董晉

（西山煤電西曲礦通風(fēng)科通風(fēng)五隊(duì)，山西古交030200）

引言

在煤礦安全生產(chǎn)管理中煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的建立，以及通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，是其重要的組成部分。運(yùn)用高效的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)控制煤礦內(nèi)的通風(fēng)，可提高煤礦內(nèi)通風(fēng)的整體運(yùn)行能力，從而進(jìn)一步減少通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)的運(yùn)營(yíng)成本，提高井內(nèi)安全系數(shù)。對(duì)于煤礦井內(nèi)的安全隱患，可由通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行有效的排節(jié)，以此來(lái)降低安全事故的發(fā)生率，保障井內(nèi)人員的生命安全?；赥CP/IP的自動(dòng)化控制技術(shù)在通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，明確基于該自動(dòng)化控制技術(shù)下，煤礦井內(nèi)的整體通風(fēng)能力、通風(fēng)速度、通風(fēng)運(yùn)量的運(yùn)行提高和完善情況，明確自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值與應(yīng)用前景的可推廣性[1]。

1 基于TCP/IP協(xié)議設(shè)計(jì)的通風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)在煤礦通風(fēng)中的應(yīng)用

1.1 系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)的建立多考慮煤礦整體的環(huán)境情況，結(jié)合環(huán)境情況的分析，采取分層的設(shè)計(jì)方案，計(jì)算出煤礦自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件所需，將整體框架經(jīng)測(cè)算搭建而成，這一自動(dòng)化系統(tǒng)中還應(yīng)用了光纖的傳輸功能，囊括了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以先進(jìn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)思維，為煤礦量身定制了自動(dòng)化系統(tǒng)，為通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)提供可靠性實(shí)施技術(shù)，增強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行通力[2]。

1.2 系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算原則

全自動(dòng)化的風(fēng)量測(cè)算是根據(jù)礦井的不同環(huán)境進(jìn)行實(shí)際推算，不同地點(diǎn)與不同環(huán)境的供風(fēng)量有所不同，以國(guó)家規(guī)定的風(fēng)量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)予以計(jì)算，對(duì)不同地點(diǎn)及不同區(qū)域內(nèi)風(fēng)量需求進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，最終將幾個(gè)不同部分風(fēng)量的測(cè)算結(jié)果集合相加，形成總和，再對(duì)備用風(fēng)量予以計(jì)算相加，形成煤礦通風(fēng)所用供風(fēng)量的整體性需求計(jì)算結(jié)果。計(jì)算原則為由內(nèi)向外逐級(jí)進(jìn)行[3]。以下是基于TCP/IP協(xié)議設(shè)計(jì)的采煤通風(fēng)量計(jì)算公式。

式中：Q綜采為綜合煤采工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；Q機(jī)采為機(jī)器采煤的工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；Q炮采為炮采工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；Q其他為其他開(kāi)采法工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，m3/s；Q備為備用工作區(qū)域需要的通風(fēng)量，以生產(chǎn)工作面所需風(fēng)量的1/2進(jìn)行計(jì)量，m3/s；n為各種開(kāi)采法工作區(qū)域的數(shù)量，個(gè)；炮采工作面所需風(fēng)量，應(yīng)按下列因素分別進(jìn)行計(jì)算，取其最大值。

本文以某礦區(qū)的真實(shí)情況進(jìn)行測(cè)算，最終預(yù)計(jì)風(fēng)排瓦斯量每分鐘4.12 m3。以下是礦井總風(fēng)量的計(jì)算:

式中：Qm為礦井總進(jìn)風(fēng)量，m3/min；∑Qwi為采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量總和，m3/min；∑Qhi為掘進(jìn)工作面實(shí)際需要風(fēng)量總和，m3/min；∑Qri為硐室實(shí)際需要風(fēng)量總和，m3/min；∑Qoi為礦井中除采煤、掘進(jìn)和硐室以外其它井巷需要通風(fēng)量總和，m3/min；Km為礦井通風(fēng)系數(shù)（包括礦井內(nèi)部漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻等因素）宜取1.15～1.25。

由上述公式可知，系統(tǒng)可根據(jù)不同區(qū)域的工作程度來(lái)分配風(fēng)量，如井下作業(yè)難度大，在全面封閉的工作環(huán)境內(nèi)，所提供的風(fēng)量相對(duì)較多。具體分配原則可參見(jiàn)以下原則：

1）系統(tǒng)按需分配，將總風(fēng)量測(cè)算完畢后，可進(jìn)行各用點(diǎn)區(qū)域的分配，各區(qū)域內(nèi)的風(fēng)量分配必須高于所計(jì)算風(fēng)量，在分配風(fēng)量的同時(shí)，還要保證礦井每個(gè)地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛炔坏贸瑯?biāo)，必須符合《煤礦安全規(guī)程》的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

