董師帥，赤孟博

（河南永錦能源有限公司，河南 許昌 461670）

1 概述

211 巷道的開口處位于830 南翼皮帶巷內(nèi)部6號(hào)導(dǎo)線點(diǎn)前21.7 m，其角度為270°，沿9 號(hào)煤層的頂板進(jìn)行施工。掘進(jìn)巷道斷面的寬和高分別為4.8 m和3.0 m，巷道掘進(jìn)所采取的工藝為綜合化機(jī)械掘進(jìn)，掘進(jìn)長(zhǎng)度已經(jīng)有480 m。

211 巷道在掘進(jìn)的過(guò)程中采取局部通風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)施供風(fēng)，通風(fēng)機(jī)共有兩臺(tái)，功率為55 kW，型號(hào)為FBD，安裝部位處于巷道開口向北20 m 的進(jìn)風(fēng)流之內(nèi)。局部通風(fēng)機(jī)需要配置相應(yīng)的聯(lián)鎖開關(guān)，風(fēng)機(jī)所配置的專用電源將與1 號(hào)配電點(diǎn)的660 V 移變和3 號(hào)高壓配電開關(guān)進(jìn)行連接[1]。備用電池主要與2 號(hào)配電點(diǎn)的660 V 移變及8 號(hào)高壓配電開關(guān)進(jìn)行連接。風(fēng)機(jī)與風(fēng)筒形成連接，其中風(fēng)筒的半徑、長(zhǎng)度分別為0.5 m和10 m，其出風(fēng)口與作業(yè)面之間的距離<10 m。

在掘進(jìn)過(guò)程中，211 巷道內(nèi)每隔50 m 需要配置一個(gè)噴霧灑水降塵設(shè)備，該設(shè)備的工作原理為：借助巷道存在的靜壓作用，利用高壓噴頭將水源進(jìn)行霧化處理，以實(shí)現(xiàn)降塵效果，灑水量為0.5 m3/min。

2 原通風(fēng)防塵系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

1）自動(dòng)化水平較低。傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)采用的局部通風(fēng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切巷，需要人工介入切換，風(fēng)機(jī)進(jìn)行切巷的過(guò)程中不具備倒機(jī)不停風(fēng)的功能，供風(fēng)的過(guò)程中風(fēng)機(jī)即使發(fā)生故障也不能及時(shí)做出預(yù)警[2]。同時(shí)，地面操控室不能對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，不具備較高的自動(dòng)化水平，且極易發(fā)生故障。

2）無(wú)法有效控制風(fēng)流的溫度。傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)主要是借助局部通風(fēng)機(jī)向作業(yè)面壓入新鮮的風(fēng)流，由于該礦井存在較長(zhǎng)的通風(fēng)路線，其內(nèi)部的溫度一般為17 ℃，在掘進(jìn)的前期階段，該巷道的溫度相對(duì)較低，在后期的延伸工作中具備較高的穩(wěn)定性，供風(fēng)的風(fēng)流溫度無(wú)法達(dá)到施工要求。

3）無(wú)法調(diào)節(jié)風(fēng)速。在對(duì)該巷道的前200 m 進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，風(fēng)筒的漏風(fēng)系數(shù)及風(fēng)阻相對(duì)較小，作業(yè)面的風(fēng)速可以達(dá)到2.1 m/s。在掘進(jìn)之后，作業(yè)面形成的高速風(fēng)流將會(huì)導(dǎo)致作業(yè)面出現(xiàn)大量粉塵，不僅影響生產(chǎn)，而且在后期掘進(jìn)過(guò)程中也會(huì)不斷增加巷道內(nèi)部的阻力。當(dāng)掘進(jìn)工作進(jìn)行到500 m 的時(shí)候，作業(yè)面的風(fēng)速將會(huì)不斷降低，盡管可有效降低巷道內(nèi)部的粉塵濃度，但是回風(fēng)流內(nèi)部的風(fēng)速持續(xù)降低，導(dǎo)致污風(fēng)在巷道內(nèi)不斷擴(kuò)散，對(duì)掘進(jìn)工作產(chǎn)生影響[3]。

