不同于傳統(tǒng)的閘板風(fēng)門，自密式旋葉風(fēng)門選擇了多組葉片代替閘板的作用，多組葉片的開合與關(guān)閉更加安全也更加方便，滿足了大多數(shù)風(fēng)門開合的需求。在切換速度領(lǐng)域，自密式旋葉風(fēng)門的優(yōu)勢也比較明顯，并且相較于閘板風(fēng)門，承受的風(fēng)阻相對較小。

1.3 通風(fēng)機(jī)供電安全水平的提升

雙回路供電，單母線分段運(yùn)行是煤礦通風(fēng)機(jī)主要的供電系統(tǒng)，但該系統(tǒng)仍然存在一定的安全隱患。可以通過高壓快切裝置實現(xiàn)備用電源的迅速切換，在電源出現(xiàn)故障時保障煤礦通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，降低電流產(chǎn)生的沖擊，提高煤礦生產(chǎn)的安全性。在電動機(jī)電源進(jìn)線，導(dǎo)致母線失電時，由于受到慣性的影響，電動機(jī)會繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并形成殘壓。為此，需要降低母線殘壓對電網(wǎng)的沖擊，控制停電事故產(chǎn)生的影響。首先，在失電發(fā)生的第一時間，通過高壓快切裝置檢測母線殘壓與備用電源的相位角，在差度不大的情況下，迅速實現(xiàn)切換，降低對煤礦通風(fēng)機(jī)的沖擊；其次，在快速切換區(qū)域時機(jī)措施的情況下，高壓快切裝置可以實現(xiàn)同相位角的切換，降低對主要通風(fēng)機(jī)和電源的影響；最后，在上述兩個時機(jī)都失去的前提下，在母線殘壓降低到40%以下時，高壓快切裝置可以進(jìn)行投切，相較于冷備用啟動更加穩(wěn)定[2]。

1.4 通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)存在的不足

在一般情況下，煤礦通風(fēng)機(jī)的位置比較偏僻，距離調(diào)度室有不小的距離，即使接入局域網(wǎng)，也僅能在調(diào)度室和現(xiàn)場獲取實時數(shù)據(jù)。作為安全管理人員及領(lǐng)導(dǎo)者，如果沒有第一時間出現(xiàn)在辦公場地，就無法了解實時數(shù)據(jù)和信息。在煤礦出現(xiàn)安全事故時，無法及時作出科學(xué)決策，也不能第一時間有效控制與解決。

2 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與功能

2.1 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

PLC和PC端是控制變頻通風(fēng)機(jī)的必備要素，也是煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。借助安裝在煤礦開采點和通風(fēng)機(jī)上的傳感器，及時獲取相關(guān)信息、數(shù)據(jù)與參數(shù)，通過PLC 進(jìn)行有效處理與模擬。通過合理的煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，對電機(jī)頻率的調(diào)節(jié)更加靈活方便，也能遠(yuǎn)程控制通風(fēng)機(jī)風(fēng)門的開關(guān)，滿足了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)及煤礦開采的多樣化需求，發(fā)揮了煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)真正的價值。

2.2 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.2.1 開閉風(fēng)門

一般而言，煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)都有配備的操作軟件，方便工作人員控制風(fēng)門的開關(guān)。在軟件中點擊開關(guān)按鈕，遠(yuǎn)程就可以控制通風(fēng)機(jī)風(fēng)門的閉合，提高了操作的便捷度。將位置感應(yīng)器安裝在井下風(fēng)門中，所以對風(fēng)門的開啟位置也可以實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。在風(fēng)門開啟或關(guān)閉到設(shè)定的位置時，就會第一時間給予反饋，并停止繼續(xù)開閉[3]。