2）首先在遵循礦井總風(fēng)量計(jì)算的前提下，以區(qū)域布置圖為準(zhǔn)，對(duì)不同工作面分配風(fēng)量，再?gòu)目傦L(fēng)量中減去分配不同位置的風(fēng)量，余下風(fēng)量由自動(dòng)化系統(tǒng)分配到其他采礦區(qū)內(nèi)。這部分風(fēng)量的分配，由自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行，用以保證出入通道及行人的安全。

3）自動(dòng)化系統(tǒng)按各地需求量的不同自動(dòng)分配風(fēng)量，還可以對(duì)煤礦內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)予以仿真模擬，從而實(shí)現(xiàn)上、下限的風(fēng)速穩(wěn)定，并以此為基礎(chǔ)，將風(fēng)量予以分配，自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)仿真模擬可進(jìn)行自動(dòng)校核，根據(jù)不同地點(diǎn)自動(dòng)校核風(fēng)量的供給是否充足，進(jìn)而完善自動(dòng)化系統(tǒng)的風(fēng)量分配指導(dǎo)航標(biāo)。

2 實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)變頻自動(dòng)化的基本前提和原理

對(duì)傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)改造，才能夠真正實(shí)現(xiàn)變頻自動(dòng)化。運(yùn)行原理是以傳統(tǒng)控制機(jī)理與變頻控制機(jī)理相結(jié)合，形成并聯(lián)，用變頻器來(lái)操控通風(fēng)主機(jī)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變頻與工頻的并行回路及自動(dòng)切換。本系統(tǒng)主要采用2套自動(dòng)變頻器，分別由一個(gè)自動(dòng)控制逆變器和傳統(tǒng)的油門(mén)控制閥箱并行，自動(dòng)化控制系統(tǒng)由可程控制器通過(guò)變頻控制柜進(jìn)行控制通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦的通風(fēng)量測(cè)算與供給[5-6]。通風(fēng)變頻布置圖，如圖1所示。

圖1 變頻通風(fēng)布置示意圖

3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的安全應(yīng)用措施

煤礦自動(dòng)化控制技術(shù)，擁有遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力，可在監(jiān)控視頻內(nèi)直接反饋礦井內(nèi)的情況以及粉塵污染量，通過(guò)測(cè)算自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，以此來(lái)提示監(jiān)測(cè)人員對(duì)煤礦內(nèi)采取相應(yīng)的控塵措施。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的鑒定數(shù)據(jù)，可以有效降低礦井內(nèi)煤與瓦斯發(fā)生的突發(fā)事故，預(yù)防控制煤層內(nèi)的自燃發(fā)火現(xiàn)象，有效降低煤塵爆炸出現(xiàn)的危險(xiǎn)事件。全自動(dòng)系統(tǒng)可根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件的反饋，有效測(cè)算煤層頂板的穩(wěn)定性。進(jìn)而保證礦井內(nèi)有效安全技術(shù)措施的實(shí)施，預(yù)防災(zāi)害事故的發(fā)生[7]。

4 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)變頻自動(dòng)化改造效果

礦井通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)頻率變換的作用：一是實(shí)現(xiàn)控制的原始頻率和頻率互鎖，在整個(gè)控制頻率系統(tǒng)技術(shù)的幫助下，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的自動(dòng)控制方法，主要有自動(dòng)、微機(jī)和局部控制，實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)運(yùn)行模式。當(dāng)逆變器發(fā)生故障時(shí)，可以立即切換到主扇，從而合理調(diào)整風(fēng)速[8]。在減少PSP、降低電機(jī)溫度、減少噪聲的機(jī)械操作原理基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)電機(jī)的使用壽命；二是創(chuàng)建更好的節(jié)能效果，節(jié)電率可以實(shí)現(xiàn)到40%，為企業(yè)節(jié)約電能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，也保證了煤礦安全生產(chǎn)的高效運(yùn)行能力。變頻原理如圖2所示。

圖2 變頻原理圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的全面性分析，對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用有了進(jìn)一步了解，分析中表明，自動(dòng)系統(tǒng)在風(fēng)量計(jì)算、粉塵污染、風(fēng)量所需點(diǎn)等部位的控制非常有效，且系統(tǒng)指導(dǎo)意義較強(qiáng)，在煤礦內(nèi)部可以根據(jù)不同的水文地質(zhì)環(huán)境以及煤層的變化等情況，精確風(fēng)量的分配，有效提高煤礦安全生產(chǎn)的運(yùn)行能力，在同類(lèi)煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)中值得廣泛應(yīng)用。

[1]郭曉川.淺析煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的自動(dòng)化控制技術(shù)[J].人間，206（12）：53-54.

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