自動化控制技術在煤礦通風系統中的融合運用

邵靖文

（山西寧武大運華盛老窯溝煤業有限公司 山西省寧武縣 036700）

在煤礦開采的過程中，通風系統的運行質量對于礦井安全生產具有非常重要的影響，為了提升煤礦開采過程中通風系統的運行質量，就需要合理運用自動化控制技術，將自動化控制技術與通風系統相結合，不僅可以提高煤礦開采過程中的通風效果，還可以減少煤礦開采過程中的安全隱患，有效提升礦井通風系統運行質量。

1 自動化控制技術簡述

自動化控制技術是在工業生產過程中，通過利用傳感器、控制器以及執行器等裝置，將生產過程中的一些參數、狀態等數據信息進行實時采集，并通過一定的算法，將所采集到的數據信息進行計算、分析以及處理，并在此基礎上自動實現對生產過程的控制。自動化控制技術主要應用到工業生產中的自動化檢測、設備控制等方面，通過自動化控制技術可以實現對生產過程中的動態信息進行實時采集、處理與分析[1]。

在煤礦通風系統中，自動化控制技術可以有效降低煤礦井下工作人員的勞動強度，保證其工作效率。煤礦井下作業環境相對復雜，并且存在較大的安全隱患，應用自動化控制技術能夠有效解決這些問題。例如在通風系統中應用自動化控制技術，可以對礦井井下環境進行實時監控，當環境溫度過高或過低時，都會觸發自動報警裝置，并通過 LED 顯示屏幕顯示出報警信息。當監測到礦井中存在有害氣體時，還可以啟動自動通風系統，同時對通風設備進行自動開啟或者關閉。可以說在煤礦井下作業環境中應用自動化控制技術是十分必要的。

2 煤礦通風自動化控制系統構成

在煤礦通風自動化控制系統中，自動化控制技術是一種重要的基礎技術，在整個自動化控制系統中占據著重要地位。一般情況下，自動化控制技術主要由傳感器、控制器、執行機構等部分構成。其中，傳感器是自動化控制系統中的關鍵部分，能夠直接與外界環境進行交流，并將相關信息反饋到控制器中。另外，控制器能夠對傳感器采集的信息進行處理，并將其轉化為具體的數值反饋到傳感器中，從而對煤礦通風系統進行有效控制。其中，傳感器主要負責測量煤礦通風系統運行過程中的相關參數；控制器主要負責對傳感器采集的數據進行分析與處理；執行機構則是利用電機驅動裝置來對煤礦通風系統進行控制；最后將這些數據通過網絡傳輸到控制室中，具體如圖1 所示。

圖1：煤礦通風自動化控制系統示意

3 煤礦通風自動化控制系統的主要功能

（1）自動監控功能。系統的監控功能是通過計算機軟件實現的，根據系統本身的特點，有針對性的采用了多種監控方式，可以實現實時監測和記錄、遠程監測、參數顯示、歷史查詢等多種功能。通過對煤礦通風系統相關參數的分析，可以自動調節風機的運行狀態，包括風機運轉參數和風量參數，同時也能根據需要自動進行調節。具體的調節方法有：調節風機轉速和風機出口風壓，使其滿足相關標準；對風機出口風量和風壓進行調整，使其符合相關標準；根據瓦斯濃度等情況對風機運行參數進行調整，使其滿足相關標準。

（2）智能控制功能。在對煤礦通風系統進行控制時，可采用多種方式實現智能化控制，如： PLC 技術、變頻調速技術、模糊控制技術等。其中 PLC 技術具有體積小、功耗低等優點；變頻調速技術具有運行速度快、控制精度高等優點；模糊控制技術具有應用范圍廣、精度高、穩定性好等優點。

（3）故障診斷與處理功能。在煤礦通風系統運行過程中會產生多種故障現象，比如：風機運轉不正常、電機過熱等問題。如果出現這些問題時，則需要對故障的類型進行分析，然后有針對性的采取處理措施[2]。

（4）信息管理功能。在煤礦通風自動化控制系統運行過程中，還可以對通風設備的運行狀況進行監測與管理。比如：對風機設備運行參數進行檢測并記錄；對其故障狀況進行診斷；對系統內存在的故障進行記錄與處理；及時發現礦井中存在的安全隱患；對系統內存在的安全隱患及時預警。

（5）在煤礦通風自動化控制系統中應用遠程監控功能時，可以利用計算機系統建立監控中心，并在網絡上建立數據平臺，利用視頻監視、網絡傳輸等方式實現遠程監控功能。通過該功能可以實現通風系統的實時監控和遠程操作。

4 自動化控制技術在煤礦通風系統中的融合運用

在煤礦開采過程中，礦井通風系統是一項非常重要的基礎工程，對煤礦的安全生產和高效開采起到關鍵作用。近年來，隨著自動化控制技術不斷發展，在煤礦通風系統中應用自動化控制技術，能夠有效提高礦井通風的效率與質量，減少人為操作對煤礦生產的影響，為煤礦企業創造更大的經濟效益。自動化控制技術應用到煤礦通風系統中時，應根據礦井實際情況選擇合適的控制方式，通過對礦井通風系統進行合理優化，提高其運行效率，具體如下：

