通風機在煤礦通風系統中的運行方式優化研究

陳文軍

（山西平舒煤業有限公司， 山西 晉中 045400）

引言

瓦斯爆炸事故發生的主要原因是通風不足引起的瓦斯濃度超標，為確保通風機的通風效果，目前大多數煤礦采用的是盡可能加大通風機的數量，以大轉速連續不斷的運行，來確保對井下巷道內有毒有害氣體的稀釋效果，確保煤礦安全生產。因通風機數量多，耗能高，目前所采用的通風機運行方式雖然能確保對井下的通風效果，但耗能巨大，完全不符合目前我國大力推行的節能減排要求[1]。

1 通風機模糊與變頻控制系統

如圖1所示，整個控制系統主要包括瓦斯濃度傳感器、模糊判斷模塊及PLC終端控制模塊，系統處于正常工作狀態時，瓦斯濃度傳感器實時監測巷道內的瓦斯氣體的實際濃度，然后將監測到的瓦斯濃度與系統內預先設定的瓦斯濃度給定值進行對比，根據預設的計算公式可求出瓦斯濃度的偏差改變率，根據對比結果，系統按預設的模糊量計算公式，計算出其模糊變化量，然后根據人工的實際工作經驗值得出實際所需的調節值[2-3]，控制系統將此計算的調節數值通過連接器傳遞到PLC終端控制模塊的信息輸入端，調節控制器根據輸入的調節信號，控制系統電源的工作頻率，最終改變通風機的運行轉速，以達到精確控制通風量的目的。

在上述控制系統中，我們主要通過PLC終端控制模塊來完成對巷道內實時采集到的瓦斯濃度數值進行一級處理及儲存，根據控制要求將相關信號轉換為控制信號并控制對應的報警裝置和設備進行相關操作，在PLC控制終端，系統操作人員可以通過顯示屏幕對控制系統進行控制參數修訂、輸入、設定關鍵控制值域，當系統發生故障時自動發出報警并控制系統進行閉鎖故障處理。

圖1 通風機模糊與變頻控制系統結構示意圖

2 瓦斯濃度檢測與通風量關系模型

礦井通風與瓦斯濃度監測系統受各種因素制約和影響較大，極難對其進行準確的判斷，而模糊控制理論為解決這一難題提供了一個切實可行的方案，根據該控制系統的目的，其控制的對象是井下通風機的運行方式（系統風量），而需要被控制的對象則是巷道內有害氣體（瓦斯）的濃度，在實際控制中，位于巷道內的瓦斯濃度傳感器將實時監測到的瓦斯濃度信號經過轉換后傳輸到PLC終端控制單元[4]，與系統設定值進行對比并經模糊控制算法計算和修正后得出巷道內需要的風量，再經模糊控制算法修正后得出需要調節的電機轉速和電流頻率，通過不間斷的調節控制，確保礦井巷道內的有害氣體含量保持在安全值以下，當巷道內有害氣體的含量超過系統設定的值域時，系統會根據預先設定的模糊判斷邏輯，判斷出危險的存在，及時發出危險報警信號，同時，將風機的電機閉鎖，這樣既可實現風機運行的彈性調節，避免風機長期的恒定運行造成的資源極大浪費，又可保證煤礦巷道內的有效通風量，其瓦斯濃度模糊控制的原理如下頁圖2所示。

3 模糊控制結構選擇

從理論上來說，模糊控制的維數越高其控制精度越高，控制效果越好，但是維數越高其運算結構越復雜，所需要的計算、轉換周期越長[5]，對外界的反應能力越滯后，因此在綜合對比分析后，為了確保所獲得的模糊修正結果盡可能的接近實際情況，且能滿足快速響應效果和具有較高的復雜環境適應能力，我們采用了二級模糊控制結構，該結構的輸入變量為巷道內瓦斯濃度的實際測量數值與系統設定的瓦斯濃度的給定期望值之偏差及偏差的動態變化率，其輸出的信號為控制風機系統運作的電動機調制比。模糊控制結構如圖3、圖4、圖5所示：

圖2 瓦斯濃度模糊控制原理示意圖

圖3 一維單變量模糊控制結構示意圖

圖4 二維單變量模糊控制結構示意圖

圖5 三維單變量模糊控制結構示意圖

4 井下通風系統控制流程

煤礦井下通風控制系統的控制流程如圖6所示，在控制系統工作時安裝圖示的邏輯控制方式對整個煤礦巷道內的瓦斯濃度監測、信息傳遞、邏輯判斷、系統執行等。

5 結論

本文提出的新型的基于模糊控制的煤礦井下通風系統運行方式，可根據煤礦井下瓦斯等有害氣體的濃度情況和井下生產情況自動調節風機的運行，既可確保煤礦井下的安全生產又能實現大幅節能，為煤礦的安全生產和節能提供了一種新的方式，具有巨大的社會和經濟效益。

圖6 系統控制流程圖