礦用通風機風壓監測控制系統研究

亢佳樂

（霍州煤電呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 呂梁 033200）

引言

礦用通風機被稱為“礦井之肺”，用于向井下持續供應新鮮空氣，排出廢氣，其運行的穩定性和可靠性直接決定了井下綜采作業的安全性。礦井通風系統在工作時，需要根據井下的風速、風壓情況及時調整通風狀態，滿足靈活、安全的通風需求。由于井下巷道走向復雜，在實際生產中經常出現風速、風壓無法滿足井下通風需求，導致瓦斯濃度升高等，嚴重威脅了井下生產的安全性。目前井下的風速、風壓采集裝置反饋滯后性大，風壓、風速受井下氣流影響偏差大，難以滿足井下通風安全性的需求。

結合井下通風實際情況及智能化通風控制需求，本文提出了一種新的礦井通風機風壓監測控制系統，采用了全新的風速、風壓測量裝置，實現了不同工況下對風速、風壓的靈活測量。根據實際應用表明，該系統的測量效率比傳統測量方案提升了79.1%，將風壓的監測精度提升到97.5%，為提升礦井通風可靠性和靈活性奠定了基礎。

1 礦井通風機風壓監測系統

礦井通風系統的核心是保證井下空氣中有毒有害氣體含量在安全值之下，為井下綜采作業人員提供維持生命所必須的空氣。由于井下綜采作業過程中瓦斯含量、粉塵濃度、一氧化碳濃度等不斷變化，因此需要根據井下巷道內的空氣狀態不斷調整通風機的運行情況，保證井下的通風安全。通風系統調整的基礎在于對井下氣流和環境狀態的監測。本文所提出的礦井通風機風壓監測系統采用了閉環反饋調節截割，主要包括風壓監測裝置、PLC控制中心、變頻通風機等，整體結構如圖1所示[1-2]。

由圖1可知，該系統中首先由風壓監測裝置獲取井下巷道內通風參數，剪切傳輸給控制中心，控制中心通過對風壓及井下氣體狀態的監測，判斷井下風量、風壓是否滿足井下通風安全的需求，若需要調整則發出調整信號給變頻風機，控制風機的運行轉速和功率，實現對井下礦井通風狀態的智能判斷。

圖1 通風機風壓監測系統結構示意圖

為了提高通風可靠性，系統采用了變頻風機，能夠快速、靈活地調整通風系統的轉速。變頻風機采用了雙風機布置結構，一用一備，兩個風機之間采用了共同的數據存儲及控制系統[3]，能夠實現無縫切換，提高了通風系統的使用可靠性。所配備的連鎖開關的工作電流設置為200 A，用于連接控制中心及風機，根據控制中心的指令來控制風機的運行、停止。PLC控制中心用于接收風壓檢測裝置的數據信息，對整個系統信息進行分析后確定風機的調整量，發出控制信號給變頻風機，實現系統的閉環調整。

2 風壓監測裝置

風壓監測裝置是該系統的核心，其監測的準確性直接決定了系統能否正常工作及對通風系統調節的可靠性。結合井下實際地質條件和通風需求，本文提出了一種新的通風機風壓監測裝置，主要由壓力傳感器、風速傳感器、彈簧組件、金屬套管等構成，設置在距離出風口約60 m的位置[4]，其整體結構如下頁圖2所示。

圖2 風壓監測裝置結構示意圖

該風壓監測裝置同時具有風速監測、風壓監測及遠程控制三部分功能[5]。當系統啟動后，風速監測儀在巷道內的氣流的作用下進行轉動，數據處理器根據轉動的頻率計算出單位時間內的風速，然后將風速數據以電流信號的方式通過通信系統傳遞給PLC控制中心，控制中心將系統風速和通風需求情況進行對比，當大于或者小于通風需求時，自動對變頻風機的運行進行調整，保證井下的通風安全性。

當井下氣流流過風壓監測裝置時，對彈簧組件形成一個壓力，使彈簧組件受壓收縮，使風壓傳感器上形成一個受壓面，根據受壓面所受壓力的大小即可測算出風流的壓力[6]，然后經過信號轉換以電流信號的形式傳遞給PLC控制中心。當風壓和設定值之間出現變化時，系統自動調整風機的運行狀態，調整運行頻率，實現風機運行過程中的恒壓通風。

由于不同情況下的礦井通風需要不一致，因此要求該風壓檢測裝置能夠靈活調整風速和風壓的閾值，滿足數據自動傳輸和分析的需求，因此該風壓檢測裝置上設置了遠程控制和故障監測模塊[7-8]，能夠對風壓檢測裝置的工作過程及運行狀態進行實時監測。

該風壓監測裝置的優點在于將風速和風壓監測集于一體，能夠通過物理監測的方案實現對風速、風壓的快速檢測和信息傳遞，同時能夠進行數據的集成和調整，實現了全程無人工干預監測，動作靈敏性高，使用可靠性高。

3 井下應用情況

針對原通風系統的不足，目前多個煤礦已經對通風機風壓監測裝置進行了優化，對優化前后的應用情況進行了統計，結果如圖3所示。

圖3 風壓監測結果

由實際監測結果可知，在運行過程中井下巷道內的風壓設定標準值為4 MPa，在運行過程中受各類因素影響風壓呈不斷波動的趨勢，在該風機風壓監測控制系統的作用下，能夠實現對風壓的動態調整。當出現風壓波動后的調節時間約為1.4 min，比優化前的6.7 min降低了79.1%。在調整過程中風壓的平均穩定值為3.9 MPa，和設定值的偏差量約為0.1 MPa，為設定值的97.5%，顯著提升了煤礦井下通風系統調節的精度和可靠性，目前該系統已經在多個煤礦投入使用，取得了極好的應用效果。

4 結論

為了解決目前礦井通風系統風速、風壓監測效率低、偏差大的不足，提出了一種新的礦井通風機風壓監測控制系統，其采用了全新的風速、風壓監測裝置，實現了對風速、風壓的智能監測及數據的自動分析、調整，保證了井下通風的安全性和可靠性，根據實際應用表明：

1）通風機風壓監測系統采用了閉環反饋調節截割，主要包括風壓監測裝置、PLC控制中心、變頻通風機等；

2）通風機風壓監測裝置主要由壓力傳感器、風速傳感器、彈簧組件、金屬套管等構成，同時具備風速檢測、風壓檢測及遠程控制三部分功能；

3）系統的測量效率比傳統測量方案提升了79.1%，將風壓的監測精度提升到97.5%，顯著提升了井下礦井通風安全及效率。