4）不具備較好的降塵效果。在掘進(jìn)過(guò)程中，該巷道的回風(fēng)流的粉塵質(zhì)量濃度將會(huì)達(dá)到132 mg/m3，利用以往噴霧灑水裝置來(lái)進(jìn)行除塵，無(wú)法取得較好的效果，在完成降塵操作之后，粉塵的質(zhì)量濃度將會(huì)達(dá)到90 mg/m3，可見度較低。同時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)備無(wú)法達(dá)到較大的灑水量，不僅會(huì)導(dǎo)致巷道內(nèi)存在大量的積水，巷道質(zhì)量無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而且大量的積水將會(huì)對(duì)巷道內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生極大的影響[4]。

3 智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

為了有效完善原通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行中的不足，該礦通風(fēng)科對(duì)其進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)化的通風(fēng)控制系統(tǒng)。

3.1 智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1）智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成主要有PLC 控制器、聯(lián)鎖開關(guān)和除塵系統(tǒng)等，如下頁(yè)圖1 所示。

2）地面操控系統(tǒng)的組成主要有以太網(wǎng)、上位機(jī)控制體系等。地面網(wǎng)路交換站借助以太網(wǎng)及井下的交換站來(lái)進(jìn)行信息交換。上位機(jī)控制體系的組成主要有打印機(jī)、主機(jī)等，而主機(jī)內(nèi)部安裝了FameVice 組態(tài)軟件，可以對(duì)通風(fēng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程展示[5]。

3）智能化供風(fēng)系統(tǒng)的組成主要為兩臺(tái)多功能的變頻風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)開關(guān)等，變頻風(fēng)機(jī)與PLC 控制器形成連接，這個(gè)風(fēng)機(jī)可以對(duì)頻速開展自動(dòng)化調(diào)節(jié)，有效控制風(fēng)速。

4)溫度風(fēng)速控制系統(tǒng)的組成部分主要有基站、風(fēng)速及溫度傳感器等，其中兩個(gè)傳感器的安裝部位處于掘進(jìn)作業(yè)面的迎頭，基站與PLC 控制器形成連接，可以利用PLC 控制器對(duì)兩個(gè)傳感器的保護(hù)值進(jìn)行設(shè)定[6]。

5）降塵系統(tǒng)的組成主要有集控器、泡沫抑塵器等，而與集控器相互連接的裝置主要有粉塵濃度傳感器、PLC 等，泡沫抑塵設(shè)備的組成部分主要有旋轉(zhuǎn)式高壓噴頭、電控液閥等。

3.2 智能化通風(fēng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理

3.2.1 溫度風(fēng)速控制系統(tǒng)的運(yùn)行原理

1）對(duì)于溫度、風(fēng)速兩種傳感器，可以利用PLC 控制器設(shè)定其保護(hù)值，兩者的保護(hù)值分別為22 ℃和1.5 m/s。

2）當(dāng)作業(yè)面的溫度<22 ℃時(shí)，溫度傳感器可以將采集到的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)交?，基站再將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳輸?shù)絇LC 控制器。該控制器在接收到信號(hào)之后，將會(huì)向聯(lián)鎖開關(guān)下發(fā)“加熱”指令，此時(shí)聯(lián)鎖開關(guān)與防爆電熱阻絲的電源進(jìn)行連接，溫控器通過(guò)將空氣引入到風(fēng)機(jī)來(lái)實(shí)施加熱，確保作業(yè)面的溫度可以維持在22 ℃。

3）當(dāng)作業(yè)面的溫度>22 ℃時(shí)，PLC 控制在經(jīng)過(guò)信號(hào)處理之后可以向聯(lián)鎖開關(guān)下發(fā)“制冷”指令，此時(shí)溫控器半導(dǎo)體制冷機(jī)的電源將會(huì)被打開，溫控器通過(guò)將風(fēng)流引入到風(fēng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行制冷，以降低作業(yè)面的溫度[7]。

4）當(dāng)作業(yè)面的風(fēng)速超出或低于1.5 m/s 的時(shí)候，風(fēng)速傳感器所采集的數(shù)據(jù)將會(huì)通過(guò)基站轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC 控制器內(nèi)部，該控制器在對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理之后，可以有效調(diào)節(jié)多功能變頻風(fēng)機(jī)頻速，確保作業(yè)面的風(fēng)筒出風(fēng)口維持1.5 m/s 的風(fēng)速。

