殷 浩

（晉能控股煤業(yè)集團白洞礦業(yè)公司， 山西 大同 037031）

1 5114 巷概述

晉能控股煤業(yè)集團白洞礦業(yè)公司5114 巷位于301 盤區(qū)南部左翼的最北部。工作面東部為井田邊界，西部為盤區(qū)的皮帶、材料、回風巷，南部為實煤區(qū)，北部為301 盤區(qū)東部的皮帶、軌道及回風巷。

5114 巷設(shè)計長度為1 316 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.7 m，巷道掘進煤層為石炭系5 號層，301 盤區(qū)南部煤層基本呈一單斜構(gòu)造，本工作面前800 m 煤層走向近于E-W，傾向近于N，傾角約為3°，以后走向變?yōu)楸蔽?、南東向，傾向北東，傾角變大到150°。工作面范圍內(nèi)煤層情況見表1 所示。

表1 工作面范圍內(nèi)煤層情況

5114 巷采用綜合機械化掘進工藝，采用EBZ260 型掘進機掘進，采用SSJ-800 型帶式輸送機運煤，巷道掘進期間在距巷口20 m 新鮮風流處安裝兩臺FBD 型局部通風機，風機功率為55 kW，供風量為394 m3/min，風機通過直徑為1.0 m 柔性風筒將新鮮風流引入工作面；局部通風機采用雙回路供電方式，風機配套設(shè)備主要包括400 A 聯(lián)鎖開關(guān)、聯(lián)鎖斷電器、風筒傳感器等。

由于在巷道掘進過程中風機運行周期長、安全管理維護不到位等，導致風機在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在風流中粉塵濃度高，增加了新鮮風流中粉塵濃度，風機電機溫度高，主風機故障后無法及時切換風機等。對此，白洞礦通過研究決定對井下局部通風機安裝一套遠程故障監(jiān)控系統(tǒng)[1-2]。

2 風機遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）局部通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、PLC 控制器、泡沫抑塵系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)以及降溫裝置等組成，如圖1 所示。

圖1 礦用局部通風機遠程故障監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2）地面控制系統(tǒng)主要包括上位機系統(tǒng)、顯示器、信號接口等部分組成，控制系統(tǒng)主要對井下集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集，具有打印報表、實時監(jiān)控等功能。

3）PLC 控制器是整個系統(tǒng)控制核心，控制器分別與聯(lián)鎖開關(guān)、故障監(jiān)測系統(tǒng)連接，主要用于數(shù)據(jù)收集、信號處理以及指令發(fā)送等動作。

4）故障檢測系統(tǒng)主要由各類傳感器組成，主要包括粉塵濃度傳感器、切換故障傳感器、溫度傳感器等部分組成；粉塵濃度傳感器安裝在風機吸風口前方5.0 m 處，設(shè)定的粉塵質(zhì)量濃度動作保護值為15 mg/m3，切換故障傳感器與原風機切換裝置連接；溫度傳感器設(shè)定溫度動作值為80 ℃，安裝在風機電機與機罩之間。

5）泡沫抑塵系統(tǒng)主要由電控液閥、泡沫生產(chǎn)器、旋轉(zhuǎn)噴頭等部分組成，電控液閥分別與聯(lián)鎖開關(guān)以及泡沫生產(chǎn)器連接，通過聯(lián)鎖開關(guān)控制可實現(xiàn)電控液壓開關(guān)動作。

6）降溫裝置主要安裝在電機護罩壁上，通常采用風冷方式進行降溫，該降溫裝置主要由5 kW 驅(qū)動電機、供風管路等部分組成，降溫裝置與聯(lián)鎖開關(guān)連接。

3 風機遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

3.1 風機降溫原理

1）局部通風機在運行過程中，當風機電機溫度達80 ℃時通過溫度傳感器監(jiān)測后，及時將收集的溫度數(shù)據(jù)上傳至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號后對降溫器傳送“開啟”指令，以及對局部通風機400 A聯(lián)鎖開關(guān)傳送“切換”指令。

