趙 鑫

（華陽集團(tuán)五礦機(jī)運(yùn)區(qū)，山西 陽泉 045000）

引言

煤礦空氣壓縮機(jī)，簡(jiǎn)稱空壓機(jī)，它主要是通過壓縮的方式降低該質(zhì)量下的空氣體積，相較于未壓縮前形成較大的空氣壓力，并將其積聚的壓力轉(zhuǎn)換為動(dòng)力帶動(dòng)一些相關(guān)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，如空氣錘設(shè)備、風(fēng)鎬設(shè)備、風(fēng)動(dòng)鑿巖、裝巖機(jī)械設(shè)備以及風(fēng)鉆等相關(guān)設(shè)備[1]。針對(duì)一些事故多發(fā)的礦井，包括易涌出有害氣體、瓦斯煤塵等易發(fā)生爆炸等，相對(duì)于電氣設(shè)備，空壓機(jī)等風(fēng)動(dòng)設(shè)備優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯。除此之外，在掘進(jìn)礦山巖石施工作業(yè)中，此種壓風(fēng)設(shè)備具有較強(qiáng)的沖擊力能夠鉆削礦井中堅(jiān)硬的巖石。雖然空壓機(jī)在礦井生產(chǎn)中適用性強(qiáng)，但其在惡劣的運(yùn)行工況下事故頻發(fā)。常見事故包括，風(fēng)包缺陷、供風(fēng)不足、積碳燃燒以及風(fēng)包爆炸等，對(duì)施工人員以及施工環(huán)境造成了一系列的安全威脅。這些主要是由于對(duì)空壓機(jī)監(jiān)測(cè)不到位，安全保護(hù)措施采取不及時(shí)，過多的積炭燃燒導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式主要是基于煤礦安全員的在施工現(xiàn)場(chǎng)抄表監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)水平技術(shù)落后、繁瑣，極大地影響了煤礦安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)的生產(chǎn)效率。為解決這一問題，開設(shè)礦井空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的研究也是一項(xiàng)重要的研究課題。

1 工程概況

某煤礦井上安裝4 臺(tái)空壓機(jī)，井下安裝6 臺(tái)空壓機(jī)。在井上，空壓機(jī)機(jī)房距辦公大樓600 m；在井下，空壓機(jī)分布總長為2 500 m?？諌簷C(jī)在井下分布情況詳細(xì)如下：井上空壓機(jī)機(jī)房距井口約400 m；井口距-600 m 水平下井口600 m；-600 m 水平下井口距-850 m 水平上井口480 m；-850 m 水平上井口距-850 m 水平下井口250 m；-850 m 水平下井口距井下壓縮機(jī)機(jī)房610 m，井下壓縮機(jī)機(jī)房則總長160 m，如圖1 所示。

圖1 某煤礦空壓機(jī)在井上、井下的分布情況

該煤礦使用的空氣壓縮機(jī)為螺旋桿式，它主要通過輸出壓縮氣為井下的相關(guān)設(shè)備提供動(dòng)力支持，相較于電力設(shè)備，其無火花產(chǎn)生、避免觸電事故的發(fā)生、低負(fù)載等運(yùn)行特點(diǎn)[2]。除此之外，該類型空氣壓縮機(jī)具有高效率、低噪音、小振動(dòng)以及使用穩(wěn)定等特點(diǎn)。該空壓機(jī)主要由七大機(jī)構(gòu)組成，包括三個(gè)工作過程：首先，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，由進(jìn)氣口通入空氣，密封進(jìn)入該機(jī)體的空氣；接著，壓縮氣體則空氣壓力上升，當(dāng)該壓力壓縮至規(guī)定值，停止壓縮即壓縮完成；最后，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，由排氣口排出壓縮空氣[3]。

2 工程參數(shù)

該礦空壓機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其壓力、溫度以及流量等相關(guān)數(shù)值都在一定范圍內(nèi)，這些值也作為監(jiān)測(cè)參考，一旦超過限定值，則發(fā)生信號(hào)報(bào)警。相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)以及閥值如表1 所示。

