史曉瓊

（山西新景礦煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 工程概況

新景煤礦本工作面位于距陽泉市中心11km的陽泉市西部。東南部為辛興煤礦和神唐嘴煤礦，東部和東北部為三號礦井井田，北部為一號礦井井田，西部為七里河井田，西南部為保安煤礦，南部為二礦井田。井田東西走向長10.5km，南北寬8.5km，井田面積59.3km2。

2 采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)

3#煤層工作面的主回撤通道擁有已經(jīng)存在的鉆孔，在這個鉆孔基礎(chǔ)上，布置采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)來對采空區(qū)的氣壓進行實時監(jiān)測和預(yù)警。在實際開采過程中，上部采空區(qū)發(fā)生垮落，會導(dǎo)致上部采空區(qū)氣壓高于整個采空區(qū)內(nèi)其他部位的氣壓，而通過運用采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)，可以實現(xiàn)上部采空區(qū)氣壓變化的實時監(jiān)測，假如氣壓超過安全限度時，報警器會發(fā)出報警，從而使工作面的工作人員進行有效撤離，防止有害氣體在異常氣壓的影響下涌入工作面對工人造成傷害，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

2.1 采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)的構(gòu)成

采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：氣壓傳輸器、數(shù)據(jù)采集儀、報警器。氣壓傳輸器用來實時監(jiān)測采空區(qū)的氣壓變化，通過這個氣壓的變化將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)采集儀進行記錄，當(dāng)氣壓變化大于安全限度時，數(shù)據(jù)采集儀將報警信號發(fā)送到報警器，報警器即發(fā)出警報。采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)中的氣壓傳輸器采用DYP氣體壓力變送器，這種傳輸器的特點是精度高，線路設(shè)計先進，工藝嚴(yán)格，過載強，性能強，維護簡單等，非常適用于井下工作。氣壓變送器性能參數(shù)如表1所示。

采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集儀采用全分度號數(shù)字顯示儀表。該儀表的特點是抗電磁干擾能力強，穩(wěn)定性強，準(zhǔn)確性高，全分度號輸入同時也具有所有單輸入儀表的優(yōu)點。其技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 DYP氣體壓力變送器性能參數(shù)表

表2 數(shù)據(jù)采集儀技術(shù)參數(shù)

2.2 采空區(qū)氣壓報警系統(tǒng)在3#煤層工作面的應(yīng)用

30110工作面壓力傳感器如圖1所示。采空區(qū)的氣壓發(fā)生變化時，壓力傳感器開始工作，當(dāng)壓力超過限度值時，三個不同位置的報警器會一起發(fā)出警報。此系統(tǒng)的組成及原理如圖2所示。

3 工作面有害氣體監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

工作面工人的安全是煤礦安全生產(chǎn)最重要的一部分，為了防止有害氣體異常涌入對工人造成安全隱患，需實時準(zhǔn)確地監(jiān)測工作面有害氣體量，并對有害氣體過量進行危險預(yù)警，因此在3#煤層工作面的進回風(fēng)隅角、回風(fēng)順槽和30#、60#、90#支架處安裝了此系統(tǒng)中最重要的6個CO傳感器，工作面的CO濃度一旦超過安全限度，CO傳感器會立即將結(jié)果傳輸?shù)降V井監(jiān)控系統(tǒng)并報告給調(diào)度室，之后安裝在工作面的三個報警裝置會立馬發(fā)出警報，提示工人進行安全撤離，遠(yuǎn)離工作面。同時，在3#煤層工作面安裝了采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng)，并安裝鋼管進行保護。當(dāng)工作面進行推進時，采空區(qū)束管監(jiān)測系統(tǒng)隨著鋼管被埋入采空區(qū)，工作人員即可以通過束管監(jiān)測系統(tǒng)收集工作面后部采空區(qū)的氣樣，并用氣相色譜分析儀來分析，得到氣體的變化濃度，從而可以對有害氣體量進行安全預(yù)警，提前采取安全處理措施。

圖1 30110工作面壓力傳感器布置圖

4 均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動控制技術(shù)研究

均壓通風(fēng)系統(tǒng)如圖3所示，調(diào)節(jié)風(fēng)窗處的氣壓傳感器可以用來實時監(jiān)測風(fēng)窗的內(nèi)外壓差，并將結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)收集裝置，本系統(tǒng)自動控制的實現(xiàn)來自于風(fēng)窗、氣壓傳感器、數(shù)據(jù)收集裝置、執(zhí)行系統(tǒng)。數(shù)據(jù)收集裝置將接收到的風(fēng)窗內(nèi)外壓差的數(shù)據(jù)儲存并傳送到控制器，控制器將信號轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)與規(guī)定的安全壓差進行比較，如果在安全區(qū)間之外，則執(zhí)行風(fēng)窗調(diào)節(jié)指令，改變通風(fēng)面積從而改變內(nèi)外壓差，實現(xiàn)均壓通風(fēng)系統(tǒng)的自動控制調(diào)節(jié)。

該均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動控制技術(shù)的控制流程圖如圖4所示，實施方式如下：

（1）了解工作面的實際環(huán)境，計算風(fēng)窗內(nèi)外的壓差所能接受的安全區(qū)間 ，將計算所得輸入PLC控制器。

（2）將氣壓傳感器安裝于風(fēng)窗處，通過對風(fēng)窗內(nèi)外實時壓差的監(jiān)測，將所得數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)收集裝置。

（3）數(shù)據(jù)收集裝置接收氣壓傳感器傳送的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將此轉(zhuǎn)化為信號傳送到PLC控制器。

（4）PLC控制器將接收到的實時監(jiān)測風(fēng)窗內(nèi)外壓差數(shù)據(jù)與剛開始計算所得的壓差安全區(qū)間進行對比，然后通過對變頻器的控制實現(xiàn)電動機的控制，從而調(diào)節(jié)風(fēng)窗的通風(fēng)面積，改變風(fēng)窗內(nèi)外的壓差。

（5）當(dāng) PLC 控制器接收的壓差數(shù)據(jù)不在計算所得的安全區(qū)間內(nèi)時，系統(tǒng)會立即控制風(fēng)窗進行調(diào)節(jié)，直至內(nèi)外壓差位于安全區(qū)間時結(jié)束調(diào)節(jié)。當(dāng)再次出現(xiàn)內(nèi)外壓差不處于安全區(qū)間時，重復(fù)此調(diào)節(jié)過程。

（6）當(dāng)自動控制失去效應(yīng)時，會出現(xiàn)報警器發(fā)出警報，可以通過人工手動調(diào)節(jié)進行控制。

圖3 均壓通風(fēng)自動控制系統(tǒng)

5 結(jié)論

本文通過對均壓通風(fēng)系統(tǒng)自動控制及預(yù)警技術(shù)的研究，在新景煤礦3#煤層工作面進行了布置，得到了很好的應(yīng)用。通過實踐，實現(xiàn)了對上部采空區(qū)氣壓變化和工作面有害氣體的實時監(jiān)測，防止有害氣體對工作面內(nèi)工人造成傷害，并且完善了均壓通風(fēng)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，給礦井的安全生產(chǎn)提供了方便。

圖4 控制流程圖