劉榮卿

(山西寧武大運(yùn)華盛能源集團(tuán)莊旺煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036000)

華盛莊旺煤業(yè)屬于低瓦斯礦井，礦井的范圍大、井下風(fēng)機(jī)數(shù)量多，其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到井下綜采作業(yè)人員的人身安全。目前井下通風(fēng)系統(tǒng)采用了“三專(zhuān)兩閉鎖”的管理模式，通風(fēng)系統(tǒng)、礦井供電系統(tǒng)均處于獨(dú)立工作的狀態(tài)，而且各個(gè)區(qū)域的通風(fēng)機(jī)分散度高，無(wú)法進(jìn)行集中的控制，因此為了確保通風(fēng)安全，只能在每個(gè)區(qū)域內(nèi)配置專(zhuān)業(yè)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和維護(hù)人員，便于及時(shí)處理風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障，確保風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)整個(gè)華盛莊煤業(yè)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)看護(hù)人員數(shù)量高達(dá)156人，不僅人員數(shù)量多而且人工對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的方案效率低、可靠性差，無(wú)法滿(mǎn)足井下通風(fēng)安全的需求。

為了解決以上問(wèn)題，提升通風(fēng)系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化水平，開(kāi)發(fā)了一套新的礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)，將地面控制中心、變電所和各個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)礦區(qū)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、智能報(bào)警和聯(lián)動(dòng)調(diào)控，極大地提升了通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明該系統(tǒng)能夠?qū)⒕卵膊槿藛T數(shù)量降低67%，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障率降低87.6%，為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制奠定了基礎(chǔ)，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)

根據(jù)煤礦井下的實(shí)際情況，要求該通風(fēng)控制系統(tǒng)具有以下功能[1]：

1) 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下風(fēng)量、風(fēng)速、瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度的智能監(jiān)測(cè)；

2) 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速、振動(dòng)情況和風(fēng)機(jī)溫度的智能監(jiān)測(cè)；

3) 能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交互和控制，滿(mǎn)足遠(yuǎn)距離對(duì)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整的需求；

4) 系統(tǒng)能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)漏電監(jiān)測(cè)、閉鎖試驗(yàn)監(jiān)測(cè)等，當(dāng)監(jiān)測(cè)到運(yùn)行故障信號(hào)后能夠自動(dòng)對(duì)故障位置進(jìn)行定位和分析，將故障結(jié)果傳遞給地面控制中心，幫助操作人員能夠進(jìn)行故障的快速定位和解決。根據(jù)以上需求，華盛莊煤業(yè)所提出的新的礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，如第98頁(yè)圖1所示。

由圖1可知，華盛莊煤業(yè)礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括了地面控制中心、井下變電所以及井下風(fēng)機(jī)組三個(gè)部分，地面控制中心主要用于顯示井下各通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，便于監(jiān)控人員能夠第一時(shí)間掌握相關(guān)信息，同時(shí)該控制中心還能夠通過(guò)控制終端向?qū)?yīng)的風(fēng)機(jī)發(fā)出運(yùn)行調(diào)節(jié)指令，滿(mǎn)足遠(yuǎn)程人工干預(yù)控制需求。井下變電所控制中心主要是匯總煤礦井下所有風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后傳遞到計(jì)算機(jī)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中控制和采集。井下風(fēng)機(jī)組是整個(gè)礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，主要是對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和井下環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)通風(fēng)情況的智能調(diào)整。

2 通風(fēng)系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了滿(mǎn)足礦井通風(fēng)系統(tǒng)集中供電和控制的需求，華盛莊煤業(yè)對(duì)采區(qū)的供電系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，將區(qū)域內(nèi)變電所的專(zhuān)用高壓配線裝置轉(zhuǎn)移到風(fēng)機(jī)配電點(diǎn)1回專(zhuān)用移動(dòng)變電站和2回專(zhuān)用移動(dòng)變電站處[2]。在采區(qū)內(nèi)布置一個(gè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，通過(guò)RS485通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)通信接口將區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行連接，滿(mǎn)足集中供電和集中數(shù)據(jù)采集分析的需求。實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)故障的及時(shí)預(yù)警和故障分析，優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)供電結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)供電系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)示意圖

3 礦井通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為了滿(mǎn)足礦井通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，華盛莊煤業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)，將各類(lèi)傳感器設(shè)備利用通信電纜進(jìn)行連接，其控制方式采用RS485通信協(xié)議，在各個(gè)采區(qū)內(nèi)分布的控制器則利用光纖進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)通信，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸效率和安全性的需求[3]，優(yōu)化后的礦井通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

由圖3可知，在該通信系統(tǒng)中，當(dāng)傳感器設(shè)備對(duì)風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析后，將其傳輸?shù)酵ㄐ沤泳€盒內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡鋬?nèi)緊湊存儲(chǔ)，并通過(guò)光纖傳遞給交換機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的二次交換，最終將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心內(nèi)，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖傩院桶踩孕枨蟆?/p>

圖3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)示意圖

該數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和老系統(tǒng)相比，優(yōu)點(diǎn)在于采用了總線控制和模塊化組合的思想，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)根據(jù)井下的實(shí)際風(fēng)機(jī)分布來(lái)進(jìn)行靈活布置，同時(shí)能夠最大限度地利用井下現(xiàn)有的通信光纜，降低通信系統(tǒng)的改造難度。

4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案

通過(guò)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況的分析，其最常見(jiàn)的故障為主回路斷電故障[4]，一旦發(fā)生將導(dǎo)致整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行失效，因此為了滿(mǎn)足在緊急情況下的通風(fēng)安全需求，華盛莊煤業(yè)提前設(shè)置了礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)急預(yù)案。

主回路斷電應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)礦井通風(fēng)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在正常情況下兩組風(fēng)機(jī)的運(yùn)行由開(kāi)關(guān)AI和BI控制，若1回路出現(xiàn)故障斷電，則系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)開(kāi)關(guān)AII進(jìn)行合閘，確?；芈?上風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)將顯示回路1故障并持續(xù)發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，提醒巡查人員及時(shí)處理。

5 優(yōu)化效果分析

該系統(tǒng)研制成功后，華盛莊煤業(yè)對(duì)礦井通風(fēng)、供電控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地面控制中心、礦井變電所以及井下風(fēng)機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)測(cè)和集中控制，根據(jù)對(duì)優(yōu)化前后的應(yīng)用情況對(duì)比，優(yōu)化后井下風(fēng)機(jī)管理人員的數(shù)量由156人降低到了目前的52人，人員數(shù)量減少了66.7%，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的故障數(shù)量由最初的16次/月降低到了目前的1.98次/月，平均降低了87.6%，顯著地提升了礦井通風(fēng)安全性。

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)華盛莊煤業(yè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)分散無(wú)法進(jìn)行集中控制、人員巡查效率低、可靠性差的不足，提出了一種新的礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)，對(duì)該通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的優(yōu)化方案進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1) 礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障識(shí)別、故障定位和遠(yuǎn)程控制功能；

2) 礦井通風(fēng)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括了地面控制中心、井下變電所以及井下風(fēng)機(jī)組三個(gè)部分，能夠根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)通風(fēng)情況的智能調(diào)整；

3) 該系統(tǒng)能夠?qū)⒕卵膊槿藛T數(shù)量降低67%，將風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障率降低87.6%，為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的智能控制奠定了基礎(chǔ)，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。