煤礦通風機遠程監控系統的設計與應用

黃 偉

（山西長治經坊莊子河煤業有限公司，山西 長治 047101）

作為通風系統中重要的通風設施，煤礦開采的安全推進需要通風機予以保障。但在傳統的通風系統中，通風機往往是獨立監控模式，無法滿足遠程控制風機、風門的需求，調整通風機吸風量也相對困難。一旦通風機出現故障，無法遠程進行檢修，對整體通風系統產生阻礙。為此，需要開展通風機技術研究工作，設計通風機遠程監控系統，并應用于實際煤礦開采作業中。通風機監控系統借助PLC 技術，將多元化的信息高效處理，通過安裝在煤礦各位置的傳感器收集對應數據信息，通過遠程操控電腦控制煤礦通風機，實現通風機控制自動化的目標。

1 煤礦通風機遠程監控系統現狀

據不完全統計，我國煤礦安全事故的主要發生原因就是通風管理存在問題，導致煤礦內瓦斯、煤塵濃度過高。為此，《煤礦安全規程》規定了應當用一備一的模式使用煤礦通風機。但在實際作業中，沒有發揮出備用煤礦通風機和備用供電系統的作用。冷備用是煤礦通風機主要的方式，但冷備用的啟動和掛網情況比較復雜，所以在倒機時風險性較高；單母線分段運行是供電系統的主要運行方式，在出現電源問題時，切換供電電源的操作比較復雜，并且依賴人工完成，很難第一時間合閘，通風事故的影響進一步擴大。

1.1 煤礦通風機不停風倒機

在高瓦斯礦井的作業環節，通風機停機倒機會導致礦井內瓦斯含量過高，阻礙煤礦的安全生產。可以在停轉煤礦通風機之前，先啟用備用通風機，用熱備用降低不確定性。在備用通風機啟動之后，利用風門切換風路，在更短時間內，借助風路的切換，讓通風機能夠在不停風的狀態下實現倒機需求。立足于現下實際情況，想要在備用通風機前啟動主通風機，面臨一定的困難和阻礙，所以改造煤礦通風機風道勢在必行。圖1、圖2為煤礦通風機改造前及改造后的通風回路，通過合理改造提高了通風機倒機成功率，并且有效縮短了倒機時間，在通風機出現故障的情況下，遠程監控系統還可以實現自動化操作[1]。

圖1 通風機改造前通風回路

圖2 通風機改造后通風回路

1.2 高性能自密式旋葉風門

傳統的鋼絲提拉無法滿足閘板開閉的具體要求，尤其是在帶有風阻的情況下，承受的壓力相對較大，容易出現卡死等問題，無形中增添了安全隱患。在此情況下，自密式旋葉風門也自然而然出現。不同于傳統的閘板風門，自密式旋葉風門選擇了多組葉片代替閘板的作用，多組葉片的開合與關閉更加安全也更加方便，滿足了大多數風門開合的需求。在切換速度領域，自密式旋葉風門的優勢也比較明顯，并且相較于閘板風門，承受的風阻相對較小。

1.3 通風機供電安全水平的提升

雙回路供電，單母線分段運行是煤礦通風機主要的供電系統，但該系統仍然存在一定的安全隱患。可以通過高壓快切裝置實現備用電源的迅速切換，在電源出現故障時保障煤礦通風機的正常運行，降低電流產生的沖擊，提高煤礦生產的安全性。在電動機電源進線，導致母線失電時，由于受到慣性的影響，電動機會繼續運轉并形成殘壓。為此，需要降低母線殘壓對電網的沖擊，控制停電事故產生的影響。首先，在失電發生的第一時間，通過高壓快切裝置檢測母線殘壓與備用電源的相位角，在差度不大的情況下，迅速實現切換，降低對煤礦通風機的沖擊；其次，在快速切換區域時機措施的情況下，高壓快切裝置可以實現同相位角的切換，降低對主要通風機和電源的影響；最后，在上述兩個時機都失去的前提下，在母線殘壓降低到40%以下時，高壓快切裝置可以進行投切，相較于冷備用啟動更加穩定[2]。

