張 杰

（中煤大同能源有限責(zé)任公司， 山西 大同 037001）

引言

隨著綜采技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦綜采作業(yè)的深度、巷道長(zhǎng)度等不斷的增加，對(duì)煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和靈敏性的要求也更高。作為煤礦井下安全作業(yè)的核心，煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性直接決定了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性，一旦井下空氣中的瓦斯或者粉塵濃度超過(guò)警戒值而通風(fēng)系統(tǒng)又不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，將導(dǎo)致出現(xiàn)井下人員中毒、瓦斯爆炸等事故，給煤礦井下的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。傳統(tǒng)的通風(fēng)控制系統(tǒng)只能控制通風(fēng)機(jī)以恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，無(wú)法有效地對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)故障完全顯現(xiàn)后往往已經(jīng)無(wú)法及時(shí)對(duì)井下人員進(jìn)行疏散，造成嚴(yán)重的事故[1]。本文提出了一種新的煤礦井下通風(fēng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)。

1 煤礦井下通風(fēng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

針對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所存在的監(jiān)測(cè)誤差大、可靠性差的現(xiàn)狀，本文所提出的新的煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)主要包括煤礦井下環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備、工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及地面監(jiān)控中心等，井下環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備主要用于對(duì)巷道內(nèi)的風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度等進(jìn)行監(jiān)控，工業(yè)以太網(wǎng)[2]數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)則用于確保整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的可靠性和快速性，地面監(jiān)控中心主要用于顯示各類監(jiān)測(cè)結(jié)果并提供報(bào)警和決策控制，該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示[3]。

圖1 煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

該通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在工作時(shí)，首先通過(guò)底層的巷道環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)對(duì)煤礦井下巷道內(nèi)空氣的流速、粉塵濃度、瓦斯含量等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)設(shè)定的各類警戒線數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)的控制數(shù)據(jù)超出警戒標(biāo)準(zhǔn)后系統(tǒng)將把數(shù)據(jù)傳輸給下位機(jī)控制器，控制器通過(guò)對(duì)粉塵濃度、瓦斯?jié)舛群孔兓俾实姆治?，確定需要調(diào)整的通風(fēng)系統(tǒng)的流速，然后將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì)變頻器的輸出進(jìn)行調(diào)控，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量的調(diào)整，確保各個(gè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)維護(hù)在安全值以下。在整個(gè)過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)將調(diào)節(jié)參數(shù)和監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在地面監(jiān)控中心的監(jiān)測(cè)平臺(tái)上，便于控制人員的觀測(cè)和調(diào)整。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出報(bào)警線且繼續(xù)快速上升并判斷通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常、無(wú)法快速調(diào)整時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒井下作業(yè)人員及時(shí)撤離，同時(shí)確定故障原因，將其傳遞給監(jiān)控人員，確保井下的緊急撤離并快速對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行異常進(jìn)行排查，快速恢復(fù)井下正常通風(fēng)。

2 煤礦井下通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制

為了滿足該通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)煤礦井下通風(fēng)安全的調(diào)節(jié)需求，在該監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中采用了閉環(huán)調(diào)節(jié)控制模式[4]，該閉環(huán)調(diào)節(jié)主要包括了兩個(gè)部分，一部分是將地面監(jiān)控中心控制人員的控制指令傳遞給煤礦井下的下位機(jī)控制中心，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。第二部分是將井下環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器的監(jiān)控結(jié)果傳輸給下位機(jī)控制中心，用于控制變頻器的運(yùn)行，滿足對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整，同時(shí)將調(diào)控結(jié)果再次反饋到下位機(jī)控制中心內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下通風(fēng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)調(diào)整和控制，滿足通風(fēng)安全和經(jīng)濟(jì)性的需求，該煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖2 所示[5]。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)示意圖

3 煤礦井下通風(fēng)機(jī)布置結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)該煤礦井下通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)某礦的井下通風(fēng)系統(tǒng)的布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，如圖3 所示。

圖3 煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖3 可知，該通風(fēng)系統(tǒng)主要設(shè)置了一組變頻調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)和煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相連接，通過(guò)接收通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)整控制信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的調(diào)整。該通風(fēng)系統(tǒng)中每個(gè)位置采用了兩套風(fēng)機(jī)，這兩個(gè)風(fēng)機(jī)一用一備，確保通風(fēng)的安全性。兩組風(fēng)機(jī)均配備了相互獨(dú)立的風(fēng)道，在風(fēng)道端部設(shè)置有通風(fēng)閘門，用于實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換，在風(fēng)道出口處設(shè)置有壓力傳感器和風(fēng)量傳感器，用于對(duì)通風(fēng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并反饋給預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4 煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用

以某礦通風(fēng)系統(tǒng)為改造對(duì)象，對(duì)其應(yīng)用情況進(jìn)行了研究。該礦通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)控界面如圖4 所示。

5 結(jié)論

圖4 煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)控界面

1）該控制系統(tǒng)包含了井下環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備、工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及地面監(jiān)控中心三個(gè)部分，能夠?qū)孪锏纼?nèi)的風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度等進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，確保井下的通風(fēng)安全。

2）該通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)采用了雙重閉環(huán)調(diào)節(jié)控制模式，能夠顯著提升煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈活性和控制精確性。

3）該監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)颅h(huán)境的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)異常后能夠第一時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，確保井下通風(fēng)安全，將粉塵濃度和瓦斯?jié)舛缺３衷诎踩狄韵拢?dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)氣體濃度快速上升或者風(fēng)機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障后能夠第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信號(hào)，具有反應(yīng)速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。