2.2.2 防爆門閉鎖

在反風(fēng)時，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及風(fēng)流會受到慣性影響，持續(xù)運(yùn)行一段時間，需要等電機(jī)完全停止之后，才能實現(xiàn)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，否則由于過大的負(fù)荷，會對風(fēng)機(jī)產(chǎn)生一定損壞，甚至出現(xiàn)跳閘等問題。所以，需要設(shè)置好相應(yīng)的延長時間，反風(fēng)需要在電機(jī)完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)后才能實施。

2.2.3 電機(jī)變量的實時監(jiān)測

在通風(fēng)機(jī)電機(jī)上安裝好溫度傳感器，借助PLC 掌控電機(jī)的運(yùn)行溫度，在溫度異常時第一時間分析與處理。在大屏幕中顯示風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)速等信息，用更加直觀的形式顯示出來。此外，借助遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，還可以顯示電機(jī)軸承、一氧化碳濃度等多項參數(shù)和信息，全方位開展對風(fēng)機(jī)電機(jī)的監(jiān)測，在發(fā)生異常的第一時間獲取信息，采取有效措施及時處理，降低煤礦生產(chǎn)的安全隱患。

3 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在溫度報警中的應(yīng)用

隨著通風(fēng)機(jī)的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度也會逐漸上升，一旦通風(fēng)機(jī)的溫度到達(dá)一定閾值，就容易影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低煤礦通風(fēng)質(zhì)量，導(dǎo)致礦井內(nèi)煤塵及瓦斯超標(biāo)，不僅阻礙煤礦生產(chǎn)的有序進(jìn)行，也會威脅開采人員的生命安全。所以，需要煤礦企業(yè)將煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)合理運(yùn)用，及時監(jiān)測煤礦通風(fēng)機(jī)的各部件溫度，在煤礦通風(fēng)機(jī)軸承、液壓站的溫度逐漸上升，甚至影響到通風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的情況下，就需要合理開展降溫工作，保障煤礦通風(fēng)質(zhì)量，確保煤礦內(nèi)瓦斯、煤塵濃度在安全范圍內(nèi)，保障煤礦開采人員的生命安全，以及煤礦通風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。一般而言，將煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于溫度報警環(huán)節(jié)，需要從兩方面采取措施。

第一，作為煤礦企業(yè)的管理者，以及煤礦開采工作人員，對通風(fēng)機(jī)的硬件設(shè)備要學(xué)會合理應(yīng)用。將傳感器安裝在礦井的各個開采測試點當(dāng)中，在全面監(jiān)控礦井溫度的基礎(chǔ)上，也有效排查傳感器故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不實問題，從根本上保障煤礦通風(fēng)的安全性。

第二，作為煤礦企業(yè)的技術(shù)人員，對通風(fēng)機(jī)的程序設(shè)計也要保持高度關(guān)注，合理判斷與分析通風(fēng)機(jī)的液壓站及潤滑站溫度，結(jié)合傳感器傳遞的信號，分析出具體溫度數(shù)值，排除各種干擾因素和故障信息，保障對煤礦通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的全方位監(jiān)控。此外，作為煤礦企業(yè)的技術(shù)人員，也要控制好煤礦通風(fēng)機(jī)以及電機(jī)的軸承溫度，將溫度報警系統(tǒng)安裝在通風(fēng)機(jī)和電機(jī)的軸承中，在溫度出現(xiàn)異常的第一時間，將信號傳遞給技術(shù)人員，第一時間考察現(xiàn)場實際情況，找出存在的安全隱患，確保通風(fēng)機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，也提高煤礦生產(chǎn)的安全性。

