林文偉

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色市 533000）

探究在煤礦通風(fēng)中如何應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)

林文偉

（百色百礦集團(tuán)有限公司 廣西百色市 533000）

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多的被應(yīng)用于各種生產(chǎn)活動(dòng)中。將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)中不僅可以提高采礦過(guò)程的安全性，而且還可以提高工作的的效率。本文主要從煤礦通風(fēng)及自動(dòng)化應(yīng)用的重要性入手，對(duì)礦井自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案，以期為煤礦自動(dòng)化的相關(guān)研究提供可靠、科學(xué)的參考依據(jù)。

煤礦通風(fēng)；自動(dòng)化技術(shù)；優(yōu)化方案

前言

對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行完善是保障煤礦安全化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，將自動(dòng)化控制技術(shù)大力應(yīng)用在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，可對(duì)通過(guò)進(jìn)行有效管理和控制，提升礦井的通風(fēng)效果，防止瓦斯爆炸等安全事故的發(fā)生。因此，本文主要對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化和升級(jí)，從而促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 煤礦通風(fēng)及自動(dòng)化應(yīng)用的必要性

1.1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的必要性

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)對(duì)煤礦開(kāi)采的安全性有著重要的影響?？梢哉f(shuō)，煤礦生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，為安全生產(chǎn)提供關(guān)鍵保障的就是通風(fēng)環(huán)節(jié)。通風(fēng)系統(tǒng)的主要功能就是聯(lián)通外界環(huán)境，以保證開(kāi)采的工人呼吸時(shí)對(duì)于氧氣的需求。同時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)也可以將煤礦開(kāi)采過(guò)程中的有毒有害氣體得到稀釋?zhuān)M(jìn)而與外界環(huán)節(jié)進(jìn)行交換，排出這些有毒有害氣體，保證開(kāi)采環(huán)境的安全。我們經(jīng)常聽(tīng)到的一些煤礦事故就是由于通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，不能正常行使功能而造成的，比如，瓦斯爆炸。瓦斯爆炸的引發(fā)條件之一就是較高的瓦斯?jié)舛?，如果煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)的不合格就會(huì)導(dǎo)致瓦斯?jié)舛确e加，并且得不到稀釋和流通，最終與其他引發(fā)條件一起，引起爆炸。這樣的爆炸事件危害性極大，必須引起注意。

1.2 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)的必要性

自動(dòng)化控制技術(shù)本身有效率高、控制精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)中，就可以使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加高效精準(zhǔn)，并且進(jìn)一步提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，使整個(gè)煤礦的通風(fēng)更加系統(tǒng)化，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)管理的自動(dòng)化控制。但是目前來(lái)看，煤礦通風(fēng)的自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用沒(méi)有做到與技術(shù)的發(fā)展同步，就當(dāng)前我國(guó)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀來(lái)看，采用的是分散、獨(dú)立的自動(dòng)化設(shè)備，這些設(shè)備不成系統(tǒng)，在設(shè)備功能的銜接上，缺乏自動(dòng)化控制成分，過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)這些設(shè)備維護(hù)量大、參數(shù)不全、可靠性不高、故障記錄不準(zhǔn)確，缺乏自我診斷的能力和遙控手段?？傮w來(lái)看，目前自動(dòng)化技術(shù)在煤礦通風(fēng)中的應(yīng)用的基本現(xiàn)狀就是沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化的自動(dòng)化控制，這也是我們以后工作的重點(diǎn)。

2 礦井自動(dòng)化控制技術(shù)

為了準(zhǔn)確獲取礦井下工作人員的定位信息，需要將目標(biāo)移動(dòng)特征作為主要基準(zhǔn)，并構(gòu)建以該目標(biāo)為中心的移動(dòng)路線(xiàn)圖。針對(duì)現(xiàn)階段的GPS定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，難以對(duì)礦井下的工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)定位和跟蹤，而無(wú)線(xiàn)傳感器在煤礦中的應(yīng)用則能有效避免該問(wèn)題。對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器所獲取的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行合理的井下編排和查詢(xún)，準(zhǔn)確獲取工作人員的位置信息，并對(duì)其移動(dòng)路線(xiàn)及活動(dòng)情況進(jìn)行全面掌握，以便對(duì)其進(jìn)行有效控制和管理，有利于預(yù)防和排除安全事故的發(fā)生。在使用無(wú)線(xiàn)傳感器時(shí)，主要采用多點(diǎn)定位網(wǎng)絡(luò)的形式對(duì)其分布方式進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)傳統(tǒng)單水平軸線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)方式進(jìn)行改變，從而較好的適應(yīng)煤礦的開(kāi)采條件。除此之外，高精度算法設(shè)計(jì)是礦井自動(dòng)化控制技術(shù)中的主要內(nèi)容之一，在無(wú)需信號(hào)源的情況下就可完成計(jì)算，在4m范圍內(nèi)，還可以防范干擾信號(hào)，這種高精度算法主要涉及了定位精度、盲區(qū)范圍等計(jì)算，隨著計(jì)算方式的不斷完善，自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模將會(huì)逐漸擴(kuò)大。

