王池延

（晉神能源有限公司沙坪洗煤廠， 山西 忻州 036500）

引言

選煤廠作為煤炭分選的場所，在實際生產(chǎn)中存在瓦斯安全隱患問題。根據(jù)相關(guān)標準規(guī)定，當工作面現(xiàn)場的瓦斯?jié)舛瘸^1.0%以上時，應(yīng)將鄰近區(qū)域20 m處的電氣設(shè)備全部停機；當走廊中的瓦斯?jié)舛瘸^0.5%以上時，應(yīng)將走廊中的非本質(zhì)安全性電源斷電。當前，選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)其本質(zhì)與綜采工作面的設(shè)計思路一致，在實際應(yīng)用中存在瓦斯傳感器報警錯誤導(dǎo)致現(xiàn)場誤動作、風(fēng)機能耗嚴重、現(xiàn)場噪聲嚴重以及檢修不方便等問題[1]。本文將基于模糊控制理念完成選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，并對其應(yīng)用效果進行驗證。

1 選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

選煤廠的主要功能是完成原煤的運輸、洗選以及最終精煤產(chǎn)品的運輸。當前，選煤廠的功能相對齊全，且控制精度較高，對應(yīng)的生產(chǎn)率較高、產(chǎn)品質(zhì)量也優(yōu)越。對于選煤廠而言，瓦斯?jié)舛容^高的場所位于煤倉，且主要聚集在煤層的頂部和上隅角?？偟膩碇v，選煤廠煤倉的瓦斯?jié)舛茸兓俣认鄬徛?，不同于綜采工作面瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)突變的現(xiàn)象。因此，針對選煤廠的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)需根據(jù)選煤廠瓦斯特點完成相關(guān)、關(guān)鍵器件的選型，從而達到最佳的控制效果。

根據(jù)《選煤廠安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)范要求，針對選煤廠儲存、裝運、洗選等位置處出現(xiàn)瓦斯超限的問題，必須及時采取有效的防治措施[2]。對于選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)而言，在相對惡劣的工作環(huán)境能否準確的對現(xiàn)場瓦斯?jié)舛鹊臋z測是實現(xiàn)其功能的關(guān)鍵。此外，選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)實現(xiàn)如下功能要求：

1）重點對選煤廠現(xiàn)場的煤倉內(nèi)部以及轉(zhuǎn)載點處的瓦斯?jié)舛冗M行檢測，并具備對監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲、顯示的功能；

2）當檢測到煤倉或者轉(zhuǎn)載點的瓦斯?jié)舛瘸鱿拗岛螅诎l(fā)出報警功能的同時應(yīng)啟動通風(fēng)機；

3）具備實現(xiàn)上位機與各個分站點進行通信的功能。

結(jié)合上述功能需求，設(shè)計的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

如圖1 所示，瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)分為管理層、監(jiān)控層、控制層以及設(shè)備層。設(shè)備層主要指在現(xiàn)場安裝的瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱屯L(fēng)機；控制層為根據(jù)設(shè)備層所采集到的瓦斯?jié)舛?，在現(xiàn)場控制柜中的PLC 對數(shù)據(jù)進行處理后，結(jié)合通風(fēng)機的實時工作狀態(tài)對其進行調(diào)整；監(jiān)控層為現(xiàn)場瓦斯?jié)舛?、通風(fēng)機等參數(shù)的實時顯示于存儲；管理層主要是實現(xiàn)上位機對系統(tǒng)的控制功能[3]。

2 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計

2.1 硬件設(shè)計

2.1.1 關(guān)鍵設(shè)備的選型

結(jié)合圖1 中所設(shè)計的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，本節(jié)重點完成關(guān)鍵設(shè)備的選型設(shè)計。參照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀表使用管理規(guī)范》的相關(guān)章程，并結(jié)合選煤廠的實際生產(chǎn)情況，所選型的關(guān)鍵設(shè)備如下頁表1 所示。

表1 選煤廠關(guān)鍵設(shè)備選型結(jié)果

2.1.2 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c通風(fēng)機相對位置的確定

結(jié)合現(xiàn)場對選煤廠煤倉瓦斯?jié)舛鹊姆植记闆r進行測量，以煤倉頂部的瓦斯?jié)舛茸罡?。因此，將瓦斯?jié)舛葌鞲衅髌洳贾糜诿簜}設(shè)備層頂部2 m 的位置；將通風(fēng)機機布置于煤倉頂部，分別距離煤倉倉壁1 m 的位置。煤倉瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c通風(fēng)機安裝的相對位置如圖2 所示。

圖2 瓦斯?jié)舛葌鞲衅髋c通風(fēng)機在煤倉安裝的相對位置

2.1.3 防爆設(shè)計

選煤廠瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)的需充分考慮防爆設(shè)計，具體防爆措施如下：

1）為瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計相應(yīng)的電氣隔爆外殼，保證外殼具有足夠的強度和密封性，保證內(nèi)部發(fā)生爆炸時不會將能量傳出去；

2）對于系統(tǒng)所配置的類似于真空接觸器的電氣元件應(yīng)為其加裝相應(yīng)的防護設(shè)施，以避免火花引發(fā)爆炸；

3）當系統(tǒng)檢測到瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)超標嚴重后，設(shè)計對應(yīng)的防爆策略切斷選煤廠的所有供電電路，以保證生產(chǎn)的安全性[4]。

2.2 軟件設(shè)計

根據(jù)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯墓δ苄枨蠛陀布目傮w結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)以瓦斯監(jiān)控主程序為主，其中包括對系統(tǒng)的初始化、自檢、模擬量轉(zhuǎn)化、通信程序、數(shù)據(jù)交換以及系統(tǒng)的自動運行程序等。

瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的主要軟件功能除了根據(jù)實際采集到的瓦斯?jié)舛葘νL(fēng)機的運行狀態(tài)調(diào)整外；還有一項重要功能為保證通風(fēng)機的能耗為最低。本節(jié)重點對實現(xiàn)通風(fēng)機的節(jié)能運行進行研究。

針對通風(fēng)機的節(jié)能運行，主要通過保證通風(fēng)機的通風(fēng)量實時與現(xiàn)場瓦斯?jié)舛葌鞲衅魉鶛z測到的數(shù)據(jù)相關(guān)；解決當前通風(fēng)機勻速運行工況時，在瓦斯?jié)舛容^小時所導(dǎo)致的電能浪費。因此，本文監(jiān)控系統(tǒng)除了以PLC 控制器為核心對通風(fēng)機的運行狀態(tài)進行控制外，為其增加模糊控制算法實現(xiàn)對通風(fēng)機的精準控制[5]。

對于模糊控制而言，主要是根據(jù)被控制對象完成模糊控制器的設(shè)計，并制定合理、高效的模糊控制規(guī)則。

基于模糊控制某選煤廠瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果主要表現(xiàn)為兩方面：其一對選煤廠現(xiàn)場瓦斯?jié)舛鹊目刂菩Ч?；其二對選煤廠通風(fēng)機節(jié)能運行控制的效果。

2.2.1 選煤廠瓦斯?jié)舛瓤刂菩Ч?/p>

現(xiàn)場采用本文所設(shè)計的基于模糊控制的瓦斯安全控制系統(tǒng)后，對現(xiàn)場東側(cè)風(fēng)機入口、西側(cè)風(fēng)機入口等位置的實時瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測。

新系統(tǒng)的應(yīng)用可將現(xiàn)場瓦斯?jié)舛茸畹涂刂圃?.2%以下，對應(yīng)最好的瓦斯?jié)舛纫膊粫^0.4%，而且在達到最高點后瓦斯?jié)舛锐R上下降，說明基于模糊控制的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)具有極好的響應(yīng)特性。

2.2.2 通風(fēng)機節(jié)能運行效果

對選煤廠投入基于模糊控制的瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)前后通風(fēng)機的耗能進行對比。實踐表明，在1 d 的工作時間內(nèi)，基于新設(shè)計的瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)可節(jié)約電能21.3%。

3 結(jié)語

選煤廠作為煤炭的分選場所在實際生產(chǎn)中會出現(xiàn)瓦斯超限的問題，影響著選煤廠的安全運行。不同的是，選煤廠的瓦斯?jié)舛茸兓鄬徛?，不會像綜采工作面出現(xiàn)瓦斯突出的情況。結(jié)合選煤廠的瓦斯分布特點，本文主要完成了基于模糊控制的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，并總結(jié)如下：

1）基于模糊控制的瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)可將現(xiàn)場瓦斯?jié)舛瓤刂圃跇藴史秶畠?nèi)，并在瓦斯?jié)舛壬愿叩那闆r及時增大通風(fēng)機的風(fēng)量以達到降低瓦斯?jié)舛鹊哪康模?/p>

2）基于模糊控制的瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)通風(fēng)機的節(jié)能運行，節(jié)能效果高達21.3%。