礦井風門自動控制系統的研究

盛永志

（長治市礦山救護隊， 山西 長治 046000）

引言

瓦斯突出、火災、粉塵爆炸是威脅綜采作業安全的三大“殺手”，其造成的死亡人數占到了煤礦死亡總人數的70%以上[1]，因此建立一個井下安全控制系統，通過對風量的控制來實現降低空氣中的瓦斯濃度含量，將火災、爆炸控制在一定區域內，防止災害影響的進一步擴大具有十分重要的作用。在煤礦井下通常設置有風門，用于對一定區域內的通風量進行控制，當出現瓦斯濃度升高時就加大通風量，確保瓦斯含量在安全范圍內。當發生火災時則會關閉風門，停止火災區域內的空氣流動，實現滅火，從而有效地防止火災范圍的進一步擴大，但目前井下的風門主要采用了簡單的控制模式，僅能實現開、合，無法實現根據井下環境自動調節風量大小，也無法實現遠程監測和控制，無法滿足越來越高的井下安全控制需求，因此本文研究一種新的礦井風門自動控制系統，其采用全新的控制方案，能夠自動對井下巷道內的空氣狀況進行監控，根據監控結果實現對風門開合度的調整，實現對井下風量的精確調節和控制，該風門自動控制系統具有控制精確度高、智能化程度好的優點，可極大地提升煤礦井下綜采作業的安全性。

1 礦井風門自動控制功能模塊

礦井風門自動控制系統主要包括了風門控制及運行參數模塊、視頻監控數據信息采集模塊以及環境信息傳感器信息采集模塊，通過三組模塊的相互結合[2]，先利用視頻監控和環境傳感器監測系統實現對煤礦井下環境情況的實時監測，將監測數據信息傳遞到控制中心內，對數據進行分析，根據分析結果來實現對風門開合和通風系統風量的聯合調整控制，滿足井下安全生產的控制需求。礦井風門自動控制系統的功能模塊結構如圖1 所示[3]。

圖1 自動化防護系統結構示意圖

在該自動控制系統中，風門控制及運行參數模塊主要用于執行控制模塊的指令，實現對風門開度大小和風門運行情況的實時監測與控制，確保接收到指令后能夠第一時間控制風門運行。視頻監控數據信息采集模塊主要用于采集風門處的視頻圖像信息，將視頻信號傳輸到地面控制中心，實現地面控制中心人員對風門狀態的實時監控，當出現異常時系統將發出預警廣播信號和撤退路線，確保井下作業人員及時脫險。環境信息傳感器信息采集模塊主要是利用各類傳感器設備實現對監控區域內的風速、粉塵濃度、瓦斯含量等的實時采集，對井下空氣環境的安全性進行判別，將判別結果反饋到控制中心，控制中心發出風門動作指令，控制風門自動運行，確保井下綜采作業的安全性。

2 風門自動控制系統硬件結構

為了適應煤礦井下高塵、高濕的惡劣環境，同時滿足對井下環境監測、風門控制的數據傳輸的需求，該風門自動控制系統的硬件結構上采用了雙串口微控制器，滿足對復雜數據信息的快速處理要求，數據通信采用了RS485 通信接口，確保數據傳輸的可靠性。當系統主接口出現故障時將自動轉入RS232 數據通信接口，同時采用了X5045 模塊作為安全控制模塊[4]，其能夠平復電網電壓波動而導致的控制系統的故障和死機現象，確保系統工作的穩定性。為了提高該自動控制系統的操作便捷性，方便后續升級，采用了大型防爆液晶顯示屏進行數據信息的顯示和標定。

為了滿足煤礦井下低能見度下的視頻監控需求，系統采用了超清的防爆CCD 視頻監控設備[5]，通過以太網絡來滿足瞬時大流程的數據傳輸需求，以太網絡和風門自動控制系統的控制中心之間采用網絡交換機進行聯通，形成一個專用的視頻數據傳輸通道，滿足視頻監控實時性和低滯后性的需求，該自動控制系統的硬件系統網絡結構如圖2 所示。

圖2 礦井風門自動控制系統硬件結構示意圖

3 井下風門控制平臺手控按鍵設計

由于煤礦井下巷道結構復雜，因此該礦井風門自動控制系統除了具有自動啟閉、遠程控制功能外還具備手動操作控制的功能，在風門附近的操作平臺上安裝有“打開”“關閉”“急?！薄敖怄i”四個控制按鈕。在每個風門的內側和外側均設置由手動控制操作平臺，滿足不同情況下的控制需求。當緊急情況下人工可以控制風門的打開或者關閉，在啟閉過程中一旦出現異常則可以采用“急?！笨刂?，確保風門啟閉過程中的安全性，“解鎖”功能主要是在緊急制動后需對風門進行復位，確保各類數據恢復到正常的狀態，滿足井下安全通風的需求，煤礦井下風門控制平臺分布如圖3 所示，圖中AN1、AN2 即表示控制平臺。

圖3 煤礦井下風門控制平臺分布示意圖

4 結論

1）礦井風門自動控制系統主要包括了風門控制及運行參數模塊、視頻監控數據信息采集模塊以及環境信息傳感器信息采集模塊，通過三組模塊的相互結合，能夠實現對井下風門運行狀態的全自動監控和精確調整；

2）自動控制系統采用了RS483 通信接口、X5045安全控制模塊、超清的防爆CCD 視頻監控設備，能夠滿足煤礦井下惡劣環境中的監測和控制需求。