4.1 傳感器方面

傳感器是自動化控制技術在煤礦通風系統中融合運用的重要組成部分，主要是為了確保煤礦通風系統中的風量、風壓以及溫度等參數能夠在安全范圍內進行監測，因此，傳感器的選擇非常重要，對其進行合理的選擇，能夠有效提升煤礦通風系統的工作效率。傳感器主要分為氣體傳感器、溫度傳感器以及濕度傳感器三種類型，其中氣體傳感器主要是針對礦井中不同的工作環境進行監測，將礦井中存在的有害氣體進行檢測，然后將數據進行分析處理，最后將處理后的數據傳送給計算機系統。溫度傳感器則是針對礦井中不同區域溫度進行監測，確保煤礦開采過程中工作人員能夠感受到適宜的溫度環境，而濕度傳感器主要是針對煤礦開采過程中空氣濕度進行監測，確保空氣中不會存在過多水汽，保證煤礦開采工作能夠順利進行。除此之外，還需要對煤礦井下供電系統進行有效監測[3]。

4.2 監測、收集和整合數據

在煤礦通風系統中應用自動化控制技術，能夠實現對礦井中各種環境參數的實時監測，包括礦井的風量、風速、風壓等。除此之外，還能夠通過系統實時檢測的數據，實現對煤礦通風系統的調控，提高煤礦開采的安全性。同時，自動化控制技術還可以對數據進行有效整合，包括瓦斯濃度、風量、溫度等。在瓦斯濃度檢測環節中，自動化控制技術可以實現對礦井瓦斯濃度的實時監測，根據煤礦井下環境溫度和濕度等參數進行實時分析，對礦井中不同位置的瓦斯濃度進行精確計算，為工作人員提供精準數據信息。在風量檢測環節中，自動化控制技術能夠根據礦井中不同位置的風量進行自動調控。在溫度檢測環節中，自動化控制技術可以對礦井內部溫度進行準確監測，根據檢測結果及時調整工作人員的通風操作方式，為煤礦開采工作人員提供優質的服務。

4.3 及時發現和改進問題

（1）對通風系統進行實時監測，當檢測到礦井通風系統出現問題時，及時采取措施對問題進行處理。當檢測到礦井通風系統出現故障時，可以根據自動化控制技術的實際情況，通過設置自動控制和人工控制兩種方式對其進行處理。在解決煤礦通風系統故障的過程中，要將自動化控制技術和人工控制兩種方式有機結合起來。同時，針對煤礦通風系統出現故障的頻率比較高的情況，要進行重點監測和管理，保證其正常運行。

（2）對煤礦通風系統進行完善。在自動化控制技術應用到煤礦通風系統中時，要根據礦井具體情況對其進行完善，包括在礦井中設置通風監控中心、建立自動化監控系統等。同時還要建立完善的安全管理制度、制定安全管理措施、落實安全責任制度等，保證煤礦安全生產。

（3）將自動化技術與其他技術有機結合。自動化控制技術與其他技術相結合可以使煤礦通風系統變得更加高效和便捷。例如將計算機技術、傳感器技術等與自動化控制技術相結合，可以使其更加智能化、自動化。

4.4 通風設計

在煤礦通風系統中應用自動化控制技術，能夠在很大程度上降低人工成本，提升煤礦生產效率，更好地促進煤礦企業的可持續發展。在設計初期就需要對通風系統的參數進行計算，包括風量、風壓、風機型號等。通風設計過程中主要考慮的問題是風量的大小和風機的選擇。對于通風系統風量設計來說，主要需要考慮的因素有：礦井下總需風量、礦井下某一地點所需風量以及礦井下某一地點所需總風量。在設計過程中，首先要計算出礦井下某一地點所需總風量，再根據該地點所需總風量以及其他環境因素，對需要選取的風機型號進行確定。在確定風機型號時，需要綜合考慮風壓、效率、功耗等因素，確定采用何種型號風機[4]。

在確定了風機型號后，還要對其進行性能計算，包括額定功率、額定電壓以及額定轉速等。然后再根據其性能計算出所需風量。在對通風系統進行設計時，還要對礦井下某一地點所需總風量進行計算。根據其風壓、效率、功耗等因素確定其所需總風量。在實際工作過程中，還需要對風機運行過程中的各項參數進行記錄，如溫度、壓力以及電機功率等。利用自動化控制技術能夠對這些參數進行記錄，并利用相應的算法對各項參數進行處理，最終計算出所需總風流量以及所需風壓等。利用自動化控制技術可以對這些參數進行處理后得出的結果能夠直接反映出通風系統運行狀況和通風效果，有利于工作人員對煤礦通風系統進行管理和維護工作，為煤礦企業的可持續發展提供動力支持。

