煤礦智能通風中局部通風機控制方法及策略

陳銀龍 徐世鋒

摘 要：經濟的發展，社會的進步推動了我國綜合國力的提升，也使得了采礦工程建設的規模不斷擴大，礦井通風系統對于調整煤礦井下氣候，保證工人的正常活動具有十分重要的意義。煤礦智能化中，智能通風系統建設屬于重要的輔助系統之一。智能通風部分對通風系統參數感知、通風設備感知控制、智能通風軟件系統等三方面做出了提升要求。而煤礦通風發展現狀方面，現階段主要依靠人工和半人工的管理方式，通風系統的自動化和智能化水平較低，與煤礦智能化建設要求差距較大。基于此，本文主要對煤礦智能通風中局部通風機控制方法及策略做論述，詳情如下。

關鍵詞：煤礦智能通風;局部通風機;控制方法;策略

引言

掘進工作面通風利用局部通風機作動力，通過風筒導風的通風方法利用壓入、抽出式或者二者混合的方式實現局部通風，一般按照甲烷、粉塵等排出所需并考慮最小需風量綜合設計通風量。在巷道掘進過程中，對于沒有變頻控制的局部通風機，選定通風機后，一般不調整通風機動力或者人工更換通風機改變通風動力。對于能夠變頻控制的局部通風機，現場有經驗的人員按照自身經驗不定期地對局部通風機通風動力進行調整。但是以上兩種調整方式的共同點都是依靠人工經驗來判斷掘進工作面需風量，人為改變局部通風動力的狀況，沒有與現場甲烷、風速等監測數據進行關聯分析。所以說局部通風調節缺乏對現場實際需風量分析，無法實現掘進工作面局部通風機的自動或者智能控制。

1局部通風機控制方法

在控制器選擇方面，存在兩種控制方式，第一種是采用相對獨立的可編程邏輯控制器PLC來實現，采用可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。能夠通過監測分站實現通風相關參數的采集，按照控制策略分析后向變頻器發送控制信號，從而實現局部通風機實時控制。這種方法不要求局扇控制裝置接入煤礦安全監控系統平臺，可移植性好，適合現場監測、網絡傳輸等采用不同廠家產品的煤礦現場選用。已經部署通風系統平臺的煤礦現場，無需增加PLC控制柜，可通過系統調節的方式實現局部通風機控制。基礎數據采集由安全監控系統實現，通風系統地面決策模塊完成控制邏輯分析，通過系統分站下發控制指令給局部通風機配套的變頻器。其優點是局部通風機自動、智能控制實現方便簡單，但是要求煤礦現場有較完整的安全和通風監控系統平臺。

2煤礦智能通風中局部通風機控制策略

2.1礦井主通風機系統運行穩定性

煤礦智能通風中局部通風機控制策略之一是礦井主通風機系統運行穩定性控制。煤礦的安全生產需要連續、可靠、穩定的通風，這就要求煤礦主通風機始終保持穩定可靠的持續運轉狀態，以保證井道的通風量。然而礦井環境錯綜復雜，主通風機的工作環境伴有大量渾濁污惡的氣流，并且工作電壓較大，以至于出現故障的概率較大;同時在倒機停機過程中，通風機會頻繁發生啟動失常，以及備用風機啟動存在不確定性等，上述情況都不能確保通風系統的平穩運行。設計了一種新型通風系統模型，其分別從主通風機輔助通風系統失穩控制和主通風機運行異常通風失穩防范兩個方向切入，建立了礦井主通風系統平穩運行的維護方案，同時確定了通風失穩的控制總目標，獲得了影響工況點的參數響應。同時，以此模型為基礎，系統地討論了調節風量的自動控制方法，進而得到控制通風機系統穩定性的調節策略，從而實現對礦井主通風機系統的穩定控制。將兩臺通風機列向布置對齊，同時分別在各自的風道通道內設置立風門;當風機啟動運轉時，所對應的立風門開啟，同時備用風機配備的立風門關閉，若違背上述操作，則會使風路出現短路，以及減小井下的有效抽風量。改造升級的主通風機輔助通風系統。為了方便實施控制，構建“通風機輔助通風系統”的控制對象模型。在原系統的基礎上，添設了水平風門，且備用通風機可借助水平風門隨時啟動。此外，當大氣與水平風門連為一體時，電機將調整到全開模式，此時風阻值約等于零。備用風機能夠平穩輕載啟動，這樣就提升了電機安全平穩啟動的概率，進而克服了主通風機啟動故障等困難。