3.2 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在失電故障中的應(yīng)用

在煤礦通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行中，由于煤礦生產(chǎn)的復(fù)雜性，遇到的情況也是多種多樣的，甚至?xí)霈F(xiàn)失電故障等嚴(yán)重問題。針對該情況，需要構(gòu)建完善的煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，才能保障通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，滿足煤礦生產(chǎn)的具體要求。在出現(xiàn)失電故障的第一時間，將警報信號傳輸出去，第一時間處理與解決，保障煤礦生產(chǎn)整體的安全性，也確保通風(fēng)機(jī)能夠有效運(yùn)行。由于電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)波動，煤礦通風(fēng)機(jī)也會出現(xiàn)跳閘問題，無法滿足煤礦通風(fēng)的具體要求，需要技術(shù)人員第一時間手動修復(fù)，保障通風(fēng)機(jī)的有序運(yùn)行。在正常的煤礦通風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，隨著時間的推移也會出現(xiàn)一定損耗，影響煤礦通風(fēng)機(jī)的工作質(zhì)量，甚至阻礙煤礦生產(chǎn)的正常推進(jìn)。所以，將煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦開采環(huán)節(jié)已經(jīng)刻不容緩。通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，提升了煤礦開采的安全性，也確保了煤礦通風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。一般而言，在出現(xiàn)失電故障時，煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用主要集中于以下兩方面：

第一，對煤礦通風(fēng)機(jī)的硬件要做出改造與更換，在通風(fēng)機(jī)的各個部位安裝好高壓及低壓開關(guān)，這樣煤礦通風(fēng)機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動通電，提高煤礦通風(fēng)機(jī)功能的完整性。而煤礦通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行，只要有符合要求的工作電流通過，通風(fēng)機(jī)就能夠?qū)崿F(xiàn)自動通電，保障煤礦通風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

第二，煤礦企業(yè)的技術(shù)人員要及時設(shè)計煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對應(yīng)的軟件，判斷煤礦通風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)節(jié)的各種帶電情況，分析出現(xiàn)失電故障的具體原因，控制好導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)失電故障的因素，結(jié)合失電故障的實際情況采取有效解決措施。在通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)失電故障的第一時間解決，降低對煤礦生產(chǎn)的影響，也保障煤礦開采人員的生命安全。

3.3 煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)角度調(diào)節(jié)控制中的應(yīng)用

在當(dāng)前階段，角度自動回零是煤礦通風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)的問題，尤其是煤礦開采過程中出現(xiàn)的比較頻繁。針對角度自動回零問題，需要工作人員第一時間掌握相關(guān)信息，否則會影響通風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，礦井內(nèi)瓦斯及煤塵的濃度上升，導(dǎo)致煤礦出現(xiàn)安全事故，威脅煤礦開采人員的人身安全，造成煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。所以，需要煤礦企業(yè)及時應(yīng)用通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，控制好通風(fēng)機(jī)的具體角度，做出合理的設(shè)計與調(diào)整。

第一，結(jié)合通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的具體情況，需要相關(guān)技術(shù)人員采取有效措施，將執(zhí)行器的警報數(shù)值設(shè)置好。結(jié)合煤礦通風(fēng)機(jī)的實際運(yùn)行狀態(tài)，以及返回的具體警報數(shù)值做出合理判斷與操作，確保煤礦生產(chǎn)的安全性。

第二，作為煤礦企業(yè)的工作人員，需要第一時間將警報設(shè)施安裝在通風(fēng)機(jī)中，一旦通風(fēng)機(jī)角度歸零，第一時間發(fā)出警報信號，幫助工作人員了解實際情況。工作人員到達(dá)現(xiàn)場處理煤礦通風(fēng)機(jī)，確保煤礦的通風(fēng)質(zhì)量，防止由于通風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行導(dǎo)致礦井瓦斯?jié)舛壬蠞q，保障煤礦開采的安全推進(jìn)，在確保開采人員生命安全的基礎(chǔ)上，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

綜上所述，伴隨著我國煤礦行業(yè)的高速發(fā)展，想要確保煤礦開采質(zhì)量，就需要相關(guān)工作人員意識到煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，應(yīng)用于煤礦開采的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中。通過煤礦通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)的全方位24h監(jiān)控，在發(fā)現(xiàn)安全隱患、出現(xiàn)安全事故的第一時間發(fā)出警報，及時采取有效的解決措施，確保煤礦開采人員的生命安全，也推動煤礦企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。