1.4 通風機遠程監控系統存在的不足

在一般情況下，煤礦通風機的位置比較偏僻，距離調度室有不小的距離，即使接入局域網，也僅能在調度室和現場獲取實時數據。作為安全管理人員及領導者，如果沒有第一時間出現在辦公場地，就無法了解實時數據和信息。在煤礦出現安全事故時，無法及時作出科學決策，也不能第一時間有效控制與解決。

2 煤礦通風機遠程監控系統設計與功能

2.1 煤礦通風機遠程監控系統設計

PLC和PC端是控制變頻通風機的必備要素，也是煤礦通風機遠程監控系統設計的關鍵。借助安裝在煤礦開采點和通風機上的傳感器，及時獲取相關信息、數據與參數，通過PLC 進行有效處理與模擬。通過合理的煤礦通風機遠程監控系統設計，對電機頻率的調節更加靈活方便，也能遠程控制通風機風門的開關，滿足了煤礦通風系統及煤礦開采的多樣化需求，發揮了煤礦通風機遠程監控系統真正的價值。

2.2 煤礦通風機遠程監控系統功能

2.2.1 開閉風門

一般而言，煤礦通風機遠程監控系統都有配備的操作軟件，方便工作人員控制風門的開關。在軟件中點擊開關按鈕，遠程就可以控制通風機風門的閉合，提高了操作的便捷度。將位置感應器安裝在井下風門中，所以對風門的開啟位置也可以實現精準控制。在風門開啟或關閉到設定的位置時，就會第一時間給予反饋，并停止繼續開閉[3]。

2.2.2 防爆門閉鎖

在反風時，電機的運轉以及風流會受到慣性影響，持續運行一段時間，需要等電機完全停止之后，才能實現反向運轉，否則由于過大的負荷，會對風機產生一定損壞，甚至出現跳閘等問題。所以，需要設置好相應的延長時間，反風需要在電機完全停止運轉后才能實施。

2.2.3 電機變量的實時監測

在通風機電機上安裝好溫度傳感器，借助PLC 掌控電機的運行溫度，在溫度異常時第一時間分析與處理。在大屏幕中顯示風機的風量、風壓和風速等信息，用更加直觀的形式顯示出來。此外，借助遠程監控系統，還可以顯示電機軸承、一氧化碳濃度等多項參數和信息，全方位開展對風機電機的監測，在發生異常的第一時間獲取信息，采取有效措施及時處理，降低煤礦生產的安全隱患。

3 煤礦通風機遠程監控系統的應用

3.1 煤礦通風機遠程監控系統在溫度報警中的應用

隨著通風機的不斷運轉，溫度也會逐漸上升，一旦通風機的溫度到達一定閾值，就容易影響正常運轉，降低煤礦通風質量，導致礦井內煤塵及瓦斯超標，不僅阻礙煤礦生產的有序進行，也會威脅開采人員的生命安全。所以，需要煤礦企業將煤礦通風機遠程監控系統合理運用，及時監測煤礦通風機的各部件溫度，在煤礦通風機軸承、液壓站的溫度逐漸上升，甚至影響到通風機正常運行的情況下，就需要合理開展降溫工作，保障煤礦通風質量，確保煤礦內瓦斯、煤塵濃度在安全范圍內，保障煤礦開采人員的生命安全，以及煤礦通風機的平穩運行。一般而言，將煤礦通風機遠程監控系統應用于溫度報警環節，需要從兩方面采取措施。

第一，作為煤礦企業的管理者，以及煤礦開采工作人員，對通風機的硬件設備要學會合理應用。將傳感器安裝在礦井的各個開采測試點當中，在全面監控礦井溫度的基礎上，也有效排查傳感器故障導致的數據不實問題，從根本上保障煤礦通風的安全性。

