通風系統的自動化研究及應用

文/楊瑞

通風系統是礦井中的一個重要系統，通風系統是否可靠、安全，對煤礦的安全、穩定生產產生著直接的影響。在礦井通風系統中有效應用自動化技術，可以對礦井通風情況進行實時監控，也有利于減少礦井生產中在通風領域的成本，一旦發生故障，還可以自動化地對礦井通風情況進行及時調節，從而能夠減少故障造成的損失。

1 通風系統的作用

通風系統是礦井的六大系統之一，其他系統包括監測監控系統、通訊聯絡系統、人員定位系統、緊急避險系統以及供水施救系統。通風系統是礦井通風網絡、通風方法以及通風方式的總稱。當今科學技術迅速發展的背景下，礦井通風系統也在不斷完善、升級，重點在于為通風系統增設了一些環保裝置，從而將礦井中的水蒸氣、熱量及有害氣體排到礦井外，并統一處理，從而可以為礦井作業的工人提供一個安全的工作環境，有利于避免井下安全事故的出現，保障礦井作業安全。

2 自動化通風系統

實現通風系統與自動化技術的有機結合，建立自動化通風系統，其主要包括傳感器系統、通風系統以及中央控制系統三個組成部分。

2.1 自動化通風系統的組成

2.1.1 傳感器系統

其由多種傳感器組成，包括測溫傳感器、風量傳感器、風壓傳感器、風壓風量控制傳感器以及氣體組分傳感器等。傳感器系統中，主要是由碼分制系統、時分制系統、頻分制系統或者是多種系統復合應用的方式來實現傳感信號的傳感過程。傳感器主要通過利用地面控制臺來決定風門角度大小，改變風門角度，來實現風量控制目的。

2.1.2 通風系統

自動化通風系統中，通風系統占據著核心地位，主要是對礦井中的風量、風速進行控制，也就是利用通風系統中的變頻器，來調整通風機中電機轉子的轉速，來達到增大風量、減小風量或者是增大轉速、減小轉速的目標。且其可以自動調節，無需人工參與。甚至有一些國家可以借助傳感器，來感知礦井內的溫濕度，并以此為根據，對通風機中電機轉子的轉速進行調節，從而實現自動控制。

2.1.3 中央控制系統

自動化通風系統中，中央控制系統扮演著“指揮官”的角色，其主要借助微型計算機，來收集、整理通風方面的相關數據，并以這些數據作為根據，計算礦井所需通風量及通風機轉速。計算機存在諸多接口，因此擴展能力非常強，可以不斷對系統的反應靈敏度、進度進行優化與提高。同時除控制風速、風量、風壓之外，中央控制系統還可以對礦井實際情況進行監督、報警，從而有利于保障礦井生產安全。

2.2 自動化通風系統的功能

自動化通風系統的主要功能包括半自動操控功能、手動操控功能、自控功能以及故障記憶功能等多種功能。首先，半自動操控功能指的是，其可以利用人工現場遠程操控系統的主分站，以實際需要為根據，對通風機進行有選擇性的啟動、停止或者是暫停等操作；其次，手動操控功能指的是，暫停系統中的分站控制器之后，相關工作人員可以采取手動操作方式，對系統的各硬件實施人工控制，來對通風機或者是其他設備進行啟動、停止；再次，自控功能指的是，借助傳感器系統，將通風機的數據進行采集，并根據采集狀態，合理布置分站，從而實現通風機的自動化啟動、停止或者是暫停等操作；最后，故障記憶功能指的是，自動化通風系統可以將歷史運行參數、現在運行中的參數記錄下來，同時具備打印功能，一旦出現故障，則可以對故障原因記錄自動進行打印。

3 自動化通風系統的應用

3.1 主備風機的切換

主通風機、備用通風機的切換問題一直以來便是礦井通風系統中的一個難題。通風機作為一種機械電氣設備，在經過一定時間的使用之后，不可避免地會出現一定的故障問題，因此，必須設置備用通風機。礦井生產過程中，通風系統必須持續工作，但是一旦出現緊急情況或者是設備故障、檢修等情況，便需要進行主通風機、備用通風機切換。以往在切換主通風機、備用通風機的時候，一般是將主通風機手動關閉，并手動開啟備用通風機。但這種切換方式容易導致礦井供風量不足，從而容易引發安全事故。面對這樣的情況，可以在自動化通風系統中設置控制模塊，一旦出現需要主通風機、備用通風機切換的情況，則自動降低主通風機的轉速，與此同時，適當提高備用通風機的轉速，從而確保供風量的穩定性，保障礦井生產安全。這一過程，需要電機變頻器、控制單元的協同作業，主通風機、備用通風機切換過程中，通過調節通風機的轉速，確保總風量不變，便可以預防通風事故的出現。如圖1所示。

3.2 數據信息的監測

在通風系統中應用自動化技術，建立自動化通風系統的過程中，需要在礦井中安裝諸多攝像、監控設備，其主要目的在于采取時分制、頻分制方式對自動化通風系統進行監控，并對礦井內部氣體總量、內部溫度、風的方向、風速、風量等實施監測。需要注意的是，這些數據信息在礦井生產過程中具有重要的作用。自動化通風系統收集這些數據信息后，然后相關工作人員便能利用計算機軟件，將這些數據信息轉化為圖形、圖像，同時也可以將歷史數據、實時數據之間聯系起來，繪制歷史曲線、實時曲線，從而更加生動、形象地將礦井內部氣體總量、內部溫度、風的方向、風速、風量等數據信息展示出來，使工作人員能夠更加清晰地了解礦井通風情況，并及時找出問題，及時予以解決，從而為保障礦井生產安全奠定良好基礎。

3.3 故障問題的處理

在通風系統中應用自動化技術，還可以及時發現通風系統中的故障問題，并及時采取有效措施予以處理。在礦井通風系統中應用自動化技術的時候，需要收集礦井內部的相關信息，并對信息轉化為圖形，這樣的情況下，可以非常容易地發現礦井中的問題。例如，若是礦井內部風速較低、空氣流動量較少，則會導致礦井內部溫度過高，以收集到的信息為根據，便可以推測通風系統出現的問題，并通過對比分析設備正常運行時各項參數、出現故障后設備的各項參數，來判斷問題的原因，同時投入使用事先準備好的備用通風機，以保障通風系統的安全、穩定、持續運行，確保礦井生產安全。此外，在通風系統中應用自動化技術，一旦通風系統出現故障，不僅可以判斷故障，還可以發出警報，以便于相關工作人員及時處理故障，以避免安全事故的發生。

圖1：主通風機、備用通風機切換過程中轉速變化曲線圖

4 結語

綜上所述，在通風系統中應用自動化技術，可以確保通風系統的運行準確性、穩定性，減少礦井安全事故的出現，有利于確保礦井生產安全。同時，隨著科學技術的不斷發展，通風系統的自動化發展也是不可阻擋的趨勢，必須加大、加深對自動化技術的研究，進一步完善自動化通風系統，才能更好地發揮通風系統的作用，為實現礦業持續發展奠定良好基礎。