礦山井下通風自動化的改造

趙尚上　潘文政

摘要：煤礦通風系統主要是保證井下空氣清新并及時排出有害氣體、熱量等，以保證井下工作環境的安全性。井下通風控制工作主要以瓦斯含量的控制為主，通過控制風量，預防瓦斯含量升高和突然涌現。目前，我國許多煤礦都是由人工管理煤礦通風系統，因此，難以保證其安全、穩定性，所以，需要通過自動化控制技術提高其安全、穩定性。

關鍵詞：礦山采礦；井下通風；自動化控制系統；改造

引言

煤礦井下通風狀況關系到礦井的生產全，采用自動調節和控制的技術，加強礦井通風技術，提高安全生產能力，將礦井通風過程中的自動控制和調節的技術加以提升，是當前防止礦井安全事故、達到礦井通風自動化運行的重要技術手段。對于減輕事故發生的危害程度，提高礦井的安全系數，具有關鍵作用。

1煤礦通風系統自動化控制

進行煤礦通風系統的自動化安裝和運行，主要是為了保持井下空氣狀況的安全和穩定，通過通風巷道，將井上和井下的空氣加以交換，給工人提供較為舒適的工作環境，保持礦井內部的空氣的新鮮，將井下的有害氣體以及熱量、水蒸氣等加以排出，得到適合安全生產的礦井工作條件。檢測的內容包括瓦斯的含量的監控，系統通風量的及時調整，瓦斯含量如果發生了異常的升高或者涌出，應該警惕是否有安全事故或者隱患存在。目前采用的人工管理的方法，對于監控和調度的自動化程度來說，不足以維護煤礦安全運行。自動化控制水平高的煤礦通風系統，能夠控制風量計算模型，運用科學合理的通風系統的管理來保證系統運行的安全可靠。

2通風監控系統現狀及存在的問題

世界上對煤礦井下通風控制系統的研究工作起步于上世紀九十年代，當時國外一些國家采用了一體化設計方案，通過在線檢測通風系統的各項參數，能夠對通風系統進行有效控制，同時，當通風系統出現故障之后自動化監控系統還能自我診斷和保護，基本保證了煤礦通風系統的安全運行。在歐美國家，通風系統主風機通常采用軸流式風機，隨著對節能要求越來越重視，開始采用葉片角度可變的液壓式通風機，其效率可達到85%。

我國對煤礦礦井通風機的研究起步較晚，最早主要以引進前蘇聯的設備為主，同時礦井風量調節工作是由人工控制的，因此在風量控制與調節方面存在一些不合理之處，無法實現實時、連續調節，同時風量控制不科學，往往是根據工作人員的經驗進行工作。

目前，國內大多數煤礦都實現了通風監控系統在線監測功能，但是在自動化調節和異常情況診斷方面還有待提高，并且自動化通風管理系統的可靠性和穩定性也需要進一步改善。

2自動化控制系統整體設計

2.1自動化系統控制模式

自動化系統采用的是集中控制和分散檢測的方式，建立了動態檢測煤礦的監控分站，對煤礦內部的氣體、風壓、溫度等狀況進行檢測，由煤礦通風總站將數據加以傳輸，得到了關于監控分站的各種數據的匯總，然后采用推算的算法，得到了煤礦風量的分布的情況，將風量控制方案，反饋給變頻裝置等監控分站中的重要位置，達到通風系統的自動化控制的目的。

