柴鳳良

（晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)， 山西 晉城 048000）

1 項目背景

礦用局部通風機在煤礦井下開采中的應用可以起到對井下空氣的循環(huán)、保障井下空氣氧氣含量充足、保證井下一氧化碳、甲烷等氣體含量處于安全含量以內(nèi)的作用。由此可見，礦用局部通風機對于整個采煤作業(yè)的進行起到了至關(guān)重要的保護作用。為了保證局部通風機的正常工作，通常需要利用監(jiān)控裝置實時監(jiān)控局部通風機的運行狀況，在局部通風機因故障停止運行時，需及時對故障原因進行排查，并對故障進行維修，保障局部通風機盡快恢復正常工作。

但當前煤礦井下局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)僅僅監(jiān)控了局部通風機的工作狀態(tài)，無法對井下狀況進行監(jiān)控，同時在局部通風機出現(xiàn)工作異常時，無法直接發(fā)出井下預警警報信息，容易導致預警信息延誤，尤其是當局部通風機停止工作后，若預警信息延誤，容易造成重大安全事故。針對現(xiàn)有局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)所存在的問題，提出了一種煤礦新型局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)在晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)進行了實踐應用，效果理想。

2 新型局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)的分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析

該新型煤礦用局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)主要包括可視化監(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置兩大部分。

可視化監(jiān)控裝置包括攝像頭、數(shù)據(jù)存儲器、無線信號收發(fā)器，攝像頭設(shè)置在局部通風機的主機處，用于觀測局部通風機的主機風扇是否正常轉(zhuǎn)動、主機處是否存在雜物干擾；數(shù)據(jù)存儲器用于存儲攝像頭中的視頻緩存數(shù)據(jù)，無線信號收發(fā)器用于將視頻畫面實時傳輸至地面監(jiān)控中心的監(jiān)控器上[1-2]。

在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置包括通風管道內(nèi)監(jiān)控裝置和通風管道外監(jiān)控裝置，管道內(nèi)監(jiān)控裝置為環(huán)形，設(shè)置在管道內(nèi)部預設(shè)的凹槽內(nèi)，管道外監(jiān)控裝置通過螺栓固定在通風管道的外側(cè)；通風管道內(nèi)監(jiān)控裝置中設(shè)置有風壓傳感器、風速傳感器、風量傳感器；通風管道外監(jiān)控裝置中設(shè)置有甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器；通風管道內(nèi)監(jiān)控裝置和通風管道外監(jiān)控裝置中均設(shè)置有無線信號收發(fā)器，將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)控器上，局部通風機的通風管道中設(shè)置有風量調(diào)節(jié)閥，風量調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)通風管道中的通風量。

監(jiān)控器含有一個顯示屏，用于顯示攝像頭拍攝畫面和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中各傳感器的實時監(jiān)測值。監(jiān)控器還包含控制和操作平臺，用于局部通風機監(jiān)控裝置的整體調(diào)控和歷史監(jiān)控記錄查詢。攝像頭的安裝位置處設(shè)置有照明燈，便于在光線不足條件下對局部通風機主機的監(jiān)控[3]。照明燈的燈光可以進行亮度和色溫調(diào)節(jié)，照明燈的調(diào)節(jié)裝置信號連接至控制器?？梢暬O(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置連接有聲光報警器，聲光報警器信號連接至監(jiān)控器和管道內(nèi)監(jiān)控裝置、管道外監(jiān)控裝置，聲光報警器在局部通風機異常時進行地面和礦下多位置聲光報警。監(jiān)控器信號連接至局部通風機主機和風量調(diào)節(jié)閥，用于對局部通風機開關(guān)與閉合、轉(zhuǎn)速、氣壓的調(diào)節(jié)。

