王慧杰

（山西省汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

0 引言

井下壓風(fēng)機(jī)為煤礦井下多種設(shè)備以及工作場所提供動力，壓風(fēng)機(jī)需要24 h 不間斷運(yùn)行。對壓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，提高壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性并降低運(yùn)行能耗，對提高煤礦安全生產(chǎn)保障能力及經(jīng)濟(jì)效益有一定促進(jìn)意義[1-3]。遠(yuǎn)程控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行無人值守，同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障實(shí)時(shí)監(jiān)測；智能化可對壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)智能分析，對存在的隱患進(jìn)行智能分析、識別，提供實(shí)時(shí)預(yù)警信息，同時(shí)智能化可自動采集工作參數(shù)，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，并根據(jù)井下壓風(fēng)需要調(diào)整壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，降低壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗[4-7]。本文就以山西某礦地面壓風(fēng)機(jī)為例，根據(jù)現(xiàn)場情況提出將遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)應(yīng)用到壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制中，在提升井下壓風(fēng)質(zhì)量同時(shí)降低壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗。

1 工程概況

山西某礦設(shè)計(jì)產(chǎn)能180 萬t/a，采用斜井開拓方式，主采煤層包括3 號、5 號、7 號、13 號等，采用綜采開采工藝。礦井使用的壓風(fēng)機(jī)為3 組型號LGS-68/10G 螺桿式空壓機(jī)，單組空壓機(jī)額定排氣量、排氣壓力分別為68 m3/min、1.0 MPa，配套的電機(jī)功率為450 kW?？諌簷C(jī)運(yùn)行時(shí)需安排人員專門值守，常規(guī)生產(chǎn)情況下，1 組空壓機(jī)運(yùn)行即可滿足采掘作業(yè)面壓風(fēng)需要；在高負(fù)荷生產(chǎn)條件下，需要安排3 組空壓機(jī)同時(shí)啟動。在空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，需要安排工作人員依據(jù)工況風(fēng)量需要調(diào)節(jié)壓力，而煤礦井下各工作地點(diǎn)壓風(fēng)需求量會有一定差異，若采用人工開停壓風(fēng)機(jī)方式調(diào)節(jié)風(fēng)壓時(shí)，存在風(fēng)壓調(diào)節(jié)不及時(shí)或者供風(fēng)不穩(wěn)定等問題，不利于壓風(fēng)機(jī)管理；現(xiàn)場管理時(shí)，需工作人員實(shí)時(shí)測量風(fēng)量，不僅增大工作量，而且存在一定測量偏差，同時(shí)頻繁開啟空壓機(jī)不僅增加設(shè)備磨損而且增大電能消耗?，F(xiàn)有的空壓機(jī)未安裝監(jiān)測系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測，若出現(xiàn)故障時(shí)，無法及時(shí)預(yù)警。現(xiàn)有的礦井壓風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 礦井壓風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)思路及恒壓供風(fēng)技術(shù)

2.1 總體遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)思路

通過定時(shí)開關(guān)、傳感器以及感應(yīng)裝置等構(gòu)建壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并以視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人工調(diào)度系統(tǒng)等為基礎(chǔ)構(gòu)成視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以標(biāo)準(zhǔn)化管理、大數(shù)據(jù)分析以及精準(zhǔn)管控為目標(biāo)構(gòu)建遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控以及遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制構(gòu)成閉環(huán)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)。通過在空壓機(jī)上應(yīng)用遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)運(yùn)行無人值守及自動化運(yùn)行，同時(shí)通過監(jiān)控中心可掌握空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)、遠(yuǎn)程控制空壓機(jī)運(yùn)行[8-9]。具體關(guān)鍵技術(shù)如下：

1）進(jìn)水、排水系統(tǒng)遠(yuǎn)程智能控制。用電動進(jìn)水球閥替換原有手動進(jìn)水球閥，以便實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)水遠(yuǎn)程控制，由于壓風(fēng)機(jī)排水無壓力因此保持原有排水球閥類型不變；在熱水池及冷卻水池中均增設(shè)1 組水位傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測水池液位；用無底閥水泵替代原有離心泵，并對水泵運(yùn)行進(jìn)行自動化遠(yuǎn)程改造；在水泵進(jìn)水管路上增設(shè)水壓傳感器，監(jiān)控中心可掌握壓風(fēng)機(jī)上水情況；水泵總管上增設(shè)水溫傳感器，以便為報(bào)警系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等遠(yuǎn)程智能化控制提供數(shù)據(jù)支持。

2）儲氣裝置遠(yuǎn)程智能控制。在各儲氣裝置上增設(shè)溫度傳感器，用以實(shí)時(shí)監(jiān)測儲氣裝置內(nèi)溫度；將污球閥類型由手動控制改為遠(yuǎn)程電動控制，并安裝智能定時(shí)開關(guān)與遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)每天自動排污，同時(shí)遠(yuǎn)程控制中心可實(shí)時(shí)掌握排污數(shù)據(jù)。

