矿井掘进面智能通风控制系统设计探析*

罗洪章

(山西晋城煤业集团成庄矿综掘五队,山西晋城 048021)

矿井掘进面智能通风控制系统设计探析*

罗洪章

(山西晋城煤业集团成庄矿综掘五队,山西晋城 048021)

主要介绍了一种智能通风系统,该系统可以对矿井中的瓦斯浓度进行自动的检测和监控,并根据检测结果智能调节通风的速率和风量,实现了瓦斯浓度检测、瓦斯排放、智能通风、警报的一体化工作流程,有效的提高了矿井通风的效率,并节省了人工和资金的投入,对