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        煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制方法及策略

        2022-06-29 03:18:49陳銀龍徐世鋒
        裝備維修技術(shù) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:控制方法策略

        陳銀龍 徐世鋒

        摘 要:經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會(huì)的進(jìn)步推動(dòng)了我國綜合國力的提升,也使得了采礦工程建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于調(diào)整煤礦井下氣候,保證工人的正?;顒?dòng)具有十分重要的意義。煤礦智能化中,智能通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)屬于重要的輔助系統(tǒng)之一。智能通風(fēng)部分對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)感知、通風(fēng)設(shè)備感知控制、智能通風(fēng)軟件系統(tǒng)等三方面做出了提升要求。而煤礦通風(fēng)發(fā)展現(xiàn)狀方面,現(xiàn)階段主要依靠人工和半人工的管理方式,通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平較低,與煤礦智能化建設(shè)要求差距較大?;诖耍疚闹饕獙?duì)煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制方法及策略做論述,詳情如下。

        關(guān)鍵詞:煤礦智能通風(fēng);局部通風(fēng)機(jī);控制方法;策略

        引言

        掘進(jìn)工作面通風(fēng)利用局部通風(fēng)機(jī)作動(dòng)力,通過風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)的通風(fēng)方法利用壓入、抽出式或者二者混合的方式實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng),一般按照甲烷、粉塵等排出所需并考慮最小需風(fēng)量綜合設(shè)計(jì)通風(fēng)量。在巷道掘進(jìn)過程中,對(duì)于沒有變頻控制的局部通風(fēng)機(jī),選定通風(fēng)機(jī)后,一般不調(diào)整通風(fēng)機(jī)動(dòng)力或者人工更換通風(fēng)機(jī)改變通風(fēng)動(dòng)力。對(duì)于能夠變頻控制的局部通風(fēng)機(jī),現(xiàn)場有經(jīng)驗(yàn)的人員按照自身經(jīng)驗(yàn)不定期地對(duì)局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整。但是以上兩種調(diào)整方式的共同點(diǎn)都是依靠人工經(jīng)驗(yàn)來判斷掘進(jìn)工作面需風(fēng)量,人為改變局部通風(fēng)動(dòng)力的狀況,沒有與現(xiàn)場甲烷、風(fēng)速等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。所以說局部通風(fēng)調(diào)節(jié)缺乏對(duì)現(xiàn)場實(shí)際需風(fēng)量分析,無法實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)或者智能控制。

        1局部通風(fēng)機(jī)控制方法

        在控制器選擇方面,存在兩種控制方式,第一種是采用相對(duì)獨(dú)立的可編程邏輯控制器PLC來實(shí)現(xiàn),采用可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序,執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。能夠通過監(jiān)測(cè)分站實(shí)現(xiàn)通風(fēng)相關(guān)參數(shù)的采集,按照控制策略分析后向變頻器發(fā)送控制信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)控制。這種方法不要求局扇控制裝置接入煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),可移植性好,適合現(xiàn)場監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)炔捎貌煌瑥S家產(chǎn)品的煤礦現(xiàn)場選用。已經(jīng)部署通風(fēng)系統(tǒng)平臺(tái)的煤礦現(xiàn)場,無需增加PLC控制柜,可通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)控制?;A(chǔ)數(shù)據(jù)采集由安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),通風(fēng)系統(tǒng)地面決策模塊完成控制邏輯分析,通過系統(tǒng)分站下發(fā)控制指令給局部通風(fēng)機(jī)配套的變頻器。其優(yōu)點(diǎn)是局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)、智能控制實(shí)現(xiàn)方便簡單,但是要求煤礦現(xiàn)場有較完整的安全和通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

        2煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略

        2.1礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

        煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略之一是礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性控制。煤礦的安全生產(chǎn)需要連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的通風(fēng),這就要求煤礦主通風(fēng)機(jī)始終保持穩(wěn)定可靠的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),以保證井道的通風(fēng)量。然而礦井環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜,主通風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境伴有大量渾濁污惡的氣流,并且工作電壓較大,以至于出現(xiàn)故障的概率較大;同時(shí)在倒機(jī)停機(jī)過程中,通風(fēng)機(jī)會(huì)頻繁發(fā)生啟動(dòng)失常,以及備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)存在不確定性等,上述情況都不能確保通風(fēng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。設(shè)計(jì)了一種新型通風(fēng)系統(tǒng)模型,其分別從主通風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)失穩(wěn)控制和主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常通風(fēng)失穩(wěn)防范兩個(gè)方向切入,建立了礦井主通風(fēng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的維護(hù)方案,同時(shí)確定了通風(fēng)失穩(wěn)的控制總目標(biāo),獲得了影響工況點(diǎn)的參數(shù)響應(yīng)。同時(shí),以此模型為基礎(chǔ),系統(tǒng)地討論了調(diào)節(jié)風(fēng)量的自動(dòng)控制方法,進(jìn)而得到控制通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)策略,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。將兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)列向布置對(duì)齊,同時(shí)分別在各自的風(fēng)道通道內(nèi)設(shè)置立風(fēng)門;當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),所對(duì)應(yīng)的立風(fēng)門開啟,同時(shí)備用風(fēng)機(jī)配備的立風(fēng)門關(guān)閉,若違背上述操作,則會(huì)使風(fēng)路出現(xiàn)短路,以及減小井下的有效抽風(fēng)量。改造升級(jí)的主通風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)。為了方便實(shí)施控制,構(gòu)建“通風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)”的控制對(duì)象模型。在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,添設(shè)了水平風(fēng)門,且備用通風(fēng)機(jī)可借助水平風(fēng)門隨時(shí)啟動(dòng)。此外,當(dāng)大氣與水平風(fēng)門連為一體時(shí),電機(jī)將調(diào)整到全開模式,此時(shí)風(fēng)阻值約等于零。備用風(fēng)機(jī)能夠平穩(wěn)輕載啟動(dòng),這樣就提升了電機(jī)安全平穩(wěn)啟動(dòng)的概率,進(jìn)而克服了主通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)故障等困難。

