基于自動化監控的煤礦通風系統分析

摘 要：煤礦通風系統擔負著保障煤礦安全生產的重任。在煤礦通風系統中應用自動化技術，可有效提高經濟及社會效益。本研究主要從通風系統在煤礦生產中的重要性入手，對基于自動化控制的煤礦通風系統的設計進行了分析。

關鍵詞：自動化監控；煤礦；通風系統

隨著煤礦開采規模的日益擴大，煤礦安全生產也越來越受到人們的重視。為提升煤礦開采的安全性，自動化控制技術在煤礦通風中得到了廣泛的應用。自動化控制系統能為礦井安全生產提供技術保障，實現通過地面調度中心監測一線生產工況、環境參數及設備運行狀態的目的，達到遠程控制要求，減少危險場所人員投入，從而增強礦井安全生產管理能力。

1 通風系統在煤礦中的重要作用

中國是煤炭消耗大國，但在煤炭的挖掘及開采過程中，礦井安全事故屢屢發生。截至2014年11月，中國煤礦百萬噸死亡率為0.25。伴隨重點行業領域專項整治的不斷深入，我國已對902個小煤礦實施關閉。同時國家安全監管總局等十二部門聯合下發通知，要求到2015年底，全國將關閉2000處以上小煤礦。煤礦通風系統是通風設施、通風方法、通風方式的總稱。煤礦通風系統的設計需要在實現安全生產的前提下，減少通風工程量并降低通風費用，最終實現經濟效益的提高。總的來說，需要從人員管理、通風設施、技術指導、隊伍建設等方面做好礦井通風管理。礦井通風是煤礦生產的一個重要環節，煤礦井下開采存在瓦斯及其它有害氣體、煤塵、煤炭自燃等嚴重威脅，只有控制好煤礦通風，才能夠對煤礦安全生產提供有效保障，從而提高煤礦各種生產工作的安全性，使采礦系統合理、穩定、可靠，減少事故隱患，杜絕事故的發生。要想提升煤礦生產環境質量，需要防治煤塵、瓦斯及火災，提高礦井抗災救災能力，最經濟、最基礎的解決方法就是搞好礦井通風工作[1]。

2 自動化控制下的煤礦通風系統設計

在進行自動化控制系統設計中，所應用的是目前最先進的Rockwell網絡三層結構，具體為：（1）信息層。采用以太網和相應的信息系統實現連接，以此對相關信息實施收集；（2）控制層。采用DH+、RI/O及控制網等相關技術對自動化系統和系統控制層實施有效控制，不但能夠對I/O控制（input/output，輸入輸出端口）有效完成，同時也能夠實現閉鎖及各個部分之間的報文傳送，以此最大化的提高信息應用的實時性及準確性；（3）診斷層。采用具備DN接口的先進設備在自動化控制系統中應用，不但可以提高安裝便利性，同時還能夠最大化的降低設備成本，還能夠對故障實現迅速診斷。煤炭行業是一個技術性較強的行業，通風系統中應用自動化控制技術是采用“分散檢測，集中控制”的方法，設立多個監控分站，全面動態監測煤礦不同位置的有毒氣體含量、風量、溫度以及風壓等各項參數，通過通信電纜可以將所收取的各種數據全部傳輸給煤礦通風主站，并對這些指標實施集中管理和監視。在通風主站成功接收這些數據之后，采取相應的算法實施推算，也就能夠準確計算出煤礦的風量分布情況，制定相應的風量控制策略[2]。最后將其制定出來的方案直接轉化成各項控制指令，傳送給監控分站的控制系統，有效控制煤礦通風量，以此對煤礦通風量實施自動化控制。

