李憲英

摘 要：基于供給側(cè)改革的研究前提下，我國的綜合國力和經(jīng)濟實力取得顯著提高，同時促進了自動控制領(lǐng)域的發(fā)展。在原有的井下通風控制系統(tǒng)的研究層次上，采取一系列的改造方案，使通風系統(tǒng)更加適應現(xiàn)代礦井工程建設(shè)。本文依據(jù)井下通風自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造作為入手點，分析了井下通風系統(tǒng)存在的共性問題，論述了井下通風自動控制系統(tǒng)的改造方案與要求，闡述了通風控制系統(tǒng)方案的設(shè)計，為我國礦井開采領(lǐng)域提供借鑒價值。

關(guān)鍵詞：井下;通風自動控制;系統(tǒng)設(shè)計;改造

中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）22-0092-02

礦井通風控制系統(tǒng)在井下生產(chǎn)作業(yè)安全中占據(jù)重要地位。在井下通風自動控制系統(tǒng)，能夠方便井下生產(chǎn)作業(yè)，使生產(chǎn)程序更加具有高效性和安全性。在傳統(tǒng)的井下通風控制系統(tǒng)上，一般采用繼電裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)，由人工操作的方式完成。傳統(tǒng)井下通風控制系統(tǒng)在動態(tài)監(jiān)控和實時控制能力方面存在嚴重弊端。為此，解決傳統(tǒng)井下通風控制系統(tǒng)所面臨的問題，必須采取現(xiàn)代化控制手段，對通風控制系統(tǒng)進行自動控制升級改造，以適應現(xiàn)代化井下生產(chǎn)作業(yè)。對井下通風控制系統(tǒng)的改造，可以從系統(tǒng)改造和控制方案設(shè)計兩個方面入手，來實現(xiàn)通風系統(tǒng)運行的準確性和實時性，這在礦井運行安全中占據(jù)重要的地位。

1 針對于井下通風控制系統(tǒng)存在的問題分析

一般來說，礦井通風系統(tǒng)一般采用機械通風的方式，而這種方式在實際的工作運行中會出現(xiàn)風機或者局部風機風流循環(huán)風、機配套設(shè)備不足以及風網(wǎng)不匹配等問題。這對井下通風系統(tǒng)的效果產(chǎn)生了嚴重的影響。

1.1 風機與風網(wǎng)不相匹配的問題分析

風機同風網(wǎng)不匹配，這是井下通風系統(tǒng)存在較為嚴重的共性問題，風機與風網(wǎng)不相匹配都會導致通風系統(tǒng)的整體通風效果大大降低。為此，在風機選型階段，需要考慮裝置效率以及網(wǎng)絡匹配度和運行穩(wěn)定度等原則。同時井下通風系統(tǒng)具有復雜多變的特點，也是導致風機與風網(wǎng)不匹配的一個原因。一是，風機性能與通風系統(tǒng)不匹配，導致工況點始終處于低效率運行，進一步造成過多的能源浪費問題。同時，也無法滿足正常的生產(chǎn)需要;二是，在井下通風系統(tǒng)的設(shè)計中，由于多個風井礦井和風機之間具有相互的影響，導致中斷風流分配的問題。另外，當多臺風機串并聯(lián)工作時，將會嚴重降低其安全性和穩(wěn)定性，也會導致井下風量供給不足[1]。

1.2 風機站設(shè)計安裝的位置問題分析

在井下通風系統(tǒng)設(shè)計階段，風機站位置的選擇對于整個礦井通風系統(tǒng)的功能發(fā)揮著巨大的作用。風機站的位置選擇不恰當，會導致井下不同風量供給存在不均，容易出現(xiàn)問題，如風流停滯循環(huán)等，進而威脅井下工作人員的生命健康[2]。除此之外，有些礦井進風機的位置一般設(shè)于主運輸中，則會造成以污染的風流經(jīng)由回風天井進入上一作業(yè)區(qū)間，進一步引發(fā)上區(qū)間風流污染問題。

1.3 風流局部循環(huán)的問題分析

通風控制系統(tǒng)的風流循環(huán)通風一般分為兩類：一是內(nèi)部循環(huán);二是外部循環(huán)。在內(nèi)部循環(huán)方面，因為機站內(nèi)通風構(gòu)筑物配置不完全或者配置出現(xiàn)故障問題，則會導致內(nèi)部產(chǎn)生循環(huán)。另外，當需要將風機站安裝于運輸區(qū)間時，為了盡量避免影響系統(tǒng)的正常運行，需要將風機站設(shè)置于繞巷道。與此同時，增加相應的通風保護系統(tǒng)。

1.4 自然風壓的問題分析

自然風壓是指導致井下發(fā)生空氣流動的一種天然因素。造成自然風壓的強弱直接關(guān)乎于進風井與回風井內(nèi)的溫度差異。一旦進風井和回風井的溫度差異越大，則產(chǎn)生的自然風壓也就越大。一般來說，冬季階段自然風壓對于礦井通風是有好處，但是在夏季階段則不利于礦井通風[3]。

