郝榮鑫

（潞安化工集團(tuán)古城煤礦，山西長(zhǎng)治046100）

確保巷道工作面的通風(fēng)和防止瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)是礦井巷道工作面的基本要求，確保巷道內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)能夠正常工作，對(duì)于保障工作人員的安全和生產(chǎn)效率有重要意義。為確保局部通風(fēng)設(shè)備的正常運(yùn)行，必須采取更為可靠的監(jiān)視手段，目前有的采取儀表模擬顯示的方法，有的則是使用專門的通風(fēng)裝置進(jìn)行監(jiān)視。目前我國(guó)煤礦大多使用模擬儀表，但是使用這種儀表存在許多問(wèn)題，例如必須設(shè)置專職的工作人員24h進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)值班，并對(duì)儀器表板的電子和氣體的濃度進(jìn)行記錄，一旦出現(xiàn)通風(fēng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不順暢或出現(xiàn)問(wèn)題，必須向地面監(jiān)測(cè)中心報(bào)告，按照現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)計(jì)劃的指令進(jìn)行換班和維修，這種方法不僅需要大量的人員和資源，而且很可能造成操作上的差錯(cuò)，既難以保證電力和煤氣資料的實(shí)時(shí)收集和通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足礦井少人、減人甚至無(wú)人的需要。針對(duì)某些特殊的通氣機(jī)監(jiān)視與監(jiān)測(cè)，以達(dá)到通氣設(shè)備的信息化，必須設(shè)計(jì)一臺(tái)單獨(dú)的、功能較強(qiáng)的、具有相應(yīng)的軟件和軟件測(cè)試環(huán)境，以達(dá)到通風(fēng)扇的工作狀態(tài)。但是，這種方法的實(shí)際操作成本比較高。針對(duì)部分使用特殊通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與監(jiān)測(cè)，以達(dá)到通氣設(shè)備的信息化，必須要有一個(gè)單獨(dú)的、功能相對(duì)獨(dú)立的、與之相匹配的軟件和硬件測(cè)試平臺(tái)，以達(dá)到通風(fēng)扇的工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。但是，這種方法的實(shí)際操作成本比較高[1]。

潞安某礦為了解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)功能單一、數(shù)據(jù)信息量少、可靠性差等問(wèn)題，潞安化工集團(tuán)研制了KJ1303礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能是通風(fēng)監(jiān)控，不僅可以作為一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，而且可以與現(xiàn)有的礦井供電監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成。該裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)局部排風(fēng)器的電力運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前工作面的風(fēng)量計(jì)算統(tǒng)計(jì)、當(dāng)前風(fēng)速計(jì)算統(tǒng)計(jì)、當(dāng)前環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)前環(huán)境濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)前氣體環(huán)境濃度數(shù)據(jù)；通過(guò)對(duì)目前的一氧化碳環(huán)境濃度的分析，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)風(fēng)壓風(fēng)量的變化進(jìn)行了分析，確定了風(fēng)壓風(fēng)量的大小，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)三個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整，確保了工作面的有害氣體濃度在安全范圍內(nèi)[2]。在確保安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)；同時(shí)，該系統(tǒng)還采用了移動(dòng)電話和視頻圖像與監(jiān)視設(shè)備的連鎖機(jī)制，利用APP的管理軟件，可以對(duì)整個(gè)平臺(tái)進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備的自動(dòng)控制，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)視頻圖像傳輸與報(bào)警功能。

在此基礎(chǔ)上，研制并應(yīng)用了一種新型的局部通風(fēng)口智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)ζ溥\(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證其正常運(yùn)行，保證礦井通風(fēng)與安全生產(chǎn)，本系統(tǒng)將各種信息技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的各項(xiàng)功能[3]。在此基礎(chǔ)上開發(fā)和使用了這種新型的局域式通風(fēng)口的智能化控制，可以對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保其正常工作，為礦井的通風(fēng)和安全生產(chǎn)提供了可靠的保障，該系統(tǒng)集成了多種信息技術(shù)，并在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的功能。

1 系統(tǒng)基本架構(gòu)設(shè)計(jì)

KJ1303 礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)局域通風(fēng)機(jī)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及周圍參數(shù)進(jìn)行持續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可多方向切換、啟停，具備自動(dòng)排氣功能，具有一鍵快速送電，單機(jī)雙機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)操作。該系統(tǒng)具有完善的功能，操作便捷?？梢砸远喾N可視化的形式將風(fēng)扇的操作數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)展現(xiàn)出來(lái)，支持?jǐn)?shù)據(jù)狀態(tài)信息的輸出和打印，可以通過(guò)移動(dòng)客戶端或者WEB進(jìn)行信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