2.2自動調節系統

煤礦智能通風中局部通風機控制策略之二是自動調節系統。井下瓦斯濃度自動調節通風控制系統由PLC智能控制系統、變頻器、局部通風機及各個按鈕和警報信號燈等組成。既可以人工控制也可以實現自動控制，整個自動調節系統采用PLC智能控制，以井下瓦斯濃度為參考變量實現通風機風速的自動調節。該控制系統由PLC控制器、變頻器、通風機和瓦斯濃度傳感器組成閉環反饋控制系統，該閉環控制系統以給定的瓦斯濃度為輸入指令，比較控制環節為PLC控制器，控制器控制變頻器來控制通風機通風量，被控對象為井下瓦斯等危害氣體的濃度，反饋環節為瓦斯等危害氣體的濃度傳感器，同時也要考慮到溫度對井下瓦斯濃度的干擾，合理的通風量是隨著礦井下瓦斯等危害氣體的濃度改變而改變的。控制原理為：自動檢測時，瓦斯濃度傳感器將瓦斯濃度傳入PLC單片機，處理后與給定的瓦斯濃度值產生偏差，該偏差傳遞給PLC控制模塊，通過PLC控制模塊自動調整變頻器頻率來控制風機的運行風速，當瓦斯濃度傳感器測得瓦斯濃度高時，風機風俗加大，瓦斯濃度傳感器測得瓦斯濃度低時，風機風速減小，最后實現隨著瓦斯濃度的變化自動控制風機風速的效果。自動調節裝置在礦井下實現了不同瓦斯濃度風機風速的自動調節，也考慮了礦井下溫度對瓦斯濃度的影響，即保證了瓦斯在規定濃度范圍內，也避免了風速過大引起的灰塵和溫度引起的瓦斯濃度變化。以往大多數礦井下的瓦斯排放都是人工檢測排放，這樣存在很大的安全隱患，對工人的安全有很大的威脅。自動化檢測調節瓦斯濃度實現后，減少了工人的檢測，也減少了人為引起的檢測結果誤差，工人礦井下工作安全性大大增加。

2.3煤礦局部通風機智能調速設計與仿真

煤礦智能通風中局部通風機控制策略之三是煤礦局部通風機智能調速設計與仿真。目前，煤礦井下局部通風機普遍采用“一風吹”工作模式，最大程度滿足通風需求，但長期運行時存在安全隱患、穩定性不高、節能效果差。有些煤礦采用基于PID控制的局部通風機控制系統，但無法根據井下瓦斯濃度實時調節局部通風機電動機轉速，調速算法落后。因此，研究煤礦局部通風機智能調速系統對于提高煤礦井下生產安全性、改善井下工作環境、節約電能具有重要的意義。隨著國家智能化礦井建設的不斷推進，模糊控制技術、神經網絡技術逐漸應用于煤礦智能調速控制系統。基于T-S模糊神經網絡控制的局部通風機智能調速方案在實時性、穩定性、跟隨性方面表現優越，調速效果較好。

結語

總之，通過煤礦智能通風中局部通風機控制，延長了風機、風筒的使用壽命以及節能降耗的目的，滿足井下實際使用要求，可以進一步在更多設備中研發并增加使用數量。

參考文獻

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