2）降溫器開啟后及時對主風機電機進行降溫，同時局部通風機400 A 聯(lián)鎖開關(guān)通過風機切換作用，對主副風機進行切換，保證工作面正常供風。

3）當主風機電機降溫至40 ℃以下時，溫度傳感器再次將信號傳送至PLC 控制器內(nèi)，控制器及時對降溫器發(fā)送“關(guān)閉”指令，降溫器接收指令后停止對風機電機風冷降溫處理；同時同聯(lián)鎖開關(guān)控制作用主副風機自動切換。

3.2 泡沫降塵工作原理

1）風機在運行過程中，當風機前方粉塵濃度傳感器檢測到新鮮風流中粉塵質(zhì)量濃度達15 mg/m3時，粉塵濃度傳感器將收集數(shù)據(jù)及時上傳至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號后通過聯(lián)鎖開關(guān)對泡沫抑塵系統(tǒng)中的電控液閥進行供電，電控液閥供電后及時對泡沫生產(chǎn)器內(nèi)高壓供水。

2）泡沫生產(chǎn)器內(nèi)添加發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑，在高壓水流作用下產(chǎn)生高濃度的泡沫顆粒，并在風壓作用下將泡沫通過分配器、高壓旋轉(zhuǎn)噴頭噴出，從而對新鮮風流進行降塵作用。

3）當進風流中的粉塵質(zhì)量濃度低于10 mg/m3時，粉塵濃度傳感器再次將數(shù)據(jù)信號傳送至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號后對數(shù)據(jù)進行處理分析，并對泡沫除塵系統(tǒng)中的聯(lián)鎖開關(guān)發(fā)送“關(guān)閉”信號，聯(lián)鎖開關(guān)接收信號后對電控液閥進行斷電動作，泡沫抑塵裝置停止工作。

3.3 切換故障工作原理

傳統(tǒng)局部主副風機之間存在自動切換功能，即當主風機停止供風后通過自動切換功能自動打開副風機繼續(xù)供風；但是當主風機電機出現(xiàn)故障但處于非正常供風狀態(tài)，風機無法正常自動切換，從而導致采掘工作面出現(xiàn)供風不足現(xiàn)象，而通風機遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，切換故障傳感器安裝在主風機上，主要對主風機故障進行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)主風機出現(xiàn)故障但仍處于供風狀態(tài)下，故障傳感器將故障信號發(fā)送至PLC 控制器，控制器通過聯(lián)鎖控制作用強制關(guān)閉主風機電源，實現(xiàn)主副風機自動切換。

3.4 地面控制系統(tǒng)工作原理

PLC 控制器對各類數(shù)據(jù)處理后將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過電纜傳送至井底車場網(wǎng)絡交換站內(nèi)，井底網(wǎng)絡交換站與井口網(wǎng)絡交換站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進行信號傳遞，并實時上傳至地面上位機系統(tǒng)內(nèi)，并采用專用組態(tài)軟件將各類信號進行成像處理，并通過顯示器進行顯示，便于操作人員遠程對集控系統(tǒng)運行狀況、故障情況等進行實時監(jiān)測[3-5]。

4 結(jié)論

對白洞礦5104 巷局部通風機安裝一套遠程故障監(jiān)測系統(tǒng)后，通過3 個月實際應用，取得了顯著應用成效：

1）該系統(tǒng)自動化水平高，監(jiān)測動作靈敏可靠，實現(xiàn)了風機實時無人值守監(jiān)控，提高了監(jiān)控效率，降低了人工監(jiān)控室勞動作業(yè)強度。

2）該系統(tǒng)能夠?qū)︼L機電機溫度、進風流粉塵濃度以及切換故障進行監(jiān)測，并及時作出動作保護指令，大大降低了局部通風機故障率，保證了風機安全高效運輸。

3）5104 巷局部通風機安裝該套監(jiān)控系統(tǒng)后，巷道在后期掘進過程中進風流平均粉塵質(zhì)量濃度控制在8 mg/m3以下，提高了供風風流質(zhì)量；未出現(xiàn)一起因主風機電機高溫導致的電機燒毀等事故，保證了局部通風故障快速切換，取得了顯著的應用成效。