該體系包括：遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置、風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)收集與轉(zhuǎn)發(fā)分站、礦用隔爆式和本安式真空饋電開關(guān)、煤礦用防爆型和本安型真空電磁起動(dòng)裝置，礦用防爆和本安型直流穩(wěn)壓電源，礦用本安型氣體傳感器和礦用本安型溫度傳感器，礦用本安型風(fēng)速傳感器，礦用本安型一氧化碳傳感器，礦用本安型震動(dòng)傳感器，礦井本安型網(wǎng)絡(luò)攝影儀、光線通訊環(huán)網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)交換器等主要設(shè)備[4]。圖1為該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)施后實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)效果如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)效果

2 系統(tǒng)運(yùn)行原理過(guò)程

（1）在當(dāng)?shù)仫L(fēng)機(jī)的裝置處裝有煤礦用的本安攝影儀、瓦斯傳感器和溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、一氧化碳傳感器、震動(dòng)傳感器等等。

（2）礦用本安攝影機(jī)主要是通過(guò)視頻的形式，實(shí)時(shí)、直觀地傳送當(dāng)?shù)仫L(fēng)機(jī)安裝點(diǎn)的影像資料。

（3）采用氣體傳感器對(duì)適用于礦井中0%～4%的CH4含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并利用遙控調(diào)節(jié)零點(diǎn)、靈敏度、設(shè)定警報(bào)，在甲烷含量超過(guò)設(shè)定的警報(bào)范圍后，利用該系統(tǒng)進(jìn)行聲光警報(bào)。

（4）溫度感應(yīng)器適用于有氣體或煤粉有爆炸性的地方，并且沒(méi)有明顯的振動(dòng)和沖擊，沒(méi)有破壞絕緣的腐蝕氣體[5]。

（5）采用風(fēng)速傳感器對(duì)礦井下環(huán)境中0.4～15m/s的風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并可通過(guò)遙控調(diào)節(jié)靈敏度，設(shè)定報(bào)警的閾值區(qū)間和報(bào)警方式，在風(fēng)速小于下報(bào)警值或大于上報(bào)警值時(shí)，由該傳感器依據(jù)報(bào)警方式設(shè)定報(bào)警信號(hào)，并根據(jù)報(bào)警方式設(shè)定報(bào)警信號(hào)。

（6）一氧化碳傳感器是一種能夠?qū)崟r(shí)顯示一氧化碳濃度的傳感器，它可以實(shí)時(shí)顯示礦井中的一氧化碳濃度，并可與礦井下的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相配合。

（7）該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)在風(fēng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)械振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由本地風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析和傳輸，由地面計(jì)算機(jī)對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（8）利用聲光報(bào)警系統(tǒng)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐L(fēng)分站進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)氣體質(zhì)量數(shù)據(jù)異常高，環(huán)境溫度異常高，風(fēng)速數(shù)據(jù)偏高；過(guò)高的一氧化碳含量數(shù)據(jù)或檢測(cè)到一個(gè)傳感終端和切換保護(hù)器終端通信異常、保護(hù)器保護(hù)或報(bào)警；當(dāng)出現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)立即啟用聲光報(bào)警裝置，并將報(bào)警信息發(fā)送至現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控中心，以便通知現(xiàn)場(chǎng)員工和工作人員，對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)的處置。

（9）主風(fēng)機(jī)真空電源開關(guān)/后備風(fēng)扇真空電源開關(guān)，真空雙電源真空電磁起動(dòng)機(jī)開關(guān)，為風(fēng)機(jī)供電。該開關(guān)內(nèi)置保護(hù)裝置，可對(duì)所攜帶的風(fēng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行電流、電壓、功率的控制，測(cè)量電量、功率因數(shù)等信息，遙控風(fēng)機(jī)設(shè)備。收集風(fēng)機(jī)設(shè)備的設(shè)備狀況和故障信息，遠(yuǎn)程設(shè)置風(fēng)機(jī)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置等[6]。

（10）本地風(fēng)機(jī)測(cè)試分站主做好礦井下各個(gè)部位的各個(gè)開度、低壓的綜合性防護(hù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)礦用本安攝影儀、瓦斯傳感器、風(fēng)速傳感器與地面監(jiān)控主站的通訊連接。數(shù)據(jù)通過(guò)光線環(huán)網(wǎng)在傳感器與主站之間傳遞，同時(shí)接受主站發(fā)送的控制指令。

由于生產(chǎn)廠家的不同，系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳感器、繼電保護(hù)器、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)之間的兼容性存在一定的問(wèn)題，根本原因在于通訊接口和通訊協(xié)議間的差別。為了保障通訊的穩(wěn)定，需要借助檢測(cè)分站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與中轉(zhuǎn)，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議的統(tǒng)一。該系統(tǒng)包括MOXA型通信管理機(jī)、自動(dòng)切換式逆變電源、光纖轉(zhuǎn)接箱、GSM網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等。分站上具有多樣化的通信接口，通信介質(zhì)，具有不同的通信速率。依據(jù)可自定義通訊規(guī)范，可以輕松整合各種收集的終端數(shù)據(jù)或擴(kuò)充[7]。

