應用面向對象實現礦井節能通風設計

摘要：礦井通風設計是礦井設計的重要內容，也是表現礦井設計品質與水平的重要因素。本文詳細分析了礦井通風體系的能源消耗狀況，引進面向對象的分析方式，對于不相同的礦井通風體系給出了面向對象的礦井通風體系。依照礦井的詳細狀況對通風控制體系實行選型和綜合思慮，整理出了具有針對性的通風控制體系。這個體系在調節試驗之后能夠完成礦井通風體系的高效、節能運作。

關鍵詞：面向對象；礦井節能；通風設計

中圖分類號：TU834.3+5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0247-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.120

Abstract： Mine ventilation design is an important part of mine design， and it is also an important factor to express mine design quality and level. This paper analyzes the energy consumption of the mine ventilation system in detail， introduces the object-oriented analysis method， and gives the object-oriented mine ventilation system for the different mine ventilation system. According to the detailed condition of the mine， the ventilation control system is selected and integrated， and the targeted ventilation control system is sorted out. This system is able to complete the efficient and energy efficient operation of the mine ventilation system after the adjustment test.

Key words： object-oriented； mine energy saving； ventilation design

礦井通風機是煤礦高消耗能源的大型設備，依照礦區整個自動化水平的不同，通風消耗電量占總體消耗電量的百分之三十到五十。跟著開掘時間的增長、存儲數量縮減、能源逐漸缺乏，開掘難度增大，跟著設備持續老化，致使資源消耗逐漸增多，產生了產量縮減電量不減和“大馬拉小車”等許多不好狀況。因而，在不同階段，要對礦井通風機與脈絡實行改建，讓風機和脈絡相配合，來實現安全、節能的目的。

1 通風系統節能分析

1.1 通風系統調速現狀

現在，礦井通風體系中運用變頻調速技術來實行風機節能抑制的比率持續增多，但是還缺乏運用抑制體系的思想。一般的做法都是：依照經驗給調速體系實行人工調速，實現順應不同負載的要求。整個而言，僅僅依托經驗來實行操縱，并不能展現調速體系的自動化與智能化的特征，沒有真正展現出調速體系的效用。一般現存礦井依照季節或者局限數據來對風機主扇實行調速處置，讓其工作在不同負載[1]。例如，在冬天風量比較小時，能夠使用人工減少風機負載來實現節能的目的。因此，現存變頻調速的抑制體系大多數狀況下僅僅依照落后的數據或者是不靠譜的經驗來對風機主扇或者局扇實行粗放型調速來更改風機的負載。這就致使通過智能化改建的通風系統不能獲得合理運用，不能足夠展現出智能抑制、變頻調速的效用。這種狀況和煤炭工業的從粗放型抑制治理想集約智能化抑制治理的進展趨向不相適應，為了順應這樣的趨向就一定要對煤礦通風系統的抑制系統狀況實行轉變。

1.2 運用面向對象的方式來思考現存通風系統

運用面向對象方式的思維來思考礦井通風系統的設計問題。一般情況下，一個礦井的設計要思考到許多層面，通風系統是當中主要的子系統，通風系統的設計要依照礦井其余系統與數據實行整體思考。所觸及的主要的數據是煤層地質特征、氣體流出元素、氣體流出數量、氣體流出數量的轉變特征等主要數據。

依照煤層地質特征、流出氣體元素能夠對可以燃燒氣體傳感器實行選擇，如果選取半導體氣敏傳感器能夠檢測流出氣體是CH4和其它烴類的碳氫化合物；還能夠依照流出氣體元素將檢測烴類的傳感器與檢測其余可以燃燒氣體的傳感器構成檢測傳感器脈絡來獲得更加詳細的氣體元素訊息，選擇完傳感器的型號后依照傳感器數目與特征選取適當的信號調節設備與數據收集設備[2]。之后依照數據收集硬件進行選取適當的數據解析與抑制軟性相匹配的實行單位發揮作用來實現調節調速體系的效用，并且最后轉變通風系統的工作狀態。其基礎系統工作原理如下圖所示。

2 系統軟件選擇與設計

2.1 常用控制手段

通常使用的工控手段，例如之前的集散抑制體系能夠實行工業流程的抑制，他的特征就是集成化水平較高、抑制的平穩性、確切度、及時性比較好、維護量小、抑制點數多，但是成本較高，系統非常大、設備交替性差，不適合用在煤礦的小抑制量體系。

2.2 組態軟件

組態軟件是數據收集監測體系SCADA的軟件工具，他是工業運用軟件的重要構成部分。它從之前單一的人機界面往數據處置機方面進展，處理的數據量也逐漸增多。跟著組態軟件本身和抑制體系的進展，監測組態軟件部分和硬件產生分離，給自動化軟件的進展供應了足夠展現作用的平臺[3]。

通常使用的組態軟件功能比較強，但是平穩性與確切抑制性較差，并且函數運算與數據處置功能也較差，軟硬件插口等地方還要提升。鑒于這些，應該思考運用組態軟件聯合其余抑制軟件一起實現小系統的測驗與抑制任務。

