汪培柱

（山西魯能河曲電煤開發(fā)有限責任公司，山西 忻州 036504）

近幾年，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仍以監(jiān)測功能為主，盡管附加簡單的邏輯控制功能，還不能真正起到調(diào)節(jié)和控制風(fēng)量、風(fēng)壓的功能，監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)沒有得到最大程度的利用，一旦井下發(fā)生瓦斯變化需要緊急調(diào)整風(fēng)流時卻難以實現(xiàn)，又因巷道的推進，局部通風(fēng)系統(tǒng)呈動態(tài)變化，并非是一個恒定不變的系統(tǒng)。掘進工作面通風(fēng)智能控制系統(tǒng)，以其顯著的脈動通風(fēng)特性、柔性的變頻風(fēng)量調(diào)節(jié)、無極調(diào)速特性、操作簡單、節(jié)能效果明顯、運行可靠等優(yōu)點領(lǐng)先于國內(nèi)其他系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)不但使礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全運行得到有效保障，而且實現(xiàn)了人性化風(fēng)量調(diào)節(jié)的目標，節(jié)能降耗的目的，可以取得顯著的經(jīng)濟效益。

一、概述

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為煤炭礦井的“血液循環(huán)系統(tǒng)”，由通風(fēng)動力及其裝置、通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流監(jiān)測與控制設(shè)施組成。建立系統(tǒng)合理、設(shè)施完好、風(fēng)量充足、風(fēng)流穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)對礦井安全生產(chǎn)至關(guān)重要。某礦井采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，主、副斜井、進風(fēng)立井進風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，通風(fēng)方式為機械抽出式。實現(xiàn)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實時在線監(jiān)測、通風(fēng)設(shè)施遠程全自動控制如主扇風(fēng)機、局扇風(fēng)機和風(fēng)門的三遙控、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真及三維展示、通風(fēng)數(shù)據(jù)智能分析與管理、通風(fēng)系統(tǒng)異常變化或瓦斯涌出異常趨勢智能預(yù)警、與安全監(jiān)測監(jiān)控等關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及子系統(tǒng)之間聯(lián)動控制等功能。

二、通風(fēng)系統(tǒng)自動控制功能

（一）通過綜合集中控制平臺實現(xiàn)整個礦井所有風(fēng)門的遠程控制，監(jiān)測各個風(fēng)門開閉狀態(tài)，結(jié)合風(fēng)量傳感器實現(xiàn)所有風(fēng)窗風(fēng)量的自動調(diào)節(jié)。風(fēng)門控制用電控裝置適用于煤炭礦井井下通風(fēng)巷道內(nèi)的環(huán)境，關(guān)閉風(fēng)門使風(fēng)向指定的方向流動，在人員通過時，用礦燈照射風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器或使紅外線傳感器檢測到人員通過信號，讓風(fēng)門自動打開，同時有燈光顯示及語言提醒的功能。一定時間后，風(fēng)門能自動關(guān)閉；為防止2 個風(fēng)門同時打開，設(shè)有電器互鎖功能。

（二）根據(jù)集控平臺通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化和分析結(jié)果，自動提示集控工作人員通風(fēng)系統(tǒng)運行狀況，通過設(shè)備風(fēng)量變頻閉環(huán)自動調(diào)節(jié)和風(fēng)葉動態(tài)調(diào)節(jié)功能，調(diào)整巷道風(fēng)量。

（三）實現(xiàn)局部通風(fēng)智能變頻調(diào)風(fēng)，通過集控平臺。通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析所有巷道風(fēng)量變化對系統(tǒng)風(fēng)量的影響，自動生成通風(fēng)系統(tǒng)各關(guān)鍵點設(shè)備、設(shè)施控制建議方案，提示集控中心人員，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，遠程調(diào)整主通風(fēng)機、局扇、風(fēng)門等設(shè)備設(shè)施。反風(fēng)遠程自動控制實時、動態(tài)分析要求時間段內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標變化分析曲線、反風(fēng)仿真演示結(jié)果，為反風(fēng)提供決策依據(jù)，遠程控制反風(fēng)設(shè)備。