（11）KJ1303 礦井內(nèi)的局域式通風(fēng)監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)地面交換機(jī)、入井環(huán)網(wǎng)和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)掘進(jìn)機(jī)的局域式通風(fēng)探測(cè)子臺(tái)，用于采集井下所有的氣體傳感器的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)終端、饋電開關(guān)集成保護(hù)數(shù)據(jù)終端等數(shù)據(jù)采集，采集到的多通道氣體濃度數(shù)據(jù)和一氧化碳濃度數(shù)據(jù)，SO2濃度數(shù)據(jù)，礦井風(fēng)流壓力數(shù)據(jù)，風(fēng)量數(shù)據(jù)，風(fēng)速資料、環(huán)境溫度資料、環(huán)境濕度資料等，以及風(fēng)機(jī)控制電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)參數(shù)，并將其自動(dòng)生成相應(yīng)的實(shí)時(shí)報(bào)表表格、實(shí)時(shí)圖表。

3 系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果

經(jīng)實(shí)地測(cè)試，從實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，已達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)目的，不僅可以迅速有效地完成對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸，例如有毒氣體濃度數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，而且還可以從地面監(jiān)測(cè)中心成功發(fā)布控制指令，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了不同廠家的傳感器、保護(hù)器、攝像裝置數(shù)據(jù)的融合和快速交互，能夠大幅度提升系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的水平（圖3），主要體現(xiàn)在以下幾方面。

圖3 實(shí)際運(yùn)行效果

（1）由于設(shè)備故障以外的原因?qū)е碌耐ｏL(fēng)，在確認(rèn)周邊環(huán)境正常的情況下，可以遠(yuǎn)程控制通風(fēng)裝置工作。

（2）可在地面主臺(tái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)切換試驗(yàn)、短路測(cè)試、漏電測(cè)試、遠(yuǎn)距離故障重置等功能。

（3）對(duì)掘進(jìn)工作面通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流、電壓、風(fēng)機(jī)與地面的絕緣電阻進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)可以根據(jù)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)工作狀態(tài)和故障狀態(tài)的判斷，并可以遠(yuǎn)程進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定。

（4）實(shí)現(xiàn)某一地區(qū)瓦斯氣體濃度、CO含量、溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控?？蓪?duì)空氣流量等進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測(cè)，并與監(jiān)測(cè)設(shè)備聯(lián)防聯(lián)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常的狀況[8]。

（5）通過(guò)對(duì)危險(xiǎn)氣體的曲線和報(bào)表的分析，可以使技術(shù)人員通過(guò)風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓等方式，準(zhǔn)確地判斷工作面的設(shè)備狀況；通過(guò)分析危險(xiǎn)氣體（瓦斯、甲烷、一氧化碳、二氧化硫）的濃度變化，提前預(yù)測(cè)危險(xiǎn)狀況，并進(jìn)行事故預(yù)測(cè)。

（6）地面主站內(nèi)的局域式通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可為用戶查詢、瀏覽、打印數(shù)據(jù)等服務(wù)。

（7）裝備有煤礦用本安高清視頻攝像頭，可以通過(guò)視頻對(duì)變電站的布線進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并可在突發(fā)事件中與監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)防和控制。

（8）利用OPC或網(wǎng)絡(luò)公布的方式，與整個(gè)煤礦的自動(dòng)控制系統(tǒng)連接，將信息上傳至有關(guān)的主管部門。

（9）可以通過(guò)手機(jī)APP 實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控，同時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)。

（10）系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先需要確保技術(shù)的先進(jìn)性，需要實(shí)現(xiàn)完成的功能，能夠在復(fù)雜的環(huán)境下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)需要能夠?qū)崿F(xiàn)升級(jí)改造[9]。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工程的實(shí)施，在地面調(diào)度中心完成了礦井內(nèi)的部分風(fēng)機(jī)電氣設(shè)備、礦用本安攝影儀、瓦斯傳感器的安裝遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和控制溫度、風(fēng)速、一氧化碳、振動(dòng)等。實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，提高效率，節(jié)約人力成本；同時(shí)具有使用方便、節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本等優(yōu)勢(shì)。本工程是一項(xiàng)與我國(guó)目前的工業(yè)信息化戰(zhàn)略相適應(yīng)的工程，對(duì)確保礦井的通風(fēng)口和礦井的通風(fēng)設(shè)備的安全使用有著十分顯著的意義，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)和礦井的安全管理將發(fā)揮著積極的促進(jìn)作用。