表1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)參數(shù)及其數(shù)值

除此之外，該空壓機(jī)應(yīng)具備自動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，包括以下幾個(gè)方面：當(dāng)空壓機(jī)的排氣溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，需斷開常閉觸點(diǎn)，空壓機(jī)則停止工作。具體地說，針對(duì)井上空壓機(jī)，其排氣預(yù)警溫度為100 ℃，停機(jī)溫度為110 ℃；針對(duì)井下空壓機(jī)，排氣正常工作溫度為75～90 ℃，超出規(guī)定溫度范圍5 ℃，設(shè)備直接停機(jī)；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所排出氣體的壓力范圍，排氣壓力的正常范圍為0.8 MPa；當(dāng)水流量的壓力處于0.2 MPa 以下時(shí)，發(fā)生報(bào)警后停機(jī)；各類機(jī)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生堵塞現(xiàn)象，則會(huì)直接報(bào)警，包括空氣過濾器、油氣分離以及過濾器等相關(guān)設(shè)備構(gòu)件；可直接顯示出空壓機(jī)低水流量、過載、過高的軸溫以及排氣溫度異常等現(xiàn)象。

3 工程方案

針對(duì)第一部分確定出的井上井下各4 臺(tái)和6 臺(tái)空氣壓縮機(jī)，其中，井上空壓機(jī)選擇型號(hào)LU400-200型空氣壓縮機(jī)；井下空壓機(jī)則選擇MGL型空氣壓縮機(jī)，第二部分給出了所設(shè)置遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的參數(shù)以及系統(tǒng)功能，本部分主要詳細(xì)闡述整個(gè)煤礦應(yīng)用空氣壓縮機(jī)的工程方案。

該煤礦的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括兩個(gè)子系統(tǒng)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)主要指上位機(jī)子系統(tǒng)；下位機(jī)為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及控制子系統(tǒng)。上位機(jī)由工控機(jī)進(jìn)行控制，其井上、井下空氣壓縮機(jī)的相關(guān)傳輸數(shù)據(jù)可由可編程邏輯控制器編輯處理并且經(jīng)總線的方式傳輸至上位機(jī)。下位機(jī)則是由PLC 控制器來控制設(shè)備以及采集數(shù)據(jù)的完成。倘若設(shè)備在正常運(yùn)行過程中超出所設(shè)定參數(shù)范圍，則會(huì)有聲光等報(bào)警聲發(fā)生并提示相關(guān)操作人員排除故障并實(shí)施相應(yīng)的處理措施。為便于集中管理統(tǒng)一調(diào)度，該礦總辦公室亦可接受到相關(guān)異常信號(hào)，及時(shí)調(diào)整并發(fā)布處理方案。

針對(duì)井上空壓機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)主要是輸入于可編程控制器PLC 中，它主要采取的通訊口為485，并選取Modbus 作為協(xié)議模式進(jìn)行協(xié)議。所采集的井上空壓機(jī)數(shù)據(jù)包括溫度、壓力、流量、壓縮機(jī)主機(jī)一、二以及磁力啟動(dòng)器的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)485 通訊和井上的工控機(jī)兩者間進(jìn)行交換數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)。

井下空壓機(jī)的一些狀態(tài)包括：運(yùn)行、電源、過流、漏電、高溫、反向、斷相、過載、油氣分離器堵、油過濾器堵等，可經(jīng)磁力啟動(dòng)器的智能芯片進(jìn)行指示。老版井下壓縮機(jī)購買時(shí)間早，由指針式機(jī)械表監(jiān)測(cè)溫度、壓力的示數(shù)，現(xiàn)主要是通過利用壓力傳感器、溫度傳感器等智能化設(shè)備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為壓力、溫度等模擬信號(hào)進(jìn)行采集；先前無485 通訊，現(xiàn)主要通過溫度以及流量等信號(hào)，采用的設(shè)計(jì)理念為模塊化，其網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能主要是利用遠(yuǎn)程PC 機(jī)且顯示屏為現(xiàn)場(chǎng)可觸摸型，整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精確、穩(wěn)定且具有可視化功能。該煤礦的井下-850 m 已被確定為瓦斯突出礦井，所涉及的儀器儀表均需符合GB3836的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于該煤礦的6 臺(tái)井下空壓機(jī)間的間隔較遠(yuǎn)，在每臺(tái)空壓機(jī)旁都應(yīng)加之一臺(tái)PLC 控制器，便于后續(xù)整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的擴(kuò)展與升級(jí)且也有利于傳感器的走線布置，方便高效。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的礦井設(shè)備存在設(shè)備老化，技術(shù)落后等問題，以某礦井為研究對(duì)象，完成了礦井空壓機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的研究。根據(jù)其井上井下空壓機(jī)的分布情況，確定出需監(jiān)測(cè)的具體項(xiàng)目及參數(shù)，規(guī)定出其正常監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行值范圍。將繼電器的機(jī)械觸點(diǎn)轉(zhuǎn)換為由PLC 控制的電子觸點(diǎn)，采用智能化傳感器，如此控制，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單便捷且易于操作。