羅洪章

(山西晉城煤業(yè)集團成莊礦綜掘五隊,山西晉城 048021)

礦井掘進面智能通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計探析*

羅洪章

(山西晉城煤業(yè)集團成莊礦綜掘五隊,山西晉城 048021)

主要介紹了一種智能通風(fēng)系統(tǒng),該系統(tǒng)可以對礦井中的瓦斯?jié)舛冗M行自動的檢測和監(jiān)控,并根據(jù)檢測結(jié)果智能調(diào)節(jié)通風(fēng)的速率和風(fēng)量,實現(xiàn)了瓦斯?jié)舛葯z測、瓦斯排放、智能通風(fēng)、警報的一體化工作流程,有效的提高了礦井通風(fēng)的效率,并節(jié)省了人工和資金的投入,對于礦井安全作業(yè)的保障具有重要的意義。

礦井;掘進面;通風(fēng)控制系統(tǒng)

0 引 言

瓦斯泄露是礦井開采中的主要問題之一,也是導(dǎo)致礦井事故的最主要因素,據(jù)統(tǒng)計煤礦事故有70%以上都是由于瓦斯泄露引起的。而造成瓦斯爆炸的直接因素就是礦井內(nèi)部的通風(fēng)狀況不佳,通風(fēng)管理效果差。為有效降低礦井事故的發(fā)生幾率,必須對礦井內(nèi)部的通風(fēng)工作進行良好的管理和控制,其中礦井掘進面的智能通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計和建立是有效的手段之一。

1 背景及國內(nèi)礦井現(xiàn)狀

近兩年是煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高峰階段,但同時也是煤礦事故的高發(fā)期。造成這些事故發(fā)生的根本原因是煤礦企業(yè)沒有做好礦井的通風(fēng)管理工作。盡管我國對于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的理論研究較多,但這些研究沒有引起相關(guān)企業(yè)的重視,并沒有在實際的采礦工作中進行應(yīng)用,因此瓦斯事故并沒有真正得到解決。此外,煤礦中的瓦斯泄露事故本身就是一個較為復(fù)雜的機制,造成瓦斯泄露的因素也有很多,要做到實時的監(jiān)控難度較大[1]。

國外在煤礦掘進面的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置上有較為成功的經(jīng)驗。例如德國就研制出了TF瓦斯監(jiān)控系統(tǒng),波蘭也研制出了CMC瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)。這兩種瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)是最具有代表性的,在監(jiān)測效果上也較為理想,能夠?qū)δ骋环秶鷥?nèi)的瓦斯?jié)舛冗M行實時的監(jiān)測。但是這兩種監(jiān)測系統(tǒng)還在進一步的研發(fā)階段,還沒有投入到廣泛的使用中。此外,這兩種監(jiān)測系統(tǒng)在信息共享和檢測數(shù)據(jù)分析上還有所不足,并且在系統(tǒng)的穩(wěn)定性上還有待進一步的提升。[1]

國外在瓦斯排放的理論研究上主要集中于脈沖風(fēng)流防治上。這種排放方式采用的是脈沖式的風(fēng)流來進行通風(fēng)。這種瓦斯的排放方式主要用于避免瓦斯的集聚,但并未涉及對瓦斯集聚后的排放工作。

國內(nèi)對于瓦斯預(yù)防的研究主要集中在單點檢測方面。這種預(yù)防方式在操作上較為復(fù)雜,并且檢測的范圍較小,在設(shè)備上的要求也較高,因此實用性不強。在瓦斯檢測技術(shù)和設(shè)備不斷更新升級的背景下,許多信息技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到了煤礦的瓦斯監(jiān)控中,在檢測效率和檢查質(zhì)量上都有所提升,不僅能夠防止瓦斯的聚集,還能在瓦斯?jié)舛壬吆筮M行及時的排放。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