第二，作為煤礦企業的技術人員，對通風機的程序設計也要保持高度關注，合理判斷與分析通風機的液壓站及潤滑站溫度，結合傳感器傳遞的信號，分析出具體溫度數值，排除各種干擾因素和故障信息，保障對煤礦通風機運行的全方位監控。此外，作為煤礦企業的技術人員，也要控制好煤礦通風機以及電機的軸承溫度，將溫度報警系統安裝在通風機和電機的軸承中，在溫度出現異常的第一時間，將信號傳遞給技術人員，第一時間考察現場實際情況，找出存在的安全隱患，確保通風機平穩運行，也提高煤礦生產的安全性。

3.2 煤礦通風機遠程監控系統在失電故障中的應用

在煤礦通風機的運行中，由于煤礦生產的復雜性，遇到的情況也是多種多樣的，甚至會出現失電故障等嚴重問題。針對該情況，需要構建完善的煤礦通風機遠程監控系統，才能保障通風機的正常運行，滿足煤礦生產的具體要求。在出現失電故障的第一時間，將警報信號傳輸出去，第一時間處理與解決，保障煤礦生產整體的安全性，也確保通風機能夠有效運行。由于電網系統出現波動，煤礦通風機也會出現跳閘問題，無法滿足煤礦通風的具體要求，需要技術人員第一時間手動修復，保障通風機的有序運行。在正常的煤礦通風機運行中，隨著時間的推移也會出現一定損耗，影響煤礦通風機的工作質量，甚至阻礙煤礦生產的正常推進。所以，將煤礦通風機遠程監控系統應用于煤礦開采環節已經刻不容緩。通風機遠程監控系統的應用，提升了煤礦開采的安全性，也確保了煤礦通風機的平穩運行。一般而言，在出現失電故障時，煤礦通風機遠程監控系統的應用主要集中于以下兩方面：

第一，對煤礦通風機的硬件要做出改造與更換，在通風機的各個部位安裝好高壓及低壓開關，這樣煤礦通風機就能夠實現自動通電，提高煤礦通風機功能的完整性。而煤礦通風機的運行，只要有符合要求的工作電流通過，通風機就能夠實現自動通電，保障煤礦通風機的平穩運行。

第二，煤礦企業的技術人員要及時設計煤礦通風機遠程監控系統對應的軟件，判斷煤礦通風機運行環節的各種帶電情況，分析出現失電故障的具體原因，控制好導致通風機失電故障的因素，結合失電故障的實際情況采取有效解決措施。在通風機出現失電故障的第一時間解決，降低對煤礦生產的影響，也保障煤礦開采人員的生命安全。

3.3 煤礦通風機遠程監控系統在風機角度調節控制中的應用

在當前階段，角度自動回零是煤礦通風機運行經常出現的問題，尤其是煤礦開采過程中出現的比較頻繁。針對角度自動回零問題，需要工作人員第一時間掌握相關信息，否則會影響通風機的正常運行，礦井內瓦斯及煤塵的濃度上升，導致煤礦出現安全事故，威脅煤礦開采人員的人身安全，造成煤礦企業的經濟損失。所以，需要煤礦企業及時應用通風機遠程監控系統，控制好通風機的具體角度，做出合理的設計與調整。

第一，結合通風機運行的具體情況，需要相關技術人員采取有效措施，將執行器的警報數值設置好。結合煤礦通風機的實際運行狀態，以及返回的具體警報數值做出合理判斷與操作，確保煤礦生產的安全性。

第二，作為煤礦企業的工作人員，需要第一時間將警報設施安裝在通風機中，一旦通風機角度歸零，第一時間發出警報信號，幫助工作人員了解實際情況。工作人員到達現場處理煤礦通風機，確保煤礦的通風質量，防止由于通風機停止運行導致礦井瓦斯濃度上漲，保障煤礦開采的安全推進，在確保開采人員生命安全的基礎上，提高煤礦企業的經濟效益。

4 結束語

綜上所述，伴隨著我國煤礦行業的高速發展，想要確保煤礦開采質量，就需要相關工作人員意識到煤礦通風機遠程監控系統的重要性，應用于煤礦開采的各個環節當中。通過煤礦通風機遠程監控系統，實現對煤礦生產的全方位24h監控，在發現安全隱患、出現安全事故的第一時間發出警報，及時采取有效的解決措施，確保煤礦開采人員的生命安全，也推動煤礦企業進一步發展。