3.2.2 回風(fēng)流降塵系統(tǒng)的運(yùn)行原理

1）PLC 控制器可以將粉塵質(zhì)量濃度傳感器的保護(hù)動(dòng)作值維持在15～50 mg/m3的范圍之內(nèi)，每隔200 m 就需要安裝一套降塵系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)高壓噴頭安裝在與頂板相距0.8 m 的部位。

2）當(dāng)巷道回風(fēng)流之內(nèi)的粉塵質(zhì)量濃度>50 mg/m3時(shí)，集控器可以將傳感器所采集的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)絇LC 控制器內(nèi)，該控制器在接收到信號(hào)之后，將會(huì)向聯(lián)鎖開關(guān)下發(fā)“開啟”指令，此時(shí)泡沫抑塵裝置的電控液壓電源將會(huì)打開，裝置開始運(yùn)行。

3）當(dāng)回風(fēng)流內(nèi)部的粉塵質(zhì)量濃度<20 mg/m3時(shí)，集控器可以將傳感器所采集的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)絇LC控制器內(nèi)，該控制器在接收到信號(hào)之后，向聯(lián)鎖開關(guān)下發(fā)“關(guān)閉”指令，此時(shí)泡沫抑塵裝置的電控液壓電源將會(huì)關(guān)閉，裝置停止運(yùn)行。

3.2.3 遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的運(yùn)行原理

1）對(duì)于風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、作業(yè)面的風(fēng)速、溫度等各個(gè)參數(shù)，PLC 控制器可利用信號(hào)線將其傳輸?shù)骄碌能噲?chǎng)網(wǎng)路交換站內(nèi)，該交換站再利用以太網(wǎng)及井筒內(nèi)部的信號(hào)基站，傳輸至井口的網(wǎng)路交換站，這一交換站再借助信號(hào)線將其傳輸?shù)降孛娌倏厥业闹鳈C(jī)內(nèi)[8]。

2）地面操控室所采取的主機(jī)中設(shè)計(jì)了一套Fame-Vice 組態(tài)軟件，該軟件的運(yùn)行原理為：借助顯示器直觀顯示通風(fēng)控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中各個(gè)元件的狀態(tài)，操作人員可以對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并且修改其中的相關(guān)參數(shù)。同時(shí)，在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可以借助打印機(jī)繪制曲線圖。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)開展技術(shù)研究，本礦井通風(fēng)科針對(duì)211 巷道采用的通風(fēng)系統(tǒng)在前期掘進(jìn)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并對(duì)其加以改良，設(shè)計(jì)了一套智能化的通風(fēng)控制系統(tǒng)，在礦井的實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。

1）具有較高的自動(dòng)化水平。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自動(dòng)化水平，在掘進(jìn)過(guò)程中極大地提升了運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)也確保了掘進(jìn)工作安全、順利進(jìn)行。而在應(yīng)用該系統(tǒng)之后，井下不需要再安排專業(yè)人員來(lái)看守通風(fēng)系統(tǒng)，極大地節(jié)省了人力資源。

2）完成了溫度及風(fēng)速的調(diào)節(jié)控制。該系統(tǒng)可以對(duì)作業(yè)面產(chǎn)生的風(fēng)流溫度、風(fēng)速進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)控，促使211 巷道在掘進(jìn)工作中維持恰當(dāng)?shù)臏囟?、風(fēng)速，為工作人員營(yíng)造了穩(wěn)定可靠的工作環(huán)境。

3）增強(qiáng)了除塵效果。與傳統(tǒng)噴霧灑水除塵設(shè)備相對(duì)比，該裝置主要是利用泡沫來(lái)對(duì)粉塵進(jìn)行吸附，其吸附性及除塵性較好。通過(guò)實(shí)際運(yùn)用發(fā)現(xiàn)，泡沫在吸附粉塵之后，回風(fēng)流中存在的粉塵質(zhì)量濃度<20 mg/m3以下，而且極大防止了靜壓水的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)噴霧灑水階段產(chǎn)生的巷道污水進(jìn)行了有效處理，取得了顯著的效果。