2 針對于井下通風控制系統(tǒng)的改造分析

現(xiàn)階段，隨著科學技術(shù)的不斷完善，在自動化控制技術(shù)在井下通風系統(tǒng)中的應用較為顯著。對此，自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與改造在構(gòu)成上主要分為現(xiàn)場分散檢測系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)[4]。另外，還需要在礦井生產(chǎn)的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置監(jiān)控點，有效地對井下生產(chǎn)的風量溫度以及有害氣體實現(xiàn)實時監(jiān)控，并將監(jiān)控所得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，以便計算機能夠?qū)ΡO(jiān)測的數(shù)據(jù)實現(xiàn)綜合化管理與分析，得出最佳的風量控制方案，進一步實現(xiàn)對通風機的實時調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)運行控制的自動化。

2.1 井下通風控制系統(tǒng)的基本要求

采用自動控制系統(tǒng)，重要因素在于井下通風機的自動監(jiān)控系統(tǒng)的性能優(yōu)良性。目前，自動控制系統(tǒng)分為兩個方面：一是，風機動力變電監(jiān)控系統(tǒng);二是，風機運行參數(shù)自動控制系統(tǒng)。在井下通風控制系統(tǒng)的核心方面主要分為三個，現(xiàn)場參數(shù)、風機運行參數(shù)以及高壓開關(guān)柜。在現(xiàn)場參數(shù)方面，需要對井下施工作業(yè)的風量、風速以及氣體濃度壓強等參數(shù)進行實時監(jiān)測。另外，還需要對風機運行的物理變量，如電壓、電流、功率等參數(shù)進行監(jiān)測，出現(xiàn)異常，則說明風機出現(xiàn)故障。

2.2 井下通風控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

2.2.1 井下通風網(wǎng)絡的設(shè)計與優(yōu)化

在井下施工作業(yè)的中后期，會根據(jù)實際需要布置一些串并聯(lián)巷道，這便導致在施工作業(yè)方面的難度和復雜程度都在一定程度上優(yōu)于施工前期，與此同時對整個通風系統(tǒng)的設(shè)計要求更高。對此，需要加強對通風設(shè)置監(jiān)管工作，并且注意巷道封閉工作，避免了風流短路等安全隱患，進一步改善和礦井的通風問題，最終優(yōu)化整個通風網(wǎng)絡的設(shè)計，以提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2.2.2 井下局部通風與自然風壓的設(shè)計與優(yōu)化

由于整個礦井通風是一個復雜的結(jié)構(gòu)，需要在設(shè)計時，注意對局部通風的自動化技術(shù)完成優(yōu)化改造。比如，可以利用濕式鑿巖的方法，并根據(jù)實際需要，準備適用于局部的風扇;在進行爆破工作后馬上進行噴水，或者通過佩戴相應儀器隨時檢測身體狀況等。除此之外，在自然風壓的設(shè)計優(yōu)化上，需要充分考慮自然風壓對風機造成的影響。在冬天時可以采用自然風壓，進一步提高通風質(zhì)量，從而降低通風資金成本;在夏天時可以采取有效的措施，以預防自然風壓所帶來的影響，保證施工的正常進行。

2.2.3 傳感器參數(shù)的設(shè)置與優(yōu)化

除此之外，在現(xiàn)場作業(yè)施工時，參數(shù)的設(shè)置包括環(huán)境參數(shù)設(shè)置和風機運行參數(shù)設(shè)置。參數(shù)的實時監(jiān)測，在井下作業(yè)面各個監(jiān)測點安裝傳感器裝置，實現(xiàn)井下各項參數(shù)的實時監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過井下的工業(yè)以太網(wǎng)，傳輸控制中心，實現(xiàn)實時監(jiān)測與控制。

2.2.4 借助以太網(wǎng)完成系統(tǒng)模塊的優(yōu)化

目前，井下通風自動控制系統(tǒng)主要依賴于互聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建三級網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)在組成方面具有工業(yè)級的多端口轉(zhuǎn)發(fā)裝置、系統(tǒng)防火墻裝置、網(wǎng)關(guān)裝置、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換裝置、模擬信號輸入裝置、開關(guān)量輸入裝置、模擬量輸出裝置等。由于組成系統(tǒng)模塊所涉及較多，所以必須采取行之有效的自動化總體設(shè)計方案，以便適應井下通風系統(tǒng)的工作效率。現(xiàn)場PLC中央控制單元則依據(jù)以太網(wǎng)總線裝置，實現(xiàn)串口和遠程獨立監(jiān)測點的相互連接，在采用通訊端口時可以應用RS485類型的通訊端口;應用的信道一般為高速有線信道或者光纜信道[5]。

3 針對于井下通風控制系統(tǒng)軟硬件升級設(shè)計分析

在井下通風系統(tǒng)的自動化設(shè)計階段，具有自動化控制、手動控制以及檢修控制三個方面。使用相應的電氣設(shè)備，以實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的改造與升級。借助PLC系統(tǒng)控制通風，并依據(jù)系統(tǒng)組態(tài)的控制方式展開實時自動化監(jiān)控，在監(jiān)控過程可以按照預設(shè)組態(tài)的方式，將控制模塊由實時轉(zhuǎn)換為手動控制模式。