        2.2自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

        煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略之二是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。井下瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)控制系統(tǒng)由PLC智能控制系統(tǒng)、變頻器、局部通風(fēng)機(jī)及各個(gè)按鈕和警報(bào)信號(hào)燈等組成。既可以人工控制也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,整個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用PLC智能控制,以井下瓦斯?jié)舛葹閰⒖甲兞繉?shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)由PLC控制器、變頻器、通風(fēng)機(jī)和瓦斯?jié)舛葌鞲衅鹘M成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),該閉環(huán)控制系統(tǒng)以給定的瓦斯?jié)舛葹檩斎胫噶?,比較控制環(huán)節(jié)為PLC控制器,控制器控制變頻器來控制通風(fēng)機(jī)通風(fēng)量,被控對(duì)象為井下瓦斯等危害氣體的濃度,反饋環(huán)節(jié)為瓦斯等危害氣體的濃度傳感器,同時(shí)也要考慮到溫度對(duì)井下瓦斯?jié)舛鹊母蓴_,合理的通風(fēng)量是隨著礦井下瓦斯等危害氣體的濃度改變而改變的??刂圃頌椋鹤詣?dòng)檢測(cè)時(shí),瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑼咚節(jié)舛葌魅隤LC單片機(jī),處理后與給定的瓦斯?jié)舛戎诞a(chǎn)生偏差,該偏差傳遞給PLC控制模塊,通過PLC控制模塊自動(dòng)調(diào)整變頻器頻率來控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)速,當(dāng)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳒y(cè)得瓦斯?jié)舛雀邥r(shí),風(fēng)機(jī)風(fēng)俗加大,瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳒y(cè)得瓦斯?jié)舛鹊蜁r(shí),風(fēng)機(jī)風(fēng)速減小,最后實(shí)現(xiàn)隨著瓦斯?jié)舛鹊淖兓詣?dòng)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速的效果。自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置在礦井下實(shí)現(xiàn)了不同瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)機(jī)風(fēng)速的自動(dòng)調(diào)節(jié),也考慮了礦井下溫度對(duì)瓦斯?jié)舛鹊挠绊懀幢WC了瓦斯在規(guī)定濃度范圍內(nèi),也避免了風(fēng)速過大引起的灰塵和溫度引起的瓦斯?jié)舛茸兓?。以往大多?shù)礦井下的瓦斯排放都是人工檢測(cè)排放,這樣存在很大的安全隱患,對(duì)工人的安全有很大的威脅。自動(dòng)化檢測(cè)調(diào)節(jié)瓦斯?jié)舛葘?shí)現(xiàn)后,減少了工人的檢測(cè),也減少了人為引起的檢測(cè)結(jié)果誤差,工人礦井下工作安全性大大增加。

        2.3煤礦局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真

        煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略之三是煤礦局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真。目前,煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)普遍采用“一風(fēng)吹”工作模式,最大程度滿足通風(fēng)需求,但長期運(yùn)行時(shí)存在安全隱患、穩(wěn)定性不高、節(jié)能效果差。有些煤礦采用基于PID控制的局部通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng),但無法根據(jù)井下瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,調(diào)速算法落后。因此,研究煤礦局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于提高煤礦井下生產(chǎn)安全性、改善井下工作環(huán)境、節(jié)約電能具有重要的意義。隨著國家智能化礦井建設(shè)的不斷推進(jìn),模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸應(yīng)用于煤礦智能調(diào)速控制系統(tǒng)?;赥-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速方案在實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、跟隨性方面表現(xiàn)優(yōu)越,調(diào)速效果較好。

        結(jié)語

        總之,通過煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制,延長了風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒的使用壽命以及節(jié)能降耗的目的,滿足井下實(shí)際使用要求,可以進(jìn)一步在更多設(shè)備中研發(fā)并增加使用數(shù)量。

        參考文獻(xiàn)

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        [4]吉昌生.高瓦斯掘進(jìn)面瓦斯涌出規(guī)律分析[J].陜西煤炭,2019,38(3): 85-87.

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