礦井掘進面的智能通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)當(dāng)將信息技術(shù)和傳感技術(shù)有效的結(jié)合起來,從而對整個掘進面的瓦斯?jié)舛冗M行高效的檢測和分析。同時還需要應(yīng)用一定的數(shù)據(jù)分析技術(shù)和建模技術(shù)對實際的排放流程進行模擬,只有這樣才能真正提高礦井中的通風(fēng)質(zhì)量。智能通風(fēng)機由瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、風(fēng)速傳感器、單片機、人機界面、通信模塊、控制模塊、報警模塊、變頻調(diào)速裝置、智能組合開關(guān)組成。其中智能開關(guān)需要自動控制和人工控制相結(jié)合。傳感器可以對礦井中的瓦斯?jié)舛冗M行實時的檢測,并將檢測的結(jié)果傳遞到單片機,由單片機來改變風(fēng)機的功率和供風(fēng)量。當(dāng)?shù)V井中的瓦斯?jié)舛容^高時,風(fēng)機的運作速率會相應(yīng)提高,而當(dāng)瓦斯?jié)舛然謴?fù)正常時,風(fēng)機的工作效率也會恢復(fù)原有的狀態(tài)。以上這些調(diào)節(jié)過程都是由通風(fēng)系統(tǒng)自動完成的,因此在通風(fēng)效率上有了良好的保障。當(dāng)?shù)V井中的瓦斯?jié)舛冗_到一個危險值時,就會觸發(fā)警報系統(tǒng),通知相關(guān)管理人員采取應(yīng)急措施。同時,系統(tǒng)也會啟動保護裝置,對礦井內(nèi)部進行緊急的處理[2]。

這一智能控制系統(tǒng)的控制室與實際的礦井作業(yè)區(qū)域進行分離,因此能夠有效確保檢測人員的人身安全,還能避免采礦作業(yè)對檢測系統(tǒng)造成影響。但分離式的設(shè)置不會對信息的傳遞或緊急措施的進行影響,主要是由于單片機具有極高的信息傳遞效率,一旦檢測到異常狀況就可以在極短的時間內(nèi)做出反應(yīng)。此外這一智能系統(tǒng)還具有體積小、重量輕的特點,在安裝和操作上也較為簡便,還能實現(xiàn)礦井瓦斯控制的數(shù)字化和智能化。該智能系統(tǒng)的具體設(shè)置如圖1所示。

圖1 智能通風(fēng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 智能通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)特點

3.1 井下通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查

智能通風(fēng)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對井下通風(fēng)系統(tǒng)的有效調(diào)查,并對井下通風(fēng)系統(tǒng)進行分區(qū)控制。調(diào)查后的數(shù)據(jù)將真實反饋給相應(yīng)的管理人員,通過專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)對得到的數(shù)據(jù)進行進一步的分析,從而確定井下通風(fēng)的系統(tǒng)的設(shè)置。

3.2 人員定位系統(tǒng)人員信息和相關(guān)設(shè)備信息的采集

智能通風(fēng)系統(tǒng)可以對礦井中的作業(yè)人員進行良好的管理和監(jiān)控,并對作業(yè)人員數(shù)量、方位等進行全方位的掌握,并整理形成檔案進行存儲。管理人員只需查閱數(shù)據(jù)庫就可以及時掌握礦井下的作業(yè)情況,并在意外發(fā)生時及時、有效的制定應(yīng)對策略。

3.3 建立井下通風(fēng)系統(tǒng)運行模式

通過智能通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用,煤礦企業(yè)可以在井下建立起合理、科學(xué)的通風(fēng)系統(tǒng)運行模式。通風(fēng)系統(tǒng)的運行首先必須符合國家及行業(yè)的相關(guān)規(guī)定,其次還要結(jié)合礦井自身的作業(yè)特點進行進一步的調(diào)整。進行作業(yè)人員需要將礦井作業(yè)過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)及時反饋給管理人員,便于管理人員進行管理方式的調(diào)整。

