智能采煤工作面自動風門系統的設計

司海波

（山西高平源野煤業有限公司機電管理部，山西 晉城 048000）

引言

我國大多數煤礦采用井工作業的方式進行，在生產過程中具有一定的危險性。在此背景下，建立井下高效的預防救災體系對于煤礦的安全生產至關重要。目前在我國煤礦生產中所使用的自動風門系統，其在通風調節、安全監測及災害預防等方面的功能較少，對礦井的安全生產缺乏足夠的保障。對煤礦井下風門系統進行智能化設計，可實現井下通風設備及各種監測設備的實時監測與控制，當發生災害時，可通過地面的遠程控制中心進行控制，實時監測現場的粉塵、溫度等環境參數，實現通風控制的自動化、智能化，為組織救災工作提供參考，保證救災工作的快速高效進行[1]。

1 智能化自動風門系統的功能需求

煤礦開采過程中的井下環境惡劣，一旦發生災害事故，會造成較大的設備、資源損失及人員傷亡。在災害的預防、發生及發展過程中，自動風門系統能夠預防和控制礦井事故[2]。自動風門系統可對井下的環境進行監測及控制，集成了設備控制、環境監測及遠程控制的功能。依據自動風門系統實現的功能不同，系統整體包含三個功能模塊，具體如圖1所示。

圖1 系統功能分類

1）風門控制及運行參數監測模塊對井下相關風門的開關位置及故障進行監測，實現人員及車輛進出風門時的自動提示及控制，執行遠程控制中心發出的風門開關、噴霧開關等指令。在控制方式上，遠程控制與本地控制相結合。當有災害事故發生時，系統能第一時間正確執行相關指令操作。智能風門具有風門兩側圖像的監視功能，能夠實現遠程控制的復位。

2）音、視頻監控信號采集模塊能實現對井下風門位置實時動態圖像的采集及遠程語音的播報功能。通過對井下風門位置的實時監控，可以掌握井下工作人員及車輛的進出情況，為遠程監控中心提供圖像監測，并對井下的行進路線進行追蹤。當有災害發生時，通過現場監控畫面進行實時的救災播報，可提高救援的有效性[3]。在正常的生產工作時，也可查看井下風門的通過率等，并進行會議、通知等語音的播報。

3）環境傳感器信號采集模塊主要用于對風門周邊位置的環境參數進行采集，包括監測點位置的粉塵、溫度、煙霧等，實時地傳輸風門附近的環境信息，并進行信息的記錄。當存在環境參數異常時，依據系統響應進行語音報警，并提示工作人員參與，避免環境的進一步惡化，預防災害事故的發生。

2 智能化自動風門系統的功能實現

智能化自動風門監控系統的主要結構如下頁圖2所示，主要通過地面主服務器、采集系統、井下不同的風門設備、工業網絡及控制軟件等實現自動監控及控制運行的功能[4]。

圖2 智能化自動風門系統結構

自動控制風門結構如下頁圖3所示，主要包括鋼結構的風門本體、推桿、攝像頭、噴頭、紅外傳感器等。依據礦井流動進出的需求，風門可分為單道風門及雙道風門，依據礦井的分布及作業需求進行不同位置的布置，保證正常的生產作業及災害發生時的有效救援及撤離。風門控制裝置采用單片機控制芯片，用于接收遠程控制中心的指令。采用RS485串口通信的方式實現對環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系統看門狗用于對系統進行保護，當系統存在故障時，實現系統的自動恢復，保證系統的穩定工作[5]。

圖3 自動控制風門結構

系統中的紅外傳感器能實現對人員及車輛進出的檢測，當有人員或車輛通過風門時，傳感器為控制器提供信號；噴頭連接系統的水箱，實現噴霧的功能。水箱內部裝有水壓監測傳感器及電動球閥，實時對管路內的水壓進行監測，保證系統水壓的穩定，當監測異常時，及時進行報警，提醒工作人員進行維修。當有災害發生時，噴頭進行噴灑操作形成水霧，可以阻止火勢的蔓延，同時實現巷道內的降溫，避免災害事故的進一步惡化。

視頻服務器接收模擬信號，經過壓縮后，將視頻信號傳輸至主機中，每套風門中安裝兩套視頻監控裝置，保證系統的穩定工作，實時監測風門處的進出情況。攝像頭采用防爆高清攝像頭，通過RS232接口與主控器實現通信，通過快速接頭與綜合控制箱的網絡交換機進行互聯，形成系統內的數據高速傳輸。風門控制系統的電路連接框圖如圖4所示。

圖4 風門控制裝置電路連接圖

依據系統監測的環境信息，進行多種環境傳感器的布置，主要包括粉塵傳感器、風速傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯濃度傳感器等，系統配備DC5 V、DC12 V工作電源，實現對巷道內環境信息的監測。

3 結語

煤炭的井下開采作業環境復雜，容易發生各種危險災害事故，對礦井的資源及作業人員造成極大的危害。采用智能化的自動風門系統，實現風門的遠程自動化控制，不僅可以提高煤礦工作面的自動化程度，還可以對井下的風流等環境進行實時監控，對井下的抗險救災提供幫助，保證礦井的安全生產。智能化自動風門系統采用本地控制結合遠程控制的方式，實現風門控制及運行參數監測、音視頻監控信號采集及環境傳感器信號采集的功能，通過將環境監測及音視頻的監控融合進救災風門系統，并且加入救災時的預案措施，可以實現礦井智能化的預防及救災，對于礦井的智能抗災具有重要的意義。在使用過程中，應不斷提高系統的穩定性及可靠性，并避免災害事故對系統的影響，保證系統的長期工作，提高礦井的安全性。