煤礦通風系統中的自動化控制技術應用

董晉

（西山煤電西曲礦通風科通風五隊，山西古交030200）

引言

在煤礦安全生產管理中煤礦通風系統的建立，以及通風系統自動化控制技術的應用，是其重要的組成部分。運用高效的監控系統來控制煤礦內的通風，可提高煤礦內通風的整體運行能力，從而進一步減少通風系統建設的運營成本，提高井內安全系數。對于煤礦井內的安全隱患，可由通風系統來進行有效的排節，以此來降低安全事故的發生率，保障井內人員的生命安全。基于TCP/IP的自動化控制技術在通風系統中的應用情況進行分析，明確基于該自動化控制技術下，煤礦井內的整體通風能力、通風速度、通風運量的運行提高和完善情況，明確自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用價值與應用前景的可推廣性[1]。

1 基于TCP/IP協議設計的通風自動化系統在煤礦通風中的應用

1.1 系統工作原理

本系統的建立多考慮煤礦整體的環境情況，結合環境情況的分析，采取分層的設計方案，計算出煤礦自動化系統的硬件所需，將整體框架經測算搭建而成，這一自動化系統中還應用了光纖的傳輸功能，囊括了計算機網絡技術，以先進的運行數據思維，為煤礦量身定制了自動化系統，為通風系統的運行數據提供可靠性實施技術，增強通風系統的安全運行通力[2]。

1.2 系統風量計算原則

全自動化的風量測算是根據礦井的不同環境進行實際推算，不同地點與不同環境的供風量有所不同，以國家規定的風量計算標準予以計算，對不同地點及不同區域內風量需求進行單獨計算，最終將幾個不同部分風量的測算結果集合相加，形成總和，再對備用風量予以計算相加，形成煤礦通風所用供風量的整體性需求計算結果。計算原則為由內向外逐級進行[3]。以下是基于TCP/IP協議設計的采煤通風量計算公式。

式中：Q綜采為綜合煤采工作區域需要的通風量，m3/s；Q機采為機器采煤的工作區域需要的通風量，m3/s；Q炮采為炮采工作區域需要的通風量，m3/s；Q其他為其他開采法工作區域需要的通風量，m3/s；Q備為備用工作區域需要的通風量，以生產工作面所需風量的1/2進行計量，m3/s；n為各種開采法工作區域的數量，個；炮采工作面所需風量，應按下列因素分別進行計算，取其最大值。

本文以某礦區的真實情況進行測算，最終預計風排瓦斯量每分鐘4.12 m3。以下是礦井總風量的計算:

式中：Qm為礦井總進風量，m3/min；∑Qwi為采煤工作面實際需要風量總和，m3/min；∑Qhi為掘進工作面實際需要風量總和，m3/min；∑Qri為硐室實際需要風量總和，m3/min；∑Qoi為礦井中除采煤、掘進和硐室以外其它井巷需要通風量總和，m3/min；Km為礦井通風系數（包括礦井內部漏風和配風不均勻等因素）宜取1.15～1.25。

由上述公式可知，系統可根據不同區域的工作程度來分配風量，如井下作業難度大，在全面封閉的工作環境內，所提供的風量相對較多。具體分配原則可參見以下原則：

1）系統按需分配，將總風量測算完畢后，可進行各用點區域的分配，各區域內的風量分配必須高于所計算風量，在分配風量的同時，還要保證礦井每個地點的瓦斯濃度不得超標，必須符合《煤礦安全規程》的相應標準[4]。

2）首先在遵循礦井總風量計算的前提下，以區域布置圖為準，對不同工作面分配風量，再從總風量中減去分配不同位置的風量，余下風量由自動化系統分配到其他采礦區內。這部分風量的分配，由自動化系統進行執行，用以保證出入通道及行人的安全。

3）自動化系統按各地需求量的不同自動分配風量，還可以對煤礦內的通風系統予以仿真模擬，從而實現上、下限的風速穩定，并以此為基礎，將風量予以分配，自動化系統通過仿真模擬可進行自動校核，根據不同地點自動校核風量的供給是否充足，進而完善自動化系統的風量分配指導航標。

2 實現煤礦通風系統變頻自動化的基本前提和原理

對傳統的通風系統進行有機改造，才能夠真正實現變頻自動化。運行原理是以傳統控制機理與變頻控制機理相結合，形成并聯，用變頻器來操控通風主機，進而實現變頻與工頻的并行回路及自動切換。本系統主要采用2套自動變頻器，分別由一個自動控制逆變器和傳統的油門控制閥箱并行，自動化控制系統由可程控制器通過變頻控制柜進行控制通風系統，實現煤礦的通風量測算與供給[5-6]。通風變頻布置圖，如圖1所示。

圖1 變頻通風布置示意圖

3 煤礦通風系統自動化技術的安全應用措施

煤礦自動化控制技術，擁有遠程監控的能力，可在監控視頻內直接反饋礦井內的情況以及粉塵污染量，通過測算自動發出預警信號，以此來提示監測人員對煤礦內采取相應的控塵措施。通過自動化系統的鑒定數據，可以有效降低礦井內煤與瓦斯發生的突發事故，預防控制煤層內的自燃發火現象，有效降低煤塵爆炸出現的危險事件。全自動系統可根據礦井水文地質條件的反饋，有效測算煤層頂板的穩定性。進而保證礦井內有效安全技術措施的實施，預防災害事故的發生[7]。

4 煤礦通風系統變頻自動化改造效果

礦井通風系統自動頻率變換的作用：一是實現控制的原始頻率和頻率互鎖，在整個控制頻率系統技術的幫助下，實現風扇的自動控制方法，主要有自動、微機和局部控制，實現真正的自動運行模式。當逆變器發生故障時，可以立即切換到主扇，從而合理調整風速[8]。在減少PSP、降低電機溫度、減少噪聲的機械操作原理基礎上，延長電機的使用壽命；二是創建更好的節能效果，節電率可以實現到40%，為企業節約電能實現經濟效益的最大化，也保證了煤礦安全生產的高效運行能力。變頻原理如圖2所示。

圖2 變頻原理圖

5 結語

通過自動化技術的全面性分析，對煤礦通風系統的應用有了進一步了解，分析中表明，自動系統在風量計算、粉塵污染、風量所需點等部位的控制非常有效，且系統指導意義較強，在煤礦內部可以根據不同的水文地質環境以及煤層的變化等情況，精確風量的分配，有效提高煤礦安全生產的運行能力，在同類煤礦的通風系統中值得廣泛應用。

[1]郭曉川.淺析煤礦通風系統中的自動化控制技術[J].人間，206（12）：53-54.

[2]蔣興法.煤礦通風系統中自動化控制技術的應用研究[J].內蒙古煤炭經濟，2015（4）：52.

[3]孫灝.煤礦通風系統中自動化控制技術的應用研究[J].科技創新與應用，2017（15）：134.

[4]房保成.煤礦通風系統中自動化控制技術應用初探[J].能源與節能，2017（1）：110-111.

[5]張文鵬.煤礦通風系統中自動化控制技術的應用研究[J].商品與質量，2015（46）：52.

[6]宋梁亮.淺談自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用[J].工程技術，2017（1）：299.

[7]王建軍.自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用分析[J].能源與節能，2015（7）：13-14.

[8]楊建,王彥林,趙建明.分析自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用[J].建筑工程技術與設計，2016（15）：98-99.