2.3 軟件系統設計

軟件系統通常是由數據收集板塊、數據展現板塊、數據整體處置板塊和輸出抑制信號板塊等幾個板塊構成。

數據收集板塊主要擔負收集傳感器輸入的訊號，依照不一樣的氣敏傳感器特征看是不是要進行訊號調整板塊，收集的訊號主要是CH4氣體元素訊號、CO氣體元素訊號、H2氣體元素訊號、O2氣體元素訊號、穩定訊號、濕度訊號等多種訊號。能夠選用NI板卡來實現數據收集任務。新型的NIPCI-6238是一種帶隔離的M系列多功能數據收集板卡，能夠和現在檢測與抑制體系相連接。其擁有隔離的安全性與定時、放大和校準技術的確切行，供應確切檢測和確切抑制。

3 面向具體礦井的通風系統

3.1 根本礦井通風系統結構

一般的礦井都要包含最少一個掘進工作面、開采工作面、主進回風巷、開采區域進回風巷和老空區等監控對象。

3.2 傳感器的選型

依照煤層地質材料，解析煤層流出氣體主要元素是甲烷，它是電子供應性氣體，因此要選取增加Pd的SnO2類別氣敏傳感器，加強CO氣體傳感器來當做協助傳感器來增強掌控微量氣體元素的變化。想要增強安全性，就必須要定時收集氣體樣本到化驗室運用氣相色譜法解析氣體元素，跟現場數據來對比，以此來增強數據的可靠度。

在各個關鍵點上都要安裝一定數目的傳感器。詳細傳感器分布點如下圖所示：

依照上圖能夠看出，礦井每個關鍵點傳感器數據傳送到數據收集分站，然后再由分站傳送到地面收集中心站，中心站主機選用PLC板塊能夠讓系統在短時間里自動反映外面的轉變，給相關分站、閉鎖或者是傳感器發出抑制命令，進而縮減了人工原因產生的時間延誤，并且能夠完成交叉斷電。系統可以經過GSM網絡將報警訊息按照事先的設計傳送到遠端有關設備或者有關網絡上，這樣可以快速便捷地掌握系統的運作情況，現在很多礦井都市選用的這種方法。

4 實施方案

煤礦開掘是一個動態轉變的經過，挖掘的每一個時段條件都會產生變化，先要完成通風系統的整體經濟運作，就一定要從挖掘生命周期、挖掘布局、通風設計、礦井地質特征、設備選型與科學經過等多個層面選用合理可行的方式，讓礦井設計風網和風機、挖掘狀況相配合。依照礦井特點訊號的不同，系統選擇主要的可以燃燒氣體訊號當做輸入實行模糊邏輯判斷，最終模仿人腦的推斷流程給出最為合適的結果。經過施行部門對相應變頻器完成智能抑制，調節風機的運作狀況，讓風機主扇與局扇處在經濟運作狀態，充分展現風機的效用，實現安全、節能的目的。

為了實現上面的想法，通過調查后，對神華新疆能源有限責任公司的煤礦系統、地質特點生命周期和通風系統等多個層面解析后，先從其1#井筒201局扇材料實行研討和解析[4]。這個井筒處在中段生命，所需風量有所下降（從50.5m3/S下降到45m3/S），風網阻力同樣有比較明顯的下降（從1205Pa下降到898Pa），估計這種情況會維持3年，并且還會有下降的情況。現在裝了75KW與55KW的電機各一個，通過改建之后既能保障了風量又可以看到了明顯的節能功效，改建前后的結果可以在下圖看出：

改建之后縮減了一個風機的運作，把這個風機轉變成了備用，減少了風壓307Pa，風機效率也提升了23.7%，電機符合整體提升了8.3%，完成了風機高效能、高負荷運轉；改建后，電機損耗功率下降了28.5KW，節省電率也到了34.7%，實現了初期的預計效果。

5 結語

伴隨著礦井生命周期的進程，礦井的狀況將會產生更深一步的轉變，同時控制系統也會更進一步的減少電機工作頻率、轉速和功率，當人工核對完成數據確切性、高效性，能夠確定系統可以轉變工作狀態，這個時候，系統將會進入在更加節能、更加安全高效的運作狀態。

參考文獻

[1]林增勇.礦井通風可視化系統研究與應用[D].北京：中國地質大學，2008.

[2]范輝.基于虛擬現實技術的可控可視化礦井通風研究[D].太原：太原理工大學，2007.

[3]陳偉.全自動礦井通風機監測、調節系統的研究與設計[D].湖南：湖南工業大學，2007.

[4]蘇建棟. 淺談井下礦井通風節能技術的應用[J]. 能源與節能，2017，（02）：80-81.

作者簡介：李向東（1983-），男，內蒙古工業大學自動化專業，工學學士，中國礦業大學資源與安全工程學院采礦工程專業，工程碩士。