3.4 建立井下通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并確保數(shù)據(jù)可靠性

智能化通風(fēng)系統(tǒng)在許多工作環(huán)節(jié)中都實現(xiàn)了自動化控制,減少了人工的控制,有效的提高了檢測數(shù)據(jù)的客觀、真實性,同時還極大的提高了檢測的效率。同時,智能檢測系統(tǒng)采用的是分區(qū)管理,能對礦井中的各個細小環(huán)節(jié)進行良好的把控。通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)采集各區(qū)域內(nèi)風(fēng)量,主要在各分區(qū)域內(nèi)機站風(fēng)機巷設(shè)置的風(fēng)速傳感器采集各區(qū)域風(fēng)量,經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸進入通風(fēng)系統(tǒng)智能控制終端 ,得到實際供風(fēng)量。定期對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行驗證,確保其可靠性及穩(wěn)定性[3]。

3.5 建立三維通風(fēng)系統(tǒng)模型

三維通風(fēng)系統(tǒng)模式的建立是智能通風(fēng)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢和特點之一。通過三維通風(fēng)系統(tǒng)模式的建立,可以對礦井內(nèi)部的實際施工情況進行模擬,從而確保通風(fēng)量能夠滿足實際開采作業(yè)的需要。

4 智能通風(fēng)系統(tǒng)的適用性

當(dāng)前大多數(shù)礦井都采用了通風(fēng)系統(tǒng)的計算機自動控制,信息的傳輸速率和處理速率都有明顯提升。網(wǎng)絡(luò)平臺的應(yīng)用使得系統(tǒng)的精確度有了更好的保障,此外還能通過控制中心對礦井通風(fēng)進行有效的調(diào)整[4]。智能通風(fēng)采用多功能計算機 ,其在電路連接形式方面進一步優(yōu)化,解決了單一信號傳輸不足問題,使大型礦區(qū)通風(fēng)有了可靠的傳輸平臺。智能局部通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)掘進工作面的瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量、風(fēng)速來自動調(diào)整風(fēng)速以調(diào)節(jié)風(fēng)量,能更有效地排出掘進工作面的礦塵及各種有害氣體,有利于工作人員的身體、健康。智能化設(shè)計是在傳統(tǒng)采煤網(wǎng)基礎(chǔ)上開辟的新模式,注重煤礦井內(nèi)通風(fēng)改造是行業(yè)改革的必然趨勢。

5 結(jié) 語

掘進工作面通風(fēng)智能控制系統(tǒng),以其顯著的脈動通風(fēng)特性、柔性的變頻風(fēng)量調(diào)節(jié)、無極調(diào)速特性、操作簡單、節(jié)能效果明顯、運行可靠等優(yōu)點領(lǐng)先于國內(nèi)其他系統(tǒng),智能控制系統(tǒng)不但使礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全運行得到有效保障,而且實現(xiàn)了人性化風(fēng)量調(diào)節(jié)的目標,節(jié)能降耗的目的,可以取得顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1] 姬程鵬.礦井掘進面智能通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計[J].電子產(chǎn)品世界,2011(9):73-76.

[2] 張國軍,張豐敏,侯玉峰.礦井局部通風(fēng)機智能控制系統(tǒng)研究[J].煤礦機電,2010(2):46-49.

[3] 王文才,喬 旺,李 剛,等.礦井智能局部通風(fēng)系統(tǒng)在呼和烏素煤礦的應(yīng)用[J].煤礦安全,2012(6):28-32.

[4] 蘇珂嘉.煤礦掘進面瓦斯智能排放組合控制開關(guān)[J].煤礦安全,2013(11):83-86.

Design of Intelligent Ventilation Control System for Mine Driving Face

LUO Hong-zhang
(Team Five of Jincheng Coal Mine Excavation,Shanxi Jincheng Coal Industry Group,Jincheng Shanxi 048021,China)

This paper mainly introduces a kind of intelligent ventilation system,the system can automatically detect and monitor the gas concentration,and intelligently adjust the ventilation rate and air volume according to the detection results,thus to realize the integral work flow of gas concentration detection,gas emission,intelligent ventilation and alarm,effectively improve the ventilation efficiency,and save the labor and capital investment,it has important significance for the mine safety.

mine;driving face;ventilation control system

TD608

A

1007-4414(2015)05-0164-02

10.16576/j.cnki.1007-4414.2015.05.059

2015-08-16

羅洪章(1984-),男,河南新鄉(xiāng)人,助理工程師,主要從事巷道掘進方面的工作。