智能采煤工作面自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

司海波

（山西高平源野煤業(yè)有限公司機(jī)電管理部，山西 晉城 048000）

引言

我國(guó)大多數(shù)煤礦采用井工作業(yè)的方式進(jìn)行，在生產(chǎn)過(guò)程中具有一定的危險(xiǎn)性。在此背景下，建立井下高效的預(yù)防救災(zāi)體系對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)至關(guān)重要。目前在我國(guó)煤礦生產(chǎn)中所使用的自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)，其在通風(fēng)調(diào)節(jié)、安全監(jiān)測(cè)及災(zāi)害預(yù)防等方面的功能較少，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)缺乏足夠的保障。對(duì)煤礦井下風(fēng)門(mén)系統(tǒng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)設(shè)備及各種監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，當(dāng)發(fā)生災(zāi)害時(shí)，可通過(guò)地面的遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、溫度等環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)控制的自動(dòng)化、智能化，為組織救災(zāi)工作提供參考，保證救災(zāi)工作的快速高效進(jìn)行[1]。

1 智能化自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)的功能需求

煤礦開(kāi)采過(guò)程中的井下環(huán)境惡劣，一旦發(fā)生災(zāi)害事故，會(huì)造成較大的設(shè)備、資源損失及人員傷亡。在災(zāi)害的預(yù)防、發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中，自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)能夠預(yù)防和控制礦井事故[2]。自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)可對(duì)井下的環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)及控制，集成了設(shè)備控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程控制的功能。依據(jù)自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能不同，系統(tǒng)整體包含三個(gè)功能模塊，具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)功能分類(lèi)

1）風(fēng)門(mén)控制及運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊對(duì)井下相關(guān)風(fēng)門(mén)的開(kāi)關(guān)位置及故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)人員及車(chē)輛進(jìn)出風(fēng)門(mén)時(shí)的自動(dòng)提示及控制，執(zhí)行遠(yuǎn)程控制中心發(fā)出的風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)、噴霧開(kāi)關(guān)等指令。在控制方式上，遠(yuǎn)程控制與本地控制相結(jié)合。當(dāng)有災(zāi)害事故發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)能第一時(shí)間正確執(zhí)行相關(guān)指令操作。智能風(fēng)門(mén)具有風(fēng)門(mén)兩側(cè)圖像的監(jiān)視功能，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制的復(fù)位。

2）音、視頻監(jiān)控信號(hào)采集模塊能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下風(fēng)門(mén)位置實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像的采集及遠(yuǎn)程語(yǔ)音的播報(bào)功能。通過(guò)對(duì)井下風(fēng)門(mén)位置的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以掌握井下工作人員及車(chē)輛的進(jìn)出情況，為遠(yuǎn)程監(jiān)控中心提供圖像監(jiān)測(cè)，并對(duì)井下的行進(jìn)路線(xiàn)進(jìn)行追蹤。當(dāng)有災(zāi)害發(fā)生時(shí)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)的救災(zāi)播報(bào)，可提高救援的有效性[3]。在正常的生產(chǎn)工作時(shí)，也可查看井下風(fēng)門(mén)的通過(guò)率等，并進(jìn)行會(huì)議、通知等語(yǔ)音的播報(bào)。

3）環(huán)境傳感器信號(hào)采集模塊主要用于對(duì)風(fēng)門(mén)周邊位置的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置的粉塵、溫度、煙霧等，實(shí)時(shí)地傳輸風(fēng)門(mén)附近的環(huán)境信息，并進(jìn)行信息的記錄。當(dāng)存在環(huán)境參數(shù)異常時(shí)，依據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，并提示工作人員參與，避免環(huán)境的進(jìn)一步惡化，預(yù)防災(zāi)害事故的發(fā)生。

2 智能化自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

智能化自動(dòng)風(fēng)門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖2所示，主要通過(guò)地面主服務(wù)器、采集系統(tǒng)、井下不同的風(fēng)門(mén)設(shè)備、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)及控制軟件等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控及控制運(yùn)行的功能[4]。