3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

3.1 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于煤礦通風(fēng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，對(duì)各類(lèi)信號(hào)進(jìn)行有效的傳輸和接收處理是十分必要的，主要包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和指令。多路信號(hào)的傳輸方式可分為分制和頻分制，其中頻分制主要根據(jù)不同的頻率，對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行有效發(fā)送和接收；時(shí)分制則是根據(jù)不同時(shí)間的順序，對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行依次傳送。由于頻分制具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、故障少的特點(diǎn)，因此，可選擇該形式作為傳輸電路信號(hào)的主要形式。在頻分制中，定型生產(chǎn)的載頻器可實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送和接收，并通過(guò)專(zhuān)用線(xiàn)或500V的動(dòng)力線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)的傳遞，在此基礎(chǔ)上，將需要檢測(cè)的原件及時(shí)確定下來(lái)。在控制通風(fēng)風(fēng)量前，應(yīng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、礦井有毒有害氣體濃度、風(fēng)壓及風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)差壓變壓器對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行測(cè)量；通過(guò)三倍電渦流式傳感器、恒溫風(fēng)速儀等裝置對(duì)風(fēng)速進(jìn)行檢測(cè)；通過(guò)光譜法、光干涉、紅外線(xiàn)燈方式對(duì)井下鈷的濃度進(jìn)行測(cè)量；通過(guò)紅外線(xiàn)輻射技術(shù)或熱敏原件對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)中，風(fēng)量的調(diào)節(jié)方法主要有：①可對(duì)百葉窗的角度進(jìn)行改變，來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)和控制，通過(guò)頻率發(fā)送器將葉片或風(fēng)門(mén)的狀態(tài)信號(hào)有效傳遞給地面控制室，根據(jù)所獲取的信號(hào)，地面控制室可對(duì)風(fēng)門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)或葉片轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)；②通過(guò)設(shè)置變頻裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的有效調(diào)節(jié)；③通過(guò)定時(shí)控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下通風(fēng)機(jī)局部的自動(dòng)化控制，并將爆破機(jī)關(guān)加設(shè)在定時(shí)器裝置上，從而在爆破后可自動(dòng)進(jìn)行通風(fēng)?，F(xiàn)階段，很多西方國(guó)家大多選擇元件對(duì)通風(fēng)機(jī)局部轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，將通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中空氣的溫度和氣體濃度作為主要依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦系統(tǒng)自動(dòng)化控制的目標(biāo)。

4 自動(dòng)化控制通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

4.1 計(jì)算通風(fēng)性能

對(duì)通風(fēng)量進(jìn)行有效控制是通風(fēng)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，通過(guò)性能曲線(xiàn)可對(duì)通風(fēng)機(jī)的功率、全壓及風(fēng)機(jī)流量之間的關(guān)系進(jìn)行全面掌握，并根據(jù)煤礦的實(shí)際生產(chǎn)情況，來(lái)選擇合適的風(fēng)機(jī)類(lèi)型。常用性能曲線(xiàn)數(shù)據(jù)的主要來(lái)源有：①通風(fēng)機(jī)自身的數(shù)據(jù)；②在通風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中所獲得的實(shí)際數(shù)據(jù)（主要是通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)獲得的，并未形成一系列成熟的理論）。在計(jì)算風(fēng)量時(shí)，應(yīng)對(duì)通風(fēng)機(jī)的自身特性進(jìn)行考慮，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中有效引入自身特征的曲線(xiàn)分析表達(dá)形式，在對(duì)通風(fēng)性能進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)聯(lián)合機(jī)之間的影響及外界不同的環(huán)境因素對(duì)風(fēng)機(jī)造成的不穩(wěn)定性進(jìn)行綜合考慮，因此，能夠給二段曲線(xiàn)擬合法對(duì)風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行模擬。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)系統(tǒng)中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)則會(huì)及時(shí)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的曲線(xiàn)，和二次拋物線(xiàn)相接近，在對(duì)通風(fēng)機(jī)自身的工作環(huán)境和特性進(jìn)行綜合考慮后，在采用拉格朗日插值法時(shí)，需要進(jìn)行風(fēng)機(jī)曲線(xiàn)的二段曲線(xiàn)擬合，并從整體上對(duì)其進(jìn)行測(cè)評(píng)。

4.2 對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中難免會(huì)出現(xiàn)短暫聽(tīng)停風(fēng)的現(xiàn)象，而自動(dòng)化控制技術(shù)則能有效克服該問(wèn)題，即在每一個(gè)風(fēng)道上安裝一個(gè)和百葉窗樣式相似的空風(fēng)門(mén)，防止出現(xiàn)倒機(jī)現(xiàn)象，避免其對(duì)井下產(chǎn)量產(chǎn)生影響。在對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，因PLC對(duì)外界的敏感度較低，即便在受到外界輻射、干擾等現(xiàn)象時(shí)仍可以正常運(yùn)行，因此，自動(dòng)化控制技術(shù)在較差的環(huán)境中仍能得到較好應(yīng)用。

PLC功能的實(shí)現(xiàn)，主要包含了計(jì)時(shí)、邏輯運(yùn)算、順序、模擬量和數(shù)字的輸入與輸出，其中也包含了記錄和自檢的功能。對(duì)于該方面設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械操控一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的模式。為了保證在倒機(jī)過(guò)程中井下通風(fēng)的穩(wěn)定性，還需應(yīng)用PLC控制軟件，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中具有重要作用，應(yīng)保證通風(fēng)系統(tǒng)始終都保持在安全運(yùn)行的狀態(tài)，以此來(lái)滿(mǎn)足煤礦安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)、穩(wěn)定生產(chǎn)的相關(guān)要求，自動(dòng)化控制技術(shù)在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用，有利于保障通風(fēng)系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

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1004-7344（2016）23-0169-02

2016-8-2