煤礦井下風門漏風監測系統的應用研究

張利忠

（華陽集團山西新元煤炭有限責任公司，山西 晉中 045400）

引言

煤炭開采時受到瓦斯涌出、冒頂、粉塵等多種不安全因素制約，給礦井生產帶來嚴重影響，如何避免井下出現安全事故是煤炭回采時首先需要解決的問題[1-2]。近些年來，隨著礦井生產能力的不斷提升，煤炭開采量隨之加大，井下通風路線長度顯著增加，通風系統結構更趨復雜，井下布置的通風設施數量也不斷增多[3-5]。風門是井下常用的通風設施，在風量調節中起到顯著作用。由于風門兩側存在有壓差，風門漏風會降低通風設施應用效果甚至會導致通風系統短路，給井下生產安全帶來顯著威脅[6-7]。為此，提出一種井下風門漏風監測系統，以期能提高風門漏風監測自動化水平，并提高井下通風系統可靠性。

1 風門漏風監測系統結構組成

1.1 監測原理

現階段風門漏風常用的監測方法包括示蹤氣體法、風表直接測定法、風阻法等，針對山西某礦井下實際情況，并綜合不同漏風測定方法測定特點，提出采用壓差法對風門漏風情況進行測定。在風門兩側位置各布置一個風壓傳感器，具體布置見圖1。將壓力傳感器高、低壓口分別布置在風門兩側，當測定的風壓差值超過預先設定閾值后，則判定風門存在漏風，則漏風監測系統會發出漏風警報，提醒工作人員及時前去處理；當測定風壓在閾值內時，則監測系統持續進行監測。

圖1 風壓傳感器布置示意圖

1.2 風門漏風監測系統構成

風門漏風監測系統主要結構包括有數據采集模塊、環境監測模塊、信號處理模塊以及信息通信模塊等，其中信息通信采用RS485 方式，并預留有無線通信接口。在風門內布置的風壓傳感器外殼采用結構堅硬的鋁合金保護，主要結構為OEM硅壓阻式差壓芯體，高、低壓接口采用旋塞以及M10 螺紋結構。具體風壓傳感器接線方式見圖2 所示。

圖2 風壓傳感器接線方式

2 風門漏風監測系統應用分析

2.1 礦井通風系統概況

山西某礦生產能力為180 萬t的現代化礦井，通風方式為中央并列式，在回風井布置的2 臺型號均為FBCNo26.5/1600的主要通風機，配合使用的電動機功率為1 400 kW。隨著礦井開采范圍的不斷增加，現階段井下布置有多處風門，但是由于某些風門未能及時進行修整，導致漏風量較大，從而使得礦井通風系統工作效率較低。若采用人工測量方式對風門是否漏風進行測定，不僅需要耗費大量的人力而且時間耗時較長。為此，礦井提出采用風門漏風監測系統對風門是否漏風進行監測，并根據監測結果提出風門修整技術措施。

2.2 風門漏風監測系統設備配置

根據井下風門布置情況以及對通風系統可靠性、穩定性影響程度，決定在現階段主采區內的風門布置漏風監測系統，從而降低生產投入。現階段礦井生產集中在五采區，采區內共有車場聯絡巷風門、3個聯絡巷（1 號至3 號）風門等4 個風門。在風門內布置風壓傳感器可實時對風門兩側風壓差進行監測，并將監測結果傳輸至地面通風部以及監控中心。當風門正常工作面時，風門兩側風壓壓差處于相對穩定狀態，一旦風門出現較為明顯的漏風時，則風門內外壓差出會降低，當降低幅度超過設定閾值時，表明風門漏風量較大，此時風門漏風監測系統會發出警報信號。井下漏風風門位置、地面監控中心以及通風部均會收到報警信息，從而實現對重要風門漏風情況的實時監測。

2.3 風門漏風監測系統安裝

在五采區進風巷內布置一臺PLC 控制器，用以對采區內布置的4 臺風壓傳感器監測結果數據傳輸及處理。PLC 采集到的風壓傳感器監測結果通過井下布置的工業以太網環網傳輸至地表。

風門漏風監測系統工作精準性的關鍵在于風壓傳感器工作精度。因此，為了降低風壓傳感器測定結果誤差，在風壓傳感器高、低壓接口連接的膠皮管高低應確保一直，安裝完成后應定期對風壓傳感器進行校核并檢查膠皮管是否出現破損，確保監測設備可以平穩運行。在風門位置布置的風壓傳感器應按下述要求安裝：在風壓傳感器安裝之前采用遙控器對數據進行調零處理；風壓傳感器應垂直布置，同時安裝時應避免受到振動或者強烈沖擊影響；風壓傳感器布置在位置牢靠，頂板無淋水、完好，并且附近圍巖無變形位置。

2.4 應用效果分析

在井下五采區進主要風門布置風門漏風監測系統后對系統運行情況進行考察分析，發現該系統可實現對主要聯絡巷風門實時在線監測，當監測到風門兩側壓差小于設定閾值后，即會發出預警信息，礦井多次發現五采區風門嚴重漏風情況，后通過采取緊急應對措施后，風門漏風情況得以顯著改善，可見在一定程度上提升了礦井通風系統可靠性及穩定性。

3 結論

1）采用風門漏風監測系統風壓傳感器對風門兩側風壓值進行測定，當監測到風門兩側風壓壓差小于設定閾值時，則該系統會發出預警信息，表示監測位置的風門存在漏風。

2）在山西某礦應用該風門監測系統后，實現了對主要風門漏風監測，從而提升了礦井有效風量率。現場測試發現礦井有效風量率由86.2%提升至92.5%，井下通風系統通風阻力有2 189 Pa 降低至1 823 Pa，取得顯著的應用效果。