李美龍

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 呂梁 033000）

引言

煤礦井下通風系統(tǒng)主要是為井下巷道內提供流動的新鮮空氣，稀釋瓦斯、粉塵濃度，確保井下綜采面綜采作業(yè)的安全性。隨著煤礦井下綜采作業(yè)效率的提高、綜采作業(yè)深度的不斷增加，在綜采作業(yè)過程中發(fā)生瓦斯突出、粉塵爆炸等事故的概率不斷增加，嚴重威脅了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。目前多數(shù)煤礦生產(chǎn)企業(yè)對井下通風機的維護主要依靠人員定期對其進行檢修，但由于煤礦井下工作條件較為惡劣，無法對通風機的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，只能當出現(xiàn)故障后才能對其進行維修，此時一旦出現(xiàn)瓦斯突出事故將導致極大的事故。同時由于通風機采用了恒轉速運行方式，在運行過程中消耗了大量的電能，嚴重影響了煤礦生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟性。本文提出了一種煤礦井下通風機遠程監(jiān)測控制系統(tǒng)，以CAN 數(shù)據(jù)總線為傳輸單元，實現(xiàn)對通風機運行狀態(tài)的全程監(jiān)控，將瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)和通風機運行控制系統(tǒng)相結合，使通風機能夠根據(jù)井下瓦斯?jié)舛茸兓闆r自動調整運行速度，提升運行經(jīng)濟性。對通風機運行狀態(tài)進行全程監(jiān)測，自動對異常進行報警處理，提升了故障維修效率，降低了異常停機率，極大地提升了井下通風的安全性。

圖1 通風機遠程控系統(tǒng)整體結構示意圖

1 通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構

根據(jù)對煤礦井下通風機整體結構、運行控制要求的分析，結合礦井下實際情況，以充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡通信系統(tǒng)、監(jiān)控設備、降低改造量為基礎，所提出通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構如圖1 所示[1]。

該通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了井下監(jiān)測和控制模塊、數(shù)據(jù)信息轉換和傳模塊以及地面監(jiān)控中心模塊，各模塊內所包含的部分如圖1 所示，系統(tǒng)首先利用甲烷傳感器、壓力傳感器等對井下巷道內的瓦斯?jié)舛?、風壓等情況進行監(jiān)控，當上述指標超出系統(tǒng)設定的值后，系統(tǒng)將直接控制變頻器進行變頻調節(jié)，控制風機增加或者降低運行轉速，確保井下巷道內空氣內瓦斯?jié)舛群康姆€(wěn)定性。同時通風機在運行過程中各類的電流、電壓傳感器、風機轉速傳感器、電機溫度傳感器、振動傳感器等對風機運行過程中的狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)將對異常原因進行分析并報警，同時通過內設的邏輯對異常進行調控。井下數(shù)據(jù)信息的傳輸采用了CAN 數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，確保了在煤礦井下數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩?、準確性和抗干擾性[2]。地面監(jiān)控中心為整個系統(tǒng)的控制終端，各類數(shù)據(jù)將以最直觀的形式顯示在終端上，滿足監(jiān)控需求，同時控制人員能夠通過控制終端，人工調節(jié)井下風機的運行情況，實現(xiàn)井下風機運行的無人監(jiān)控和處理，實現(xiàn)無人值守。

2 各主要監(jiān)控傳感器的監(jiān)控方式

各類監(jiān)控傳感器作為礦井通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心，直接決定了遠程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控和調控結果的準確性，因此重點對各類監(jiān)控傳感器在井下的測定方案進行了對比，以確定最佳的監(jiān)測布置結構和測試方式。

風壓測量。風壓測試時與距離風機的位置、氣流在巷道內的流動方式關系密切，根據(jù)驗證本文選擇了多點分聯(lián)測試方法[3]，使用軟管和壓力傳感器相連通，將其設置在風機進風口距離約10 m 處，將測壓截面固定在支架上，進風口處設置的全壓孔數(shù)量為12 個，滿足對風機入口處氣流全壓的測定。

風機轉速的測量。電機的轉速傳感器種類繁多，本文選擇的傳感器為光電效應式傳感器，該傳感器在電機軸上固定上光電傳感器，然后將風機上設置N個反光標記，通過記錄所接收到的相鄰的脈沖信號之間的時間間隔即可完成對風機轉速的測定，電機轉速n可表示為[4]：

式中：N為反光標記的數(shù)量；t為相鄰的脈沖信號之間的時間間隔。

該傳感器的轉速測定原理如圖2 所示。

圖2 光電傳感器轉速測定原理

3 礦井通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應用

為了對該礦井通風遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用效果進行驗證，本文以某礦井下通風系統(tǒng)為研究對象，建立遠程監(jiān)測與控制系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)測井下風機運行過程中的轉速為2 759 r/min 與實際運行轉速完全相符，風機運行時的風量為1.49 m3/s，與井下實測的風量之間的偏差約為1.2%，風機運行時固定位置的風壓為0.53 kPa，與井下實測的風壓之間的偏差約為1.4%，由此可知該監(jiān)測系統(tǒng)表現(xiàn)出了較高的監(jiān)測精度，同時井上監(jiān)控人員發(fā)出調節(jié)指令后井下風機的響應時間約為2.7 s，具有較高的反應速度。

該煤礦井下通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)另一個突出的優(yōu)勢是具有自主學習功能，能夠對風機運行過程中的信息參數(shù)進行分析，自動對風機下一階段的運行狀態(tài)進行判斷，當預測到可能會出現(xiàn)運行異常時將進行自動修正，并將隱患點和修正方案發(fā)送給控制人員，能夠極大地提升風機運行時的安全性和穩(wěn)定性，降低風機出現(xiàn)故障的概率，該遠程監(jiān)控系統(tǒng)的界面如圖3 所示。

圖3 通風機遠程控系統(tǒng)監(jiān)控界面

4 結論

針對煤礦井下通風機運行狀態(tài)的判斷只能依靠人員定期維護，存在效率低、維護效果差、故障率高的缺陷，本文提出了一種礦井通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)，對該通風監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構、監(jiān)控設備的監(jiān)控原理、方式等進行了分析，并對風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的實際情況進行了驗證，結果表明：

1）該通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了井下監(jiān)測和控制模塊、數(shù)據(jù)信息轉換和傳模塊以及地面監(jiān)控中心模塊，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、抗干擾能力強的優(yōu)點；

2）風機運行過程中的轉速為2 759 r/min 與實際運行轉速完全相符，與井下實測的風量之間的偏差約為1.2%，與井下實測的風壓之間的偏差約為1.4%，由此可知該監(jiān)測系統(tǒng)表現(xiàn)出了較高的監(jiān)測精度，同時井上監(jiān)控人員發(fā)出調節(jié)指令后井下風機的響應時間約為2.7 s，具有較高的反應速度，完全能夠滿足井下遠程調控的要求。