（四）智能預(yù)警及聯(lián)動控制功能系統(tǒng)依據(jù)動態(tài)。解算的數(shù)據(jù)，按照集控平臺事先確定的預(yù)警規(guī)則，實時對井下各巷道以及工作面的通風(fēng)數(shù)據(jù)、工作面瓦斯涌出數(shù)據(jù)進行趨勢分析，超前預(yù)警，并與管控平臺各生產(chǎn)系統(tǒng)互聯(lián)互動，控制設(shè)備，指導(dǎo)生產(chǎn)，實現(xiàn)通風(fēng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的聯(lián)通聯(lián)動。煤礦智能通風(fēng)系統(tǒng)工作原理如圖所示。

三、智能通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

主通風(fēng)機采用具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、運行穩(wěn)定、使用方便、適應(yīng)負載多變特點的高壓變頻調(diào)速拖動系統(tǒng)，通過反轉(zhuǎn)實現(xiàn)系統(tǒng)反風(fēng)。高壓變頻拖動系統(tǒng)可降低電機損耗、提高系統(tǒng)效率，節(jié)約能源，同時可避免機械調(diào)風(fēng)方式對設(shè)備的沖擊，提高設(shè)備使用壽命。其主通風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)采用可編程序控制器PLC 為核心，配套壓力、流量、振動等傳感器，對主通風(fēng)系統(tǒng)進行全方位實時監(jiān)控；井下局部通風(fēng)機采用防爆變頻裝置，能夠通過變頻器調(diào)節(jié)局部通風(fēng)量的大小；井下風(fēng)門均設(shè)有控制裝置，能夠通過該裝置對風(fēng)門進行開閉。

（一）通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測。在礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵分支巷道的關(guān)鍵點設(shè)置風(fēng)流狀態(tài)傳感器，用以實時監(jiān)測該關(guān)鍵巷道分支的風(fēng)流狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用測得的數(shù)據(jù)進行動態(tài)網(wǎng)絡(luò)解算，從而得出通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中各巷道的實時通風(fēng)風(fēng)流狀態(tài)。風(fēng)流狀態(tài)傳感器主要包括風(fēng)壓傳感器、風(fēng)速傳感器、溫度傳感器等，考慮到煤礦井下溫度在相近地點的變化幅度較小，對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果的影響不大，因此只在溫度變化幅度較大的區(qū)域設(shè)置溫度傳感器，而風(fēng)壓傳感器、風(fēng)速傳感器在各關(guān)鍵點均普遍安裝。

（二）關(guān)鍵點監(jiān)測。在礦井回風(fēng)井井口的主要通風(fēng)機引風(fēng)道內(nèi)安裝靜壓傳感器，用于監(jiān)測全礦井實時的靜壓情況；在礦井、采區(qū)的主要進、回風(fēng)巷道以及各用風(fēng)地點的回風(fēng)巷道等風(fēng)流狀態(tài)(風(fēng)量、負壓)變化幅度較大的地方，安裝風(fēng)速、風(fēng)壓傳感器；在礦井主要進風(fēng)和回風(fēng)巷道間聯(lián)絡(luò)巷的風(fēng)門兩側(cè)安裝風(fēng)流差壓傳感器，同時為了能較容易地捕捉到通風(fēng)系統(tǒng)災(zāi)變情況，在對礦井通風(fēng)系統(tǒng)變化較敏感的角聯(lián)巷道中也需要安裝風(fēng)流差壓傳感器。

（三）采、掘工作面監(jiān)測?；夭伞⒕蜻M工作面回風(fēng)巷安裝風(fēng)速傳感器，監(jiān)測采、掘工作面風(fēng)量變化；安裝瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，監(jiān)測采、掘工作面瓦斯?jié)舛?；安裝粉塵濃度傳感器，監(jiān)測采、掘工作面粉塵濃度；安裝溫度傳感器，監(jiān)測采、掘工作面溫度；在回風(fēng)巷與進風(fēng)巷的連接風(fēng)門內(nèi)、外兩側(cè)分別安裝風(fēng)壓傳感器與風(fēng)流差壓傳感器，用以監(jiān)測各風(fēng)門內(nèi)、外兩側(cè)的壓差情況。通過實時監(jiān)測，后臺對比，可以及時發(fā)現(xiàn)回采、掘進工作面風(fēng)流的異常情況。

（四）智能通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)

1.井下通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查。智能通風(fēng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對井下通風(fēng)系統(tǒng)的有效調(diào)查，并對井下通風(fēng)系統(tǒng)進行分區(qū)控制。調(diào)查后的數(shù)據(jù)將真實反饋給相應(yīng)的管理人員，通過專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)對得到的數(shù)據(jù)進行進一步的分析，從而確定井下通風(fēng)的系統(tǒng)的設(shè)置。

