張利忠

（華陽集團山西新元煤炭有限責任公司，山西 晉中 045400）

引言

煤炭開采時受到瓦斯涌出、冒頂、粉塵等多種不安全因素制約，給礦井生產(chǎn)帶來嚴重影響，如何避免井下出現(xiàn)安全事故是煤炭回采時首先需要解決的問題[1-2]。近些年來，隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提升，煤炭開采量隨之加大，井下通風路線長度顯著增加，通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨復雜，井下布置的通風設(shè)施數(shù)量也不斷增多[3-5]。風門是井下常用的通風設(shè)施，在風量調(diào)節(jié)中起到顯著作用。由于風門兩側(cè)存在有壓差，風門漏風會降低通風設(shè)施應用效果甚至會導致通風系統(tǒng)短路，給井下生產(chǎn)安全帶來顯著威脅[6-7]。為此，提出一種井下風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)，以期能提高風門漏風監(jiān)測自動化水平，并提高井下通風系統(tǒng)可靠性。

1 風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.1 監(jiān)測原理

現(xiàn)階段風門漏風常用的監(jiān)測方法包括示蹤氣體法、風表直接測定法、風阻法等，針對山西某礦井下實際情況，并綜合不同漏風測定方法測定特點，提出采用壓差法對風門漏風情況進行測定。在風門兩側(cè)位置各布置一個風壓傳感器，具體布置見圖1。將壓力傳感器高、低壓口分別布置在風門兩側(cè)，當測定的風壓差值超過預先設(shè)定閾值后，則判定風門存在漏風，則漏風監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)出漏風警報，提醒工作人員及時前去處理；當測定風壓在閾值內(nèi)時，則監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)進行監(jiān)測。

圖1 風壓傳感器布置示意圖

1.2 風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包括有數(shù)據(jù)采集模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、信號處理模塊以及信息通信模塊等，其中信息通信采用RS485 方式，并預留有無線通信接口。在風門內(nèi)布置的風壓傳感器外殼采用結(jié)構(gòu)堅硬的鋁合金保護，主要結(jié)構(gòu)為OEM硅壓阻式差壓芯體，高、低壓接口采用旋塞以及M10 螺紋結(jié)構(gòu)。具體風壓傳感器接線方式見圖2 所示。

圖2 風壓傳感器接線方式

2 風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)應用分析

2.1 礦井通風系統(tǒng)概況

山西某礦生產(chǎn)能力為180 萬t的現(xiàn)代化礦井，通風方式為中央并列式，在回風井布置的2 臺型號均為FBCNo26.5/1600的主要通風機，配合使用的電動機功率為1 400 kW。隨著礦井開采范圍的不斷增加，現(xiàn)階段井下布置有多處風門，但是由于某些風門未能及時進行修整，導致漏風量較大，從而使得礦井通風系統(tǒng)工作效率較低。若采用人工測量方式對風門是否漏風進行測定，不僅需要耗費大量的人力而且時間耗時較長。為此，礦井提出采用風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)對風門是否漏風進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果提出風門修整技術(shù)措施。

2.2 風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備配置

根據(jù)井下風門布置情況以及對通風系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性影響程度，決定在現(xiàn)階段主采區(qū)內(nèi)的風門布置漏風監(jiān)測系統(tǒng)，從而降低生產(chǎn)投入?，F(xiàn)階段礦井生產(chǎn)集中在五采區(qū)，采區(qū)內(nèi)共有車場聯(lián)絡(luò)巷風門、3個聯(lián)絡(luò)巷（1 號至3 號）風門等4 個風門。在風門內(nèi)布置風壓傳感器可實時對風門兩側(cè)風壓差進行監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果傳輸至地面通風部以及監(jiān)控中心。當風門正常工作面時，風門兩側(cè)風壓壓差處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，一旦風門出現(xiàn)較為明顯的漏風時，則風門內(nèi)外壓差出會降低，當降低幅度超過設(shè)定閾值時，表明風門漏風量較大，此時風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)會發(fā)出警報信號。井下漏風風門位置、地面監(jiān)控中心以及通風部均會收到報警信息，從而實現(xiàn)對重要風門漏風情況的實時監(jiān)測。

2.3 風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)安裝

在五采區(qū)進風巷內(nèi)布置一臺PLC 控制器，用以對采區(qū)內(nèi)布置的4 臺風壓傳感器監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸及處理。PLC 采集到的風壓傳感器監(jiān)測結(jié)果通過井下布置的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)傳輸至地表。

風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)工作精準性的關(guān)鍵在于風壓傳感器工作精度。因此，為了降低風壓傳感器測定結(jié)果誤差，在風壓傳感器高、低壓接口連接的膠皮管高低應確保一直，安裝完成后應定期對風壓傳感器進行校核并檢查膠皮管是否出現(xiàn)破損，確保監(jiān)測設(shè)備可以平穩(wěn)運行。在風門位置布置的風壓傳感器應按下述要求安裝：在風壓傳感器安裝之前采用遙控器對數(shù)據(jù)進行調(diào)零處理；風壓傳感器應垂直布置，同時安裝時應避免受到振動或者強烈沖擊影響；風壓傳感器布置在位置牢靠，頂板無淋水、完好，并且附近圍巖無變形位置。

2.4 應用效果分析

在井下五采區(qū)進主要風門布置風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)后對系統(tǒng)運行情況進行考察分析，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可實現(xiàn)對主要聯(lián)絡(luò)巷風門實時在線監(jiān)測，當監(jiān)測到風門兩側(cè)壓差小于設(shè)定閾值后，即會發(fā)出預警信息，礦井多次發(fā)現(xiàn)五采區(qū)風門嚴重漏風情況，后通過采取緊急應對措施后，風門漏風情況得以顯著改善，可見在一定程度上提升了礦井通風系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

1）采用風門漏風監(jiān)測系統(tǒng)風壓傳感器對風門兩側(cè)風壓值進行測定，當監(jiān)測到風門兩側(cè)風壓壓差小于設(shè)定閾值時，則該系統(tǒng)會發(fā)出預警信息，表示監(jiān)測位置的風門存在漏風。

2）在山西某礦應用該風門監(jiān)測系統(tǒng)后，實現(xiàn)了對主要風門漏風監(jiān)測，從而提升了礦井有效風量率?，F(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)礦井有效風量率由86.2%提升至92.5%，井下通風系統(tǒng)通風阻力有2 189 Pa 降低至1 823 Pa，取得顯著的應用效果。