3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行畫面實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便更好地應(yīng)對突發(fā)情況。

4）升級控制系統(tǒng)。在原有的PLC 控制系統(tǒng)中增設(shè)視頻輔助監(jiān)控模塊、傳感器監(jiān)測模塊、遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制模塊、數(shù)據(jù)分析報(bào)警模塊以及閉環(huán)管理系統(tǒng)等，以便提升遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)應(yīng)用可靠性。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成示意圖

2.2 恒壓供風(fēng)技術(shù)

在供風(fēng)系統(tǒng)中，多組壓風(fēng)機(jī)串聯(lián)使用可有效解決單組壓風(fēng)機(jī)使用時(shí)存在的供風(fēng)壓力不穩(wěn)定問題。通過使用聯(lián)控壓風(fēng)機(jī)組恒壓供風(fēng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下壓風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)壓力平穩(wěn)。恒壓供風(fēng)技術(shù)主要通過在供風(fēng)系統(tǒng)終端布置風(fēng)壓傳感器實(shí)現(xiàn)風(fēng)壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，控制系統(tǒng)依據(jù)原先設(shè)定的風(fēng)壓指標(biāo)來動態(tài)調(diào)節(jié)壓風(fēng)機(jī)組各設(shè)備單元運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)測壓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、儲氣管溫度以及高壓柜電流信號等，并經(jīng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析，將報(bào)警信息、控制信息以及結(jié)果信息等均顯示到遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)位于監(jiān)控中心的調(diào)度顯示屏上。

通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測壓風(fēng)總管壓力，并通過實(shí)時(shí)變頻調(diào)壓、調(diào)整同時(shí)運(yùn)行的壓風(fēng)機(jī)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量精準(zhǔn)控制、降低電能消耗。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

3.1 節(jié)能降耗分析

通過采用遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)，壓風(fēng)機(jī)組可實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行，降低空轉(zhuǎn)時(shí)間以及能耗，電能消耗約節(jié)約10%，空壓機(jī)組年可直接節(jié)省電能消耗約190 MWh，年可減少電費(fèi)投入約10 萬元。同時(shí)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)無須安排專人進(jìn)行值守，在壓風(fēng)機(jī)房不需要布置操作崗位、監(jiān)測崗位，通過地面集中監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行日常管理，現(xiàn)場減少工作人員4 名，每年直接節(jié)省人力資源投入超過14.4 萬元。將冷卻水泵類型改為無底閥水泵后，水泵維護(hù)工作量更小、運(yùn)行效率更好，年直接節(jié)省設(shè)備維護(hù)費(fèi)用超過1 萬元。綜上，通過在壓風(fēng)機(jī)組上使用遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)后，年可直接節(jié)省空壓機(jī)運(yùn)行、管理及維護(hù)等費(fèi)用超過26 萬元。

3.2 安全保障能力分析

1）采用遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)后，可實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測以及運(yùn)行控制，提高壓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行可靠性及安全保障能力。在遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)應(yīng)用后，壓風(fēng)機(jī)組曾出現(xiàn)電動機(jī)前軸溫度過高情況，系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，避免電動機(jī)出現(xiàn)燒毀或者高溫引起火災(zāi)事故等情況。

2）在監(jiān)控中心，工作人員可實(shí)時(shí)掌握空壓機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，以便快速應(yīng)對突發(fā)事件。遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)可依據(jù)各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)以及壓風(fēng)機(jī)管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)壓機(jī)組工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。多臺壓風(fēng)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行提升壓風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)能力，并可根據(jù)井下用風(fēng)需求調(diào)整供風(fēng)量，避免出現(xiàn)供風(fēng)過?；蛘吖╋L(fēng)能力不足等問題。對遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)應(yīng)用2 年內(nèi)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)井下壓風(fēng)供風(fēng)效果得以有所提升，有助于提升井下生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

空壓機(jī)智能化控制是煤礦智能化管理的重要組成單元，為提高壓風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性、提升壓風(fēng)質(zhì)量，提出將遠(yuǎn)程智能化控制技術(shù)應(yīng)用到空壓機(jī)運(yùn)行控制中。采用先進(jìn)的信息化技術(shù)、恒壓供風(fēng)技術(shù)，以及通信系統(tǒng)、傳感器監(jiān)測技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)壓風(fēng)機(jī)組遠(yuǎn)程控制?，F(xiàn)場應(yīng)用后，空壓機(jī)組可實(shí)現(xiàn)自動化、無人值守控制，監(jiān)控中心可實(shí)時(shí)掌握空壓機(jī)組運(yùn)行情況，同時(shí)空壓機(jī)組在運(yùn)行期間維護(hù)工程量小、運(yùn)行穩(wěn)定，取得較好應(yīng)用效果。通過將遠(yuǎn)程智能化控制技術(shù)應(yīng)用到壓風(fēng)機(jī)組運(yùn)行控制中，在一定程度上提升了井下壓風(fēng)質(zhì)量，有助于提升采掘工作效率。