2.人員定位系統(tǒng)人員信息和相關(guān)設(shè)備信息的采集。智能通風(fēng)系統(tǒng)可以對礦井中的作業(yè)人員進行良好的管理和監(jiān)控，并對作業(yè)人員數(shù)量、方位等進行全方位的掌握，并整理形成檔案進行存儲。管理人員只需查閱數(shù)據(jù)庫就可以及時掌握礦井下的作業(yè)情況，并在意外發(fā)生時及時、有效的制定應(yīng)對策略。

3.建立井下通風(fēng)系統(tǒng)運行模式。通過智能通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用，煤礦企業(yè)可以在井下建立起合理、科學(xué)的通風(fēng)系統(tǒng)運行模式。通風(fēng)系統(tǒng)的運行首先必須符合國家及行業(yè)的相關(guān)規(guī)定，其次還要結(jié)合礦井自身的作業(yè)特點進行進一步的調(diào)整。進行作業(yè)人員需要將礦井作業(yè)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)及時反饋給管理人員，便于管理人員進行管理方式的調(diào)整。

4.建立井下通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并確保數(shù)據(jù)可靠性。智能化通風(fēng)系統(tǒng)在許多工作環(huán)節(jié)中都實現(xiàn)了自動化控制，減少了人工的控制，有效的提高了檢測數(shù)據(jù)的客觀、真實性，同時還極大的提高了檢測的效率。同時，智能檢測系統(tǒng)采用的是分區(qū)管理，能對礦井中的各個細小環(huán)節(jié)進行良好的把控。通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)采集各區(qū)域內(nèi)風(fēng)量，主要在各分區(qū)域內(nèi)機站風(fēng)機巷設(shè)置的風(fēng)速傳感器采集各區(qū)域風(fēng)量，經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸進入通風(fēng)系統(tǒng)智能控制終端，得到實際供風(fēng)量。定期對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行驗證，確保其可靠性及穩(wěn)定性。建立三維通風(fēng)系統(tǒng)模型，三維通風(fēng)系統(tǒng)模式的建立是智能通風(fēng)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢和特點之一。通過三維通風(fēng)系統(tǒng)模式的建立，可以對礦井內(nèi)部的實際施工情況進行模擬，從而確保通風(fēng)量能夠滿足實際開采作業(yè)的需要。

5.智能通風(fēng)系統(tǒng)的適用性。當前大多數(shù)礦井都采用了通風(fēng)系統(tǒng)的計算機自動控制，信息的傳輸速率和處理速率都有明顯提升。網(wǎng)絡(luò)平臺的應(yīng)用使得系統(tǒng)的精確度有了更好的保障，此外還能通過控制中心對礦井通風(fēng)進行有效的調(diào)整。智能通風(fēng)采用多功能計算機，其在電路連接形式方面進一步優(yōu)化，解決了單一信號傳輸不足問題，使大型礦區(qū)通風(fēng)有了可靠的傳輸平臺。智能局部通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)掘進工作面的瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)速來自動調(diào)整風(fēng)速以調(diào)節(jié)風(fēng)量，能更有效地排出掘進工作面的礦塵及各種有害氣體，有利于工作人員的身體、健康。智能化設(shè)計是在傳統(tǒng)采煤網(wǎng)基礎(chǔ)上開辟的新模式，注重煤礦井內(nèi)通風(fēng)改造是行業(yè)改革的必然趨勢。

智能通風(fēng)系統(tǒng)是在變頻技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、智能控制技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)發(fā)展到一定水平后的必然產(chǎn)物。該礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)將整個煤炭礦井的各采、掘工作面監(jiān)測，主要通風(fēng)巷道監(jiān)測以及關(guān)鍵區(qū)域瓦斯、溫度、粉塵等的監(jiān)測與礦井主要通風(fēng)機和各局部通風(fēng)機的控制系統(tǒng)整合成為一個智能化的整體，通過建立全礦井通風(fēng)數(shù)學(xué)模型，采用個性化、智能化技術(shù)方案來集中管理和智能化控制，及時調(diào)整和改善井下各關(guān)鍵區(qū)域的通風(fēng)情況，保證礦井的通風(fēng)安全，同時達到節(jié)能環(huán)保的要求。