2.2 工作原理

監(jiān)控裝置在應用時，將可視化監(jiān)控裝置、在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置、聲光報警器、風量調(diào)節(jié)閥分別設(shè)置在局部通風機主機處和通風管道處，將數(shù)據(jù)信號連接至地面監(jiān)控中心的監(jiān)控器上；設(shè)備通過可視化監(jiān)控裝置的攝像頭拍攝畫面，工作人員可以及時查看局部通風機主機的運行狀況和局部通風機主機周圍的環(huán)境狀況。當光線不足時，可以控制調(diào)節(jié)照明燈，保證拍攝畫面的環(huán)境光處于適合拍攝的狀態(tài)。通過在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，可以及時了解通風管道內(nèi)的風壓、風速、風量信息，并通過風量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)通風管道內(nèi)的風量，也可以及時了解通風管道外甲烷、一氧化碳、氧氣濃度，將這些氣體的濃度控制在合理的范圍內(nèi)；當局部通風機的工作出現(xiàn)異常時，通過地面和礦下多位置的聲光報警器進行聲光報警，由地面控制中心進行合理指揮和調(diào)度。

2.3 特點分析

1）該新型煤礦用局部通風機監(jiān)控裝置包含了可視化監(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置，一方面可以通過可視化監(jiān)控裝置直接觀測到局部通風機的運行狀況和運行環(huán)境，防止局部通風機的葉片因故障或外界環(huán)境而出現(xiàn)停轉(zhuǎn)或風口阻塞等現(xiàn)象；另一方面可以通過在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中的各個傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時連接通風管道內(nèi)的風速、風壓、風量狀況以及通風管道外甲烷、一氧化碳、氧氣的濃度狀況，做到對局部通風機的全面監(jiān)控[4-5]。

2）可視化監(jiān)控裝置和在線數(shù)據(jù)監(jiān)控裝置中連接的無線信號收發(fā)器可以實時將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控器，便于地面的監(jiān)控人員及時了解到局部通風機各個位置的狀況。

3）聲光報警器設(shè)置于地面和礦下的多個位置，根據(jù)局部通風機的運行狀況出現(xiàn)的不同問題或礦下的甲烷、一氧化碳、氧氣濃度出現(xiàn)異常，在多個位置發(fā)出不同的聲光報警信息，提醒工作人員及時排除障礙或者進行緊急安全疏散撤離，從而保證礦下作業(yè)的安全與正常進行。

4）監(jiān)控器接入顯示屏、控制和操作平臺，便于地面監(jiān)控人員的監(jiān)測、管理和維護，及時了解礦下和地面的監(jiān)測數(shù)據(jù)情況，并且實現(xiàn)遠程操控局部通風機的運行[6]。

5）風量調(diào)節(jié)閥通過控制通風管道中的風量大小，并通過控制器來實現(xiàn)對井下?lián)Q風量的遠程控制。

3 實踐應用及效果分析

晉煤集團澤州天安朝陽煤業(yè)公司位于山西省晉城市澤州縣東張村，設(shè)計生產(chǎn)能力90 萬t/年，斜井開拓方式，現(xiàn)主要開采9 號和15 號煤層。15 號煤層采用綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理為全部垮落法。移交生產(chǎn)時在15 號煤層一采區(qū)布置1 個15101 綜采工作面，采用切頂沿空留巷、無煤柱開采工藝。在15 號煤層二采區(qū)配備2 個綜掘工作面，采掘比為1∶2。

當前采用新型煤礦用局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)對朝陽煤業(yè)公司15 號煤層開采工作面通風系統(tǒng)局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，該監(jiān)控系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖

該新型煤礦用局部通風機監(jiān)控系統(tǒng)可準確地對局部通風機各類信號參數(shù)進行采集顯示，當通風機壓力超過閥值時，可及時對該信息進行報警，并對各類故障信號進行匯總、分析和處理。

該監(jiān)控系統(tǒng)各項性能穩(wěn)定、功能齊全，與其他監(jiān)控系統(tǒng)相比，具有更好的智能化監(jiān)控效果，可實時對局扇風機多方式、多項目、全方位的監(jiān)控，直觀地體現(xiàn)局部通風機的運行工況，同時設(shè)置有聲光報警器，當局扇風機的運行狀況出現(xiàn)問題時，及時通過聲光報警器進行預警報警，保證礦下作業(yè)的安全有序進行。

新型監(jiān)控系統(tǒng)的應用為局部通風機機械部件的定期加油潤滑、緊固等檢修作業(yè)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)，可以更好地為預防性和計劃性檢修工作服務，對保證企業(yè)監(jiān)控通風機運行良好、提高通風系統(tǒng)運行穩(wěn)定性具有重要作用。