2.1 傳感器

在進行煤礦通風自動化控制系統設計時，不僅要完成信息的輸出，還必須要完成信號的接收，其中包括各項指令以及數據監控。在多路信息傳輸中具體的方式有兩種，分別是頻分制和時分制，頻分制是依照不同頻率把各路信號進行發送和接收，時分制則是依照不同時序，依次將各路信號進行傳送。在傳輸過程中頻分制形式有著很大的優點，不但電路簡單，且故障較少，因此傳感器系統采用頻分制作為傳輸電路信號的方式。在頻分制系統中，信息的接收與頻率的發送可通過定型生產的載頻器完成，借助于動力線（主要是500V以下的動力傳輸線）實現信號傳遞。在對通風量實施控制之前，必須要其對通風機風量以及礦井環境實施比較準確的測量，其中各項參數的測量包括：溫度、風壓、有毒氣體濃度等等，這些數據的測量主要就是借助于在煤礦巷道不同位置所設置的傳感器[3]。風壓的測量所采用的是差壓變送器；風速的測量設備包括恒溫風速儀、熱時風速儀、恒流式風速儀以及三倍電渦流式傳感器等；溫度的測量采用的是紅外線輻射技術或者熱敏元件；礦井二氧化碳濃度的測量采用的是紅外線吸收、光干涉以及光譜法等。

2.2 通風系統

通風系統設計主要通過兩種途徑實現風量的調節：（1）調節通風機電機轉速。通過對變頻裝置的設置，可以能夠有效的改變通風機的電機轉速；另外還能夠有效的實現井下局部通風機的自動控制，可以對定時控制方式實施有效應用，在將定時器安裝前提下，加上相應的爆破開關，這樣也就能夠在進行爆破之后有效的實現自動通風；（2）風量的調節以及控制，可以通過將風門或者百葉窗角度進行調節實現。將風門或者葉片狀態信號通過頻率發送器傳輸給地面控制器。這樣地面控制室也就可以依照實際情況，制定相應策略并發出信號，對風門或者葉片進行轉動控制[4]。

在煤礦通風系統升級改造的過程中，要做好主斜井和副立井的合理控制，將副立井原有的一些提煤箕斗設備拆除，安裝兩臺通風機，合理計算礦井風量，并做好通風設備選型的基礎計算，確定通風機工況點，對電動機選型的相關參數進行合理計算，實現煤礦通風系統的最優化升級改造，為煤礦通風系統運行及生產過程提供安全保證，推動煤礦建設的全面和諧發展。

2.3 中央控制設計

中央控制系統主要通過微型計算機來實現系統功能，這項計算機技術的特點主要為擴展能力強以及接口多，能夠有效的完成大部分任務，在自動化控制中采用這樣技術，可以有效的提高控制精度以及控制速度，并對其控制過程實施優化，以此對煤礦通風自動化控制需求有效的滿足。中央控制系統的主要任務就是對監測站的各項數據進行采集并實施處理，依照實際情況合理調節通風量。另外中央控制系統還能夠有效的實現監控和報警工作。總結來說，中央控制系統的工作主要包括有：發送監控指令、將監控信息進行處理、修改以及反饋、通過控制發出的指令執行相關動作、監視通風設備的工作情況，一旦出現異常，立即發出報警信號或者啟動相應的處理程序，對異常情況有效處理。

3 結束語

煤礦資源的合理應用對中國經濟發展有著至關重要的作用，實現通風安全管理現代化是確保煤礦開采安全的根本措施。由于煤礦通風不暢導致的煤礦安全事故頻繁發生，因此，應加強煤礦通風系統的設計。自動化控制的煤礦通風系統，分別從傳感器系統、中央處理器及通風系統三部分給予綜合設計，最終保證煤礦通風的順暢性，改善煤礦開采環境，有效防治煤礦安全事故的發生。

參考文獻

[1]高俊祥，高孝亮.自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用[J].煤炭技術，2013，32（4）：62-63.

[2]王洪利.煤礦通風系統對自動化控制技術的應用[J].電子世界，2014，2（16）：378-378.

[3]音勇.淺談煤礦通風系統中自動化控制技術的應用[J].科技創新導報，2013，10（32）：25-25.

[4]石剛剛.自動化控制技術在煤礦通風中的合理應用[J].能源與節能，2013，12（12）：185-186.

作者簡介：廖斯維（1986，5-），男，重慶市，現職稱：助理工程師，學歷：本科，研究方向：自動化監控在煤礦中的應用。