2.2自動系統的原理

自動化系統是以煤礦通風主站、分站，進行檢測和控制，通過風壓、風量、氣體、溫度的傳感器將系統的數據加以傳輸、匯總、分析和運行。自動系統包含了通風系統、中央控制以及傳感器系統等內容。傳感器系統包含了信號發生器等，將不同的信號加以傳輸和接受，得到了監控的指令和數據。信號經過傳輸分為頻分制和時分制度，按照計劃將各路信號按照頻率進行接收和發送。頻分制的電路較為簡單，故障較少，頻率的接收和發送使用載頻器進行定型生產，吸納后通過動力線傳遞線進行傳輸，并對元件進行檢測。礦井的環境狀況等通過風量的控制得到精確的測量，測量到的數據包括風量、風壓和溫度以及有毒的氣體，巷道中被放置了很多傳感器，如風速檢測元件可以對風量進行精確的遙測。這些元件包括了恒流式風速儀、恒溫風速儀、三杯電渦流式傳感器、光耦感應器傳感器等。采用熱敏元件的溫度遙測可歸為紅外線輻射技術，風壓的遙測可以采用差壓變送器進行。而紅外線吸收可以使用光譜法或者定點位電解法進行CO氣體濃度的遙測。

2.3通風系統的自動化設置

通風自動化系統采用風門和百葉窗的方式加以風量的控制和調節。頻率發送器將風門和葉片的狀態發送，最終傳送到地面控制室。地面控制室根據葉片和風門轉動狀態，通過改變通風機的轉速而產生變頻信號，可以實現井下局部通風機的定時控制效果。另外，在定時器裝置的外部安裝防爆破沖擊裝置，可以實現自動通風，采用工作面作業機器運行的方式，引發氣體濃度或者空氣的溫度的變化，最終對工作面的作業機器元件進行控制，保證其良性運轉。

3煤礦通風系統自動化控制技術應用的優化方案

3.1嚴格控制通風的性能

目前，我國性能曲線數據主要是從兩個方面獲得。一方面是通風機自身的數據，一方面是通風機在運行過程中產生的數據。這兩類數據都需要通過相應的試驗才能得出來，所以目前為止并不是以理論的形式呈現的。因此，為了確保風量數據的準確性，必須要從通風機的自身特性入手，將最終的數據與通風機自身的數據信息綜合起來。計算機網絡計算則需要結合曲線的分析表達式，并且要考慮聯合機的影響作用。另外關于外界環境因素對于通風機的穩定性影響這一內容也要考慮在內。具體實踐當中，則需要從通風系統運行時產生的數據信息入手，曲線一般都會接近于二次拋物線。為了能夠讓最終的數據滿足實踐應用，從通風機自身的工作環境以及通風機的整體狀況這兩個方面開始展開調查，利用拉格朗日插值法可以得出最終數據。

3.2優化通風系統

煤礦通風系統自動控制優化之后需要考慮PLC這一因素，因為PLC本身對于外界的敏感程度不高，所以在受到輻射以及干擾的時候常常會出現瞬間斷電的情況，但是這并不會影響其正常工作。而且在一些條件比較特殊的環境當中，仍然具有使用價值。

針對PLC的功能實現，需要從計時、邏輯運算以及順序等三個方面進行，細致一點將也會包括模擬量和數字這兩者的輸入以及輸出，同時也會具備記錄以及自檢這樣兩個功能。如果在實踐當中，能夠增強通風系統的優化效果，各個方面的目標能夠得以實現。從國際經驗來看，應用PLC自動控制軟件的意義和作用較為顯著，能夠保障煤礦通風系統的安全性以及可靠性，提高系統的運行效率。針對煤礦礦井之下工作人員的定位以及其他相關物體的定位，礦機自動化控制技術均可以實現。煤礦礦井自動化控制技術當中，合理應用高精度設計方法可以增強通風系統的效率。從目前煤礦通風系統中自動化控制技術的應用現狀可以看出，如果在實踐中不斷完善計算方式，能夠提高自動化控制技術的應用價值，使其更加廣泛被應用。

結語

在煤礦的生產環節中，煤礦通風系統是其中重要作用，通過對PLC可編程控制器為核心的煤礦通風監控系統的研究，大大提高了煤礦生產自動化水平，變頻器的引入也提高了設備的使用壽命，降低了使用維護成本，使風機調速更加平穩、可靠，具有較高的經濟效益。

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