圖2 智能化自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)控制風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖3所示，主要包括鋼結(jié)構(gòu)的風(fēng)門(mén)本體、推桿、攝像頭、噴頭、紅外傳感器等。依據(jù)礦井流動(dòng)進(jìn)出的需求，風(fēng)門(mén)可分為單道風(fēng)門(mén)及雙道風(fēng)門(mén)，依據(jù)礦井的分布及作業(yè)需求進(jìn)行不同位置的布置，保證正常的生產(chǎn)作業(yè)及災(zāi)害發(fā)生時(shí)的有效救援及撤離。風(fēng)門(mén)控制裝置采用單片機(jī)控制芯片，用于接收遠(yuǎn)程控制中心的指令。采用RS485串口通信的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境傳感器信息的傳輸，采用RS232通信接口作為備用接口。采用X5045系統(tǒng)看門(mén)狗用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)存在故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)恢復(fù)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作[5]。

圖3 自動(dòng)控制風(fēng)門(mén)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中的紅外傳感器能實(shí)現(xiàn)對(duì)人員及車(chē)輛進(jìn)出的檢測(cè)，當(dāng)有人員或車(chē)輛通過(guò)風(fēng)門(mén)時(shí)，傳感器為控制器提供信號(hào)；噴頭連接系統(tǒng)的水箱，實(shí)現(xiàn)噴霧的功能。水箱內(nèi)部裝有水壓監(jiān)測(cè)傳感器及電動(dòng)球閥，實(shí)時(shí)對(duì)管路內(nèi)的水壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證系統(tǒng)水壓的穩(wěn)定，當(dāng)監(jiān)測(cè)異常時(shí)，及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，提醒工作人員進(jìn)行維修。當(dāng)有災(zāi)害發(fā)生時(shí)，噴頭進(jìn)行噴灑操作形成水霧，可以阻止火勢(shì)的蔓延，同時(shí)實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)的降溫，避免災(zāi)害事故的進(jìn)一步惡化。

視頻服務(wù)器接收模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)壓縮后，將視頻信號(hào)傳輸至主機(jī)中，每套風(fēng)門(mén)中安裝兩套視頻監(jiān)控裝置，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)門(mén)處的進(jìn)出情況。攝像頭采用防爆高清攝像頭，通過(guò)RS232接口與主控器實(shí)現(xiàn)通信，通過(guò)快速接頭與綜合控制箱的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行互聯(lián)，形成系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)高速傳輸。風(fēng)門(mén)控制系統(tǒng)的電路連接框圖如圖4所示。

圖4 風(fēng)門(mén)控制裝置電路連接圖

依據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的環(huán)境信息，進(jìn)行多種環(huán)境傳感器的布置，主要包括粉塵傳感器、風(fēng)速傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯?，系統(tǒng)配備DC5 V、DC12 V工作電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)巷道內(nèi)環(huán)境信息的監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

煤炭的井下開(kāi)采作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，容易發(fā)生各種危險(xiǎn)災(zāi)害事故，對(duì)礦井的資源及作業(yè)人員造成極大的危害。采用智能化的自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門(mén)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，不僅可以提高煤礦工作面的自動(dòng)化程度，還可以對(duì)井下的風(fēng)流等環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)井下的抗險(xiǎn)救災(zāi)提供幫助，保證礦井的安全生產(chǎn)。智能化自動(dòng)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)采用本地控制結(jié)合遠(yuǎn)程控制的方式，實(shí)現(xiàn)風(fēng)門(mén)控制及運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)、音視頻監(jiān)控信號(hào)采集及環(huán)境傳感器信號(hào)采集的功能，通過(guò)將環(huán)境監(jiān)測(cè)及音視頻的監(jiān)控融合進(jìn)救災(zāi)風(fēng)門(mén)系統(tǒng)，并且加入救災(zāi)時(shí)的預(yù)案措施，可以實(shí)現(xiàn)礦井智能化的預(yù)防及救災(zāi)，對(duì)于礦井的智能抗災(zāi)具有重要的意義。在使用過(guò)程中，應(yīng)不斷提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性，并避免災(zāi)害事故對(duì)系統(tǒng)的影響，保證系統(tǒng)的長(zhǎng)期工作，提高礦井的安全性。