4.5 控制系統

（1）系統中的風機。通風系統中的風機是整個通風系統運行的基礎，只有保證風機正常運行才能夠確保煤礦開采作業順利進行。在安裝風機時要確保其滿足礦井需求，同時要注意其工作環境，避免對設備造成損壞，影響其使用壽命。

（2）自動控制系統。在自動化控制技術的應用下，整個礦井通風系統實現了自動化控制，提高了工作效率，避免了人工操作帶來的各種問題。在進行控制時，首先要對各個子系統進行合理設置，實現各子系統之間的相互配合，使整個控制系統達到高效運行。

（3）礦井安全監控系統（如圖2）。安全監控系統是煤礦通風系統的重要組成部分之一，在自動化控制技術的應用下，能夠實現對各個礦井通風過程中的數據進行收集整理，同時對數據信息進行分析處理，判斷礦井內的瓦斯、二氧化碳濃度是否滿足相關標準要求。為煤礦安全開采提供了有力保障。

圖2：礦井安全監控系統結構圖

4.6 繪制趨勢曲線

通過對礦井通風系統進行實時監測，并對其進行曲線繪制，就能夠清楚地看到礦井通風系統的運行情況，這對于礦井通風系統的維護和管理是非常有幫助的。根據不同的實際情況，需要繪制不同的趨勢曲線，這樣就能夠清楚地看到礦井通風系統在運行過程中出現的問題和不足之處。另外，還需要根據不同的情況，對其進行相應的處理。當出現問題時，能夠根據具體情況采取針對性措施。在繪制趨勢曲線時，需要使用到一定的工具，比如 Excel 表格，通過 Excel 表格繪制趨勢曲線能夠更好地實現自動化控制。

通過對自動化控制技術在煤礦通風系統中運用情況的分析可知，該技術可以幫助煤礦企業解決很多問題，提高了企業運行效率。因此，煤礦企業應該將這一技術運用到實際工作中去，積極探索和研究該技術在煤礦通風系統中融合運用的問題與解決方案。只有這樣才能保證煤礦生產工作順利進行。另外，這一技術還可以促進自動化控制技術在煤礦通風系統中不斷發展和完善。

4.7 安全機制的設置

在煤礦開采的過程中，安全問題始終是企業最大的挑戰，傳統的人工巡檢存在著較大的安全隱患。人工巡檢是煤礦行業普遍采用的一種方式，工作人員在煤礦井下進行工作，當檢測到危險時，就會將信息反饋給工作人員，但是人工巡檢也有其弊端。一方面工作人員會受到主觀意識的影響，對于危險的判斷不夠準確，另一方面工作人員也會出現疲勞作業現象，導致安全隱患增多。自動化控制技術的應用可以有效改善這一問題，將瓦斯、一氧化碳等數據傳輸至監控中心進行監控，當檢測到數據出現異常時就會自動報警。此外，自動化控制技術還可以監測到礦井中各個位置的空氣質量以及溫度情況，一旦出現異常就會發出警報信息。

自動化控制技術還可以在采煤工作面安裝一氧化碳傳感器、溫度傳感器以及粉塵傳感器等設備，當礦井中出現一氧化碳、粉塵濃度超標時就會自動報警。此外，在采煤工作面安裝自動化控制系統還能及時監測到工作面瓦斯濃度變化情況和其他數據信息。通過對自動化控制技術與煤礦通風系統的融合運用，可以實現通風系統中瓦斯濃度和風量的實時監測、實時反饋、實時調節以及實時報警。在自動化控制技術的作用下煤礦井下作業人員可以實現遠程操控和精準控制通風系統工作狀態以及風量。在確保礦井安全生產的前提下提高煤礦開采效率，同時還能降低人工成本以及成本消耗[5]。

5 結語

煤礦通風系統中應用自動化控制技術，可以在一定程度上對煤礦通風系統的運行情況進行檢測，實時監測井下環境變化，使井下環境更加安全。利用自動化控制技術可以在煤礦通風系統中將井下溫度、濕度等環境參數進行采集，對溫度實時監測，進而為煤礦生產提供科學依據，同時也能夠為煤礦安全生產提供保障。自動化控制技術的應用能夠將井下環境參數進行實時監測，同時也能夠在一定程度上對通風系統進行檢測，對通風系統運行情況進行實時監控。在煤礦生產過程中，通風系統承擔著重要的工作任務，隨著煤礦開采范圍不斷擴大，礦井下溫度、濕度等環境參數會隨之發生變化，需要對通風系統進行不間斷檢測與運行。而自動化控制技術的應用可以對煤礦生產中的各個環節進行有效監控，進而保證煤礦生產安全。隨著科技水平不斷提高，自動化控制技術應用到煤礦通風系統中時，要不斷完善系統功能、提升系統運行效率。未來要繼續加強對自動化控制技術的研究與開發力度，以推動我國煤礦企業實現健康、可持續發展。