煤礦通風系統中自動化控制技術的應用研究

孫灝

摘 要：在煤礦生產過程中通風系統的主要作用是排出有害氣體，持續注入新鮮空氣，以保證煤礦生產的環境安全。傳統的通風系統采用人工維護的方式，不僅浪費人力資源，而且無法保證系統的運行效果。而在通風系統管理中應用自動化技術可以實現通風系統的自動化控制，實現系統的自我維護、實時監控，最大程度上保證通風系統的安全性，節約維護成本，提高管理效果及管理效率。文章主要針對煤礦通風系統中自動化控制技術的應用進行探討。

關鍵詞：煤礦生產；通風系統；自動化控制技術

1 影響煤礦通風安全的主要因素

具體而言，影響煤礦生產通風安全的主要因素包括自然因素、人為因素、設備因素等。其中自然因素是由于煤層地質結構復雜，開采深度越深，環境因素對煤礦生產的影響就越大，比如瓦斯涌出量不斷加大，增加了瓦斯爆炸事故的發生機率，煤層發生自然火災、粉塵爆炸的機率也會隨之增加等。其次，人為因素。煤礦企業井下生產員工的綜合素質普遍較低，其不僅安全意識差，而且對煤礦安全生產相關知識了解也少，生產過程中存在違章作業、不規范作業等現象，無形中也增加了煤礦事故發生的機率。最后，設備因素。一些煤礦井下防塵設備設置不夠完善，煤塵堆積、飛揚會導致粉塵爆炸，且礦井監控系統有待升級，各種監測數據的準確性得不到保證，也會影響煤礦的通風安全管理。

2 煤礦通風系統中自動化控制技術的功能要求

針對煤礦通風系統管理中影響其管理效果的主要因素，應用自動化控制技術可以實現以下功能：

（1）實時監測系統運行數據。自動化控制技術可以通過友好的人機界面及傳感器實現通風系統的實時監控，包括通風機的運行狀態、風壓、風量、有毒氣體含量等等，綜合上述數據對通風系統的運行情況做出準確評價。（2）繪制趨勢曲線。用圖形曲線的方式對系統傳感器采集到的數據進行分析、整理，將其繪制成歷史曲線、實時曲線，直觀的展示出通風系統子系統、各部件的工作狀況，工作人員通過分析趨勢曲線即可準確掌握通風系統的運行狀況，以及時排除故障。（3）故障檢測及排除。通風系統發生故障后，由于通風系統設置有對應的參數上下限，當通風系統運行參數超出限定值，自動控制系統即可針對故障類型發送報警信號，并及時關閉故障風機電源，自動增加其他風機風量或啟動備用風機做出及時的故障處理，并且自動控制系統可記錄故障參數，為后續故障分析提供依據。（4）安全管理機制。通風系統自動控制系統設置明確的權限分級，不同的管理人員具備對應的管理權限，最大程度上保證系統的牢固性、可靠性。（5）數據報表查詢及打印功能。根據用戶需求自動控制系統可以查詢、打印各類報表，以為用戶提供系統性能分析依據。

3 煤礦通風系統中自動化控制技術的具體應用

在煤礦通風系統中，應用自動化控制技術要遵循“集中控制、分散檢測”的原則，其工作過程如下：在煤礦井下對應位置設置監控分站，通過傳感器實時監測各分站的工作狀態，再通過電纜將傳感器采集到的數據傳送至煤礦通風主站，由主站根據各部位的風力狀況進行分析，得出風量控制的最佳方案，再由中央控制模塊將風量控制方案轉換成控制指令，通過變頻裝置實現通風風量的控制，其系統結構圖如下圖1所示。由此可見通風自動控制系統組成主要包括以下三個模塊：

3.1 傳感器系統

傳感器系統包括信號發生器、檢測元件兩大部分。信號發生器的主要作用是傳輸、接受不同的信號，通常采用頻分制與時分制兩種信號傳輸方式來實現。時分制是按照時序依次傳送各路信號，頻分制則根據不同的頻率發送、接收各路信號。相比之下，頻分制電路簡單、故障率低，故應用更加廣泛，其主要通過定型生產的載頻器實現頻率的發送與接受。檢測元件的主要作用是對礦井現場工作情況進行實時測量，主要通過各巷道中設置的傳感器來實現。其主要測量指標包括風量、風壓、溫度、有毒氣體濃度，風速檢測元件可實現風量的遙測，常用的風速檢測元件包括熱式風速儀、恒流式風速儀、恒溫風速儀等；采用差壓變送器可實現風壓的遙測，采用熱敏元件或紅外線輻射技術即可實現溫度的檢測，采用紅外線吸收、光干涉、定電位電解法等可實現有毒氣體濃度的檢測等。

3.2 通風系統

通風系統的主要作用就是調節風量，實際應用過程中其主要通過改變百葉窗角度及風門達到控制風量的管理目標。通過頻率發送器檢測通風系統中百葉窗葉片及風門的運行狀態，將對應信號發送到中央控制臺，中央控制臺接收到信號后改變轉動葉片或風門的運行角度或運行狀態實現風量的控制。除此之外，還可以通過改變通風機電機轉速控制風量，在實際應用中在通風機電機系統中安裝一個變頻裝置，通過變頻裝置來改變電機轉速，從而實現風量的調節，還可在通風機上設置一個定時器，以實現風機風量的定時控制等。

3.3 中央控制系統

中央控制系統的主要作用是對各監控站進行控制，處理各監控站發送的監控信息，根據監控數據修改系統控制指令，控制執行機構實現對應動作，并對通風設備的工作狀態進行實時監控，以及時處理各類異常情況等。中央控制系統以計算機為核心，其接口多，擴展能力強，并且運算速度快、精密度高，可更好地優化整個自動控制過程。

4 結束語

總之，作為一個煤炭生產大國，煤礦安全生產會對我國煤炭產業的發展產生直接影響。煤礦通風系統在煤礦生產中具有重要作用，其不僅保證了煤礦的生產效率及效益，而且最大程度上保證了礦井工人的生命安全。隨著自動化控制技術的不斷發展，其中煤礦通風系統中的應用也越來越廣泛，自動化技術的應用提高了煤礦的通風質量，降低了生產事故的發生率，且其操作簡便、成本低，在提高煤礦企業生產安全性的同時為其帶來了更多的經濟效益。

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