3.1 在自動控制系統(tǒng)的硬件方面分析

井下通風作業(yè)現(xiàn)場一般采用集散控制系統(tǒng)。在選擇設(shè)備上可以選擇工業(yè)級計算設(shè)備作為上位機，借助無線網(wǎng)絡和PLC控制單元相互接通，并將所監(jiān)測的數(shù)據(jù)以及參數(shù)通過在井下安裝的傳感裝置輸入輸出裝置、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)參數(shù)的實時傳輸，進一步完成對通風設(shè)備的實時變頻調(diào)控。在參數(shù)設(shè)置方面，一是，根據(jù)PLC設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)的基本功能來合理設(shè)置參數(shù)要求;二是，采用工業(yè)級計算機，使CPU的主頻需要在2兆赫茲以上，CPU的內(nèi)存則不應小于2MB。三是，安裝的傳感裝置需要具有安全性和穩(wěn)定性;四是，在應用智能變頻裝置和繼電裝置以及控制單元時，需要保證硬件系統(tǒng)的完整性以及功能性。除此之外，可以選擇數(shù)字智能顯示儀表，其操作單元也需要具備一定的防爆性和防水性[6]。

3.2 在自動控制系統(tǒng)的軟件方面分析

在井下通風控制自動化系統(tǒng)的軟件設(shè)計階段，由于采用了PLC控制程序，在設(shè)計編程語言上一般為梯形圖語言，這可以完成繼電裝置、接觸器裝置的綜合實現(xiàn)，并使操作人員能夠簡單明了的理解電氣運行原理。在基礎(chǔ)設(shè)置方面，一是，需要遵循繼電裝置系統(tǒng)的電路圖，并通過經(jīng)驗設(shè)計法完成數(shù)字量系統(tǒng)的快速設(shè)計;二是，根據(jù)復雜系統(tǒng)選用順序控制梯形圖的設(shè)計方案，以便將復雜系統(tǒng)簡單化;三是，根據(jù)PLC供應商對繼電氣裝置應用的語言，依照順序梯形圖進行合理設(shè)計。

總之，在井下通風控制系統(tǒng)的設(shè)計改造階段，軟件設(shè)計具有靈活多變的設(shè)計理念，這也方便了對系統(tǒng)后續(xù)的拓展與升級。另外，可以按照施工設(shè)計的規(guī)章制度，完成風機參數(shù)、電機參數(shù)以及氣體濃度等檢測，并將檢測數(shù)據(jù)通過傳感器傳輸?shù)絇LC控制數(shù)據(jù)終端進行數(shù)據(jù)分析，以便完成自動化控制。除此之外，在系統(tǒng)存在除塵需求時，可以將電機頻率設(shè)置為25Hz，借助多個變頻方式的組合控制以實現(xiàn)除塵功能。同時在軟件設(shè)計方案上PLC反饋系統(tǒng)對風機轉(zhuǎn)速變化時的控制輸出變化，調(diào)整階段可以根據(jù)電機的多級調(diào)速功能，以實現(xiàn)電機的控制。

4 結(jié)語

綜上所述，礦井通風系統(tǒng)作為礦山能耗的重要組成部分，每年能源的消耗量占據(jù)礦井總量的三成，所以實施井下通風自動控制系統(tǒng)的設(shè)計改造，能夠有效的降低通風成本，這也是礦井作業(yè)的基本保障。通過井下通風自動控制系統(tǒng)的設(shè)計改造，能夠提高施工作業(yè)的運行效率，實時監(jiān)測施工現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效采集，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC的控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析。為此，基于PLC技術(shù)的通風控制設(shè)計優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)控制系統(tǒng)與作業(yè)現(xiàn)場的相互隔離，從而實現(xiàn)遠程無線通訊的暢通，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和高效性。與此同時，在PLC系統(tǒng)內(nèi)部，則根據(jù)傳感器檢測到的參數(shù)，按照一定的邏輯控制程序，實現(xiàn)風機的啟停等功能，滿足礦井按需通風的需求。通過井下通風自動控制的優(yōu)化改造，使施工作業(yè)具有高效性和可持續(xù)性，極大程度的保證了井下施工人員的生命健康，這對于礦井的經(jīng)濟效益具有全面的作用。

參考文獻

[1] 李慧賓.煤礦井下通風自動化的改造[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019，156（10）：144-145.

[2] 牛振濤.煤礦井下通風阻力測定及系統(tǒng)改造優(yōu)化[J].能源與節(jié)能，2019（5）：34-35.

[3] 梁士軍.煤礦通風系統(tǒng)的安全性及優(yōu)化設(shè)計[J].石化技術(shù)，2019（3）：170.

[4] 文達.某金礦深部通風系統(tǒng)優(yōu)化方案對比[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2019（2）：184.

[5] 霍東貝.煤礦主通風機系統(tǒng)改造與智能調(diào)控研究[J].當代化工研究，2019，40（04）：128-129.

[6] 吳豐全.基于DSP的煤礦通風雙局扇監(jiān)測控制系統(tǒng)的研究[J].機械管理開發(fā)，2019，34（03）：221-222+235.