洪繼坤

（山東能源棗礦集團蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）

1 控制局部通風機的方法

若想使掘進工作面的通風機的智能化或自動化控制得以實現，就要保障對掘進工作面通風中的3個方面，即控制器、通風機可調節(jié)性及通風有關的參數監(jiān)測。掘進工作面進行工作的人員數量、風速、一氧化碳、甲烷等參數監(jiān)測就是通風有關的參數監(jiān)測，通過調節(jié)變頻器就能使局部通風機的調節(jié)得以實現，微電子技術與變頻技術的使用可以經過把通風機的電動機正常工作時的電源頻率進行改變來對其交流電動機進行控制[1]。

當選擇控制器時，控制方式有兩種，一種為控制器PLC的使用，且控制器PLC是可編程的邏輯控制器，其還具有獨立性，使用存儲器且為可編程，該存儲器主要用到里面存儲的程序中，主要用在用戶方面的指令，如算數操作、計算、定時、順序控制、邏輯運算的執(zhí)行等，所有的生產過程與所有種類的控制可以由模擬式的輸出輸出或數字來實現。所采集的通風有關參數可以由監(jiān)測分站來實現，依據所分析的控制策略來讓變頻器對控制信號進行發(fā)送，進而可以實時控制局部通風機。此方法對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的平臺與局扇控制裝置二者的接入是沒有要求的，所具有較好的移植性，可以適用于網絡傳輸、現場監(jiān)測等煤礦對不一樣廠家的產品進行選擇。在煤礦現場中，在完成了通風系統(tǒng)平臺的部署，PLC控制柜的數量就不用增加了，局部通風機可以對系統(tǒng)進行調節(jié)。安全監(jiān)控系統(tǒng)可以使最根本的數據采集得以實現，其決策模塊可以使控制邏輯分析得以實現。所具有的優(yōu)點是極易使其智能化、自動化控制得以實現，可是，通風與安全監(jiān)控系統(tǒng)2個平臺就一定要在煤礦的現場中，且完整性比較高。圖1為兩種控制方案的示意圖。

從圖1能夠發(fā)現，局部通風機控制方案在被煤礦現場進行選擇時，適用性一定要考慮進來，在控制策略中會全面分析很多數據，包括人員具體位置、巷道掘進的風速、粉塵的濃度、甲烷的涌出等，在控制風速時，需要滿足有關行業(yè)標準與法規(guī)。

圖1 局部通風機控制方案示意圖

2 控制局部通風機策略

在控制局部通風機時，第一個要滿足的就是有關法規(guī)要滿足掘進工作面的通風方面的要求，當巖巷掘進關于風速的要求要在0.15 m/s以上，半巖巷或煤巷掘進的風速要在0.25 m/s以上，風速最大不得比4.00 m/s高；依據在工作面進行工作的人數方面的要求，1個人所供給的風量要在4 m3/mm以上；依據氣體濃度方面的要求，一氧化碳與甲烷濃度分別在24×10-6、1.00%以下。以此為基礎，在本文中，對人員供風的需求、一氧化碳、風速、甲烷等調整局部通風機策略進行了討論。值得注意的是，在本文中，在調整通風動力時，不管是下調或增加，調整幅度一次只有10%。

1）調風策略是以風速為基礎。該調風策略是以風速監(jiān)測為基礎的，相對來說是比較簡單的，在風速在0.15 m/s或0.25 m/s以下時，就要把通風的動力增大；在風速在4.0 m/s以上時，就有把通風動力減小。

2）調風策略是以作業(yè)人員的數量為基礎。該調風策略是以監(jiān)測作業(yè)人員的數量為基礎，控制的只是調控的下限，就是1個人的供風量在4 m3/min以下時，就要把通風動力增加，調整風速就代表對其的調整，在現在工作面的人數是N個時，風速最小就是vN，其計算公式為式（1）。

式中：vN為按照人員的數量能夠調節(jié)風速的最小值，m/s；N為現在掘進工作面正在掘進的人數；Sv為對應現在風速傳感器處的斷面面積，m2。

3）調風策略以一氧化碳的濃度為基礎。該調風策略是以一氧化碳的濃度為基礎，控制的只是調控的下限，就是在一氧化碳的濃度在24×10-6以上時，就要把通風動力增加。在下調其動力時，一氧化碳的濃度不能當做依據，就是通風動力不會由于一氧化碳濃度的下降而下降。

4）調風策略以甲烷涌出為基礎。安全就煤礦而言是十分重要的，其中的一個監(jiān)測參數就是甲烷，風電的閉鎖、超限報警等是一般會涉及的。若無法提前控制斷電濃度與超限，這樣就會對現場的所有生產產生影響，就會有安全隱患，所以，在本文中，把超前的調風策略提出來了，且是以分析甲烷涌出為基礎的。超前調控主要表現在以下兩個方面：一方面是超前調控監(jiān)測值，且監(jiān)測值是實時的，提前在甲烷濃度是1.00%時報警限流，就是甲烷濃度在0.80%左右時，就能把變頻控制打開，把通風動力增大，避免甲烷濃度大于限制。增加風量時，甲烷的濃度降低，并降低至某個特定值時，通風機的動力就會被變頻器下調，當甲烷濃度下降至特定值時，通風動力比較穩(wěn)定，通常要在現場設定門限的濃度值，且是臨界性的，CT就代表門限值。

當所有要求都被滿足之后，甲烷濃度在某特定值時，就能對通風動力進行下調，以預期與現場經驗來確定此門限值CT，例如，設定時根據0.30%或0.20%，若濃度在設定值之下時，對其通風動力進行下調，公式（2）就是其調整下限所相對應的風速：

式中：vT為設定能夠調節(jié)的風速的最小值，m/s；Q1為現在的甲烷涌出量，m3/min；Sv為對應現在風速傳感器處的斷面面積，m2；CT為預期甲烷濃度的設定值。

第二方面，經過分析甲烷濃度在時間上的變化，甲烷涌出的最高值的超前預測，保證甲烷涌出的最高值在規(guī)定限值內。由于不斷改變的生產工序，這導致甲烷涌出量在不斷改變，在進行掘進操作過程中，就會有甲烷涌出最高值出現。當變頻調節(jié)局部通風機時，在對排放一氧化碳、人員需風、風速等這些要求符合之后，可以在實用與經濟方面進行考慮，依據甲烷濃度的走向力對通風動力進行下調。由于要避免在掘進操作過程中，有甲烷大量涌出來，而有超限產生，在本文中，提出把甲烷涌出最高量且是近期3天來對其通風動力的下限進行確定，這就要求在通風動力最小時可以符合依據甲烷最大涌出量時甲烷濃度在1.0%以下這一要求來對掘進巷道在相同速度對下限的控制進行確定，對甲烷濃度在限額以上的要超前預控。計算該控制方案要把斷面的面積與風速傳感器結合起來，公式（3）為對最小風速進行計算的公式：

式中：vmin為現在能夠接受的風速的最小值，m/s；Qmax為甲烷3天內涌出的最大量，m3/min；Sv為對應現在風速傳感器處的斷面面積，m2。vT和vmin中值比較大的那個是調控的最小風速。此時就可以符合掘進操作工程中，由于甲烷大量涌出，進而導致超限產生，把超前調控使用到了局部通風機中。經過對甲烷、人員、一氧化碳與風速進行總結。

在調節(jié)風機不能對氣體排放或規(guī)程與人員的有關需求滿足時，就會有告警被系統(tǒng)給發(fā)出來。分配I/O口可以使PLC控制柜得以實現，在對模擬量的所有數據進行輸出時，所使用的頻率是200～1000 Hz或1～5 mA，模擬量包括一氧化碳、風速、甲烷等，在由本安信號進行隔離，均把信號轉換為4～20 mA，在進到有輸入模擬量的模塊的PLC中，對濃度進行實時檢測。且PLC把0～20 mA的電流輸出到主控板中，且主控板存在于變頻器的機芯中，使輸出頻率的調節(jié)為0～50 Hz。

3 結語

文章指出現在礦井掘進工作面在管理通風的狀況，判斷局部通風調節(jié)憑借人工所總結的經驗，缺乏和現場所監(jiān)測的數據實施關聯(lián)分析的問題，提出控制局部通風機需要和人員、風速、一氧化碳與甲烷來對控制關聯(lián)。按照煤礦現場實際狀況，分析出系統(tǒng)與局部兩種實時控制方案，并對各個方案所具有的優(yōu)點與所適用的情況進行了分析。

提出以排放甲烷、排放一氧化碳、人員的需風、規(guī)程規(guī)定為基礎的掘進工作面的控制策略，并對整個控制過程進行了梳理。使用上述策略不但使排放甲烷的安全性得以提高，還使其通風動力得到了節(jié)約。