司海波

（山西高平源野煤業(yè)有限公司機電管理部，山西 晉城 048000）

引言

我國大多數煤礦采用井工作業(yè)的方式進行，在生產過程中具有一定的危險性。在此背景下，建立井下高效的預防救災體系對于煤礦的安全生產至關重要。目前在我國煤礦生產中所使用的自動風門系統，其在通風調節(jié)、安全監(jiān)測及災害預防等方面的功能較少，對礦井的安全生產缺乏足夠的保障。對煤礦井下風門系統進行智能化設計，可實現井下通風設備及各種監(jiān)測設備的實時監(jiān)測與控制，當發(fā)生災害時，可通過地面的遠程控制中心進行控制，實時監(jiān)測現場的粉塵、溫度等環(huán)境參數，實現通風控制的自動化、智能化，為組織救災工作提供參考，保證救災工作的快速高效進行[1]。

1 智能化自動風門系統的功能需求

煤礦開采過程中的井下環(huán)境惡劣，一旦發(fā)生災害事故，會造成較大的設備、資源損失及人員傷亡。在災害的預防、發(fā)生及發(fā)展過程中，自動風門系統能夠預防和控制礦井事故[2]。自動風門系統可對井下的環(huán)境進行監(jiān)測及控制，集成了設備控制、環(huán)境監(jiān)測及遠程控制的功能。依據自動風門系統實現的功能不同，系統整體包含三個功能模塊，具體如圖1所示。

圖1 系統功能分類

1）風門控制及運行參數監(jiān)測模塊對井下相關風門的開關位置及故障進行監(jiān)測，實現人員及車輛進出風門時的自動提示及控制，執(zhí)行遠程控制中心發(fā)出的風門開關、噴霧開關等指令。在控制方式上，遠程控制與本地控制相結合。當有災害事故發(fā)生時，系統能第一時間正確執(zhí)行相關指令操作。智能風門具有風門兩側圖像的監(jiān)視功能，能夠實現遠程控制的復位。

2）音、視頻監(jiān)控信號采集模塊能實現對井下風門位置實時動態(tài)圖像的采集及遠程語音的播報功能。通過對井下風門位置的實時監(jiān)控，可以掌握井下工作人員及車輛的進出情況，為遠程監(jiān)控中心提供圖像監(jiān)測，并對井下的行進路線進行追蹤。當有災害發(fā)生時，通過現場監(jiān)控畫面進行實時的救災播報，可提高救援的有效性[3]。在正常的生產工作時，也可查看井下風門的通過率等，并進行會議、通知等語音的播報。

3）環(huán)境傳感器信號采集模塊主要用于對風門周邊位置的環(huán)境參數進行采集，包括監(jiān)測點位置的粉塵、溫度、煙霧等，實時地傳輸風門附近的環(huán)境信息，并進行信息的記錄。當存在環(huán)境參數異常時，依據系統響應進行語音報警，并提示工作人員參與，避免環(huán)境的進一步惡化，預防災害事故的發(fā)生。

2 智能化自動風門系統的功能實現

智能化自動風門監(jiān)控系統的主要結構如下頁圖2所示，主要通過地面主服務器、采集系統、井下不同的風門設備、工業(yè)網絡及控制軟件等實現自動監(jiān)控及控制運行的功能[4]。

圖2 智能化自動風門系統結構

自動控制風門結構如下頁圖3所示，主要包括鋼結構的風門本體、推桿、攝像頭、噴頭、紅外傳感器等。依據礦井流動進出的需求，風門可分為單道風門及雙道風門，依據礦井的分布及作業(yè)需求進行不同位置的布置，保證正常的生產作業(yè)及災害發(fā)生時的有效救援及撤離。風門控制裝置采用單片機控制芯片，用于接收遠程控制中心的指令。采用RS485串口通信的方式實現對環(huán)境傳感器信息的傳輸，采用RS232通信接口作為備用接口。采用X5045系統看門狗用于對系統進行保護，當系統存在故障時，實現系統的自動恢復，保證系統的穩(wěn)定工作[5]。

圖3 自動控制風門結構

系統中的紅外傳感器能實現對人員及車輛進出的檢測，當有人員或車輛通過風門時，傳感器為控制器提供信號；噴頭連接系統的水箱，實現噴霧的功能。水箱內部裝有水壓監(jiān)測傳感器及電動球閥，實時對管路內的水壓進行監(jiān)測，保證系統水壓的穩(wěn)定，當監(jiān)測異常時，及時進行報警，提醒工作人員進行維修。當有災害發(fā)生時，噴頭進行噴灑操作形成水霧，可以阻止火勢的蔓延，同時實現巷道內的降溫，避免災害事故的進一步惡化。

視頻服務器接收模擬信號，經過壓縮后，將視頻信號傳輸至主機中，每套風門中安裝兩套視頻監(jiān)控裝置，保證系統的穩(wěn)定工作，實時監(jiān)測風門處的進出情況。攝像頭采用防爆高清攝像頭，通過RS232接口與主控器實現通信，通過快速接頭與綜合控制箱的網絡交換機進行互聯，形成系統內的數據高速傳輸。風門控制系統的電路連接框圖如圖4所示。

圖4 風門控制裝置電路連接圖

依據系統監(jiān)測的環(huán)境信息，進行多種環(huán)境傳感器的布置，主要包括粉塵傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯龋到y配備DC5 V、DC12 V工作電源，實現對巷道內環(huán)境信息的監(jiān)測。

3 結語

煤炭的井下開采作業(yè)環(huán)境復雜，容易發(fā)生各種危險災害事故，對礦井的資源及作業(yè)人員造成極大的危害。采用智能化的自動風門系統，實現風門的遠程自動化控制，不僅可以提高煤礦工作面的自動化程度，還可以對井下的風流等環(huán)境進行實時監(jiān)控，對井下的抗險救災提供幫助，保證礦井的安全生產。智能化自動風門系統采用本地控制結合遠程控制的方式，實現風門控制及運行參數監(jiān)測、音視頻監(jiān)控信號采集及環(huán)境傳感器信號采集的功能，通過將環(huán)境監(jiān)測及音視頻的監(jiān)控融合進救災風門系統，并且加入救災時的預案措施，可以實現礦井智能化的預防及救災，對于礦井的智能抗災具有重要的意義。在使用過程中，應不斷提高系統的穩(wěn)定性及可靠性，并避免災害事故對系統的影響，保證系統的長期工作，提高礦井的安全性。