盛永志

（長治市礦山救護(hù)隊(duì)， 山西 長治 046000）

引言

瓦斯突出、火災(zāi)、粉塵爆炸是威脅綜采作業(yè)安全的三大“殺手”，其造成的死亡人數(shù)占到了煤礦死亡總?cè)藬?shù)的70%以上[1]，因此建立一個(gè)井下安全控制系統(tǒng)，通過對(duì)風(fēng)量的控制來實(shí)現(xiàn)降低空氣中的瓦斯?jié)舛群?，將火?zāi)、爆炸控制在一定區(qū)域內(nèi)，防止災(zāi)害影響的進(jìn)一步擴(kuò)大具有十分重要的作用。在煤礦井下通常設(shè)置有風(fēng)門，用于對(duì)一定區(qū)域內(nèi)的通風(fēng)量進(jìn)行控制，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯?jié)舛壬邥r(shí)就加大通風(fēng)量，確保瓦斯含量在安全范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)則會(huì)關(guān)閉風(fēng)門，停止火災(zāi)區(qū)域內(nèi)的空氣流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滅火，從而有效地防止火災(zāi)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，但目前井下的風(fēng)門主要采用了簡單的控制模式，僅能實(shí)現(xiàn)開、合，無法實(shí)現(xiàn)根據(jù)井下環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)量大小，也無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制，無法滿足越來越高的井下安全控制需求，因此本文研究一種新的礦井風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)，其采用全新的控制方案，能夠自動(dòng)對(duì)井下巷道內(nèi)的空氣狀況進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控結(jié)果實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門開合度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下風(fēng)量的精確調(diào)節(jié)和控制，該風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)具有控制精確度高、智能化程度好的優(yōu)點(diǎn)，可極大地提升煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。

1 礦井風(fēng)門自動(dòng)控制功能模塊

礦井風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括了風(fēng)門控制及運(yùn)行參數(shù)模塊、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息采集模塊以及環(huán)境信息傳感器信息采集模塊，通過三組模塊的相互結(jié)合[2]，先利用視頻監(jiān)控和環(huán)境傳感器監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下環(huán)境情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，將監(jiān)測數(shù)據(jù)信息傳遞到控制中心內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果來實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門開合和通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的聯(lián)合調(diào)整控制，滿足井下安全生產(chǎn)的控制需求。礦井風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]。

圖1 自動(dòng)化防護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在該自動(dòng)控制系統(tǒng)中，風(fēng)門控制及運(yùn)行參數(shù)模塊主要用于執(zhí)行控制模塊的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)門開度大小和風(fēng)門運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制，確保接收到指令后能夠第一時(shí)間控制風(fēng)門運(yùn)行。視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息采集模塊主要用于采集風(fēng)門處的視頻圖像信息，將視頻信號(hào)傳輸?shù)降孛婵刂浦行模瑢?shí)現(xiàn)地面控制中心人員對(duì)風(fēng)門狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)將發(fā)出預(yù)警廣播信號(hào)和撤退路線，確保井下作業(yè)人員及時(shí)脫險(xiǎn)。環(huán)境信息傳感器信息采集模塊主要是利用各類傳感器設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速、粉塵濃度、瓦斯含量等的實(shí)時(shí)采集，對(duì)井下空氣環(huán)境的安全性進(jìn)行判別，將判別結(jié)果反饋到控制中心，控制中心發(fā)出風(fēng)門動(dòng)作指令，控制風(fēng)門自動(dòng)運(yùn)行，確保井下綜采作業(yè)的安全性。

2 風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)煤礦井下高塵、高濕的惡劣環(huán)境，同時(shí)滿足對(duì)井下環(huán)境監(jiān)測、風(fēng)門控制的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，該風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)上采用了雙串口微控制器，滿足對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)信息的快速處理要求，數(shù)據(jù)通信采用了RS485 通信接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。?dāng)系統(tǒng)主接口出現(xiàn)故障時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)入RS232 數(shù)據(jù)通信接口，同時(shí)采用了X5045 模塊作為安全控制模塊[4]，其能夠平復(fù)電網(wǎng)電壓波動(dòng)而導(dǎo)致的控制系統(tǒng)的故障和死機(jī)現(xiàn)象，確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。為了提高該自動(dòng)控制系統(tǒng)的操作便捷性，方便后續(xù)升級(jí)，采用了大型防爆液晶顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的顯示和標(biāo)定。

為了滿足煤礦井下低能見度下的視頻監(jiān)控需求，系統(tǒng)采用了超清的防爆CCD 視頻監(jiān)控設(shè)備[5]，通過以太網(wǎng)絡(luò)來滿足瞬時(shí)大流程的數(shù)據(jù)傳輸需求，以太網(wǎng)絡(luò)和風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制中心之間采用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行聯(lián)通，形成一個(gè)專用的視頻數(shù)據(jù)傳輸通道，滿足視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)性和低滯后性的需求，該自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 礦井風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

3 井下風(fēng)門控制平臺(tái)手控按鍵設(shè)計(jì)

由于煤礦井下巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此該礦井風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)除了具有自動(dòng)啟閉、遠(yuǎn)程控制功能外還具備手動(dòng)操作控制的功能，在風(fēng)門附近的操作平臺(tái)上安裝有“打開”“關(guān)閉”“急停”“解鎖”四個(gè)控制按鈕。在每個(gè)風(fēng)門的內(nèi)側(cè)和外側(cè)均設(shè)置由手動(dòng)控制操作平臺(tái)，滿足不同情況下的控制需求。當(dāng)緊急情況下人工可以控制風(fēng)門的打開或者關(guān)閉，在啟閉過程中一旦出現(xiàn)異常則可以采用“急?！笨刂?，確保風(fēng)門啟閉過程中的安全性，“解鎖”功能主要是在緊急制動(dòng)后需對(duì)風(fēng)門進(jìn)行復(fù)位，確保各類數(shù)據(jù)恢復(fù)到正常的狀態(tài)，滿足井下安全通風(fēng)的需求，煤礦井下風(fēng)門控制平臺(tái)分布如圖3 所示，圖中AN1、AN2 即表示控制平臺(tái)。

圖3 煤礦井下風(fēng)門控制平臺(tái)分布示意圖

4 結(jié)論

1）礦井風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括了風(fēng)門控制及運(yùn)行參數(shù)模塊、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息采集模塊以及環(huán)境信息傳感器信息采集模塊，通過三組模塊的相互結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下風(fēng)門運(yùn)行狀態(tài)的全自動(dòng)監(jiān)控和精確調(diào)整；

2）自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了RS483 通信接口、X5045安全控制模塊、超清的防爆CCD 視頻監(jiān)控設(shè)備，能夠滿足煤礦井下惡劣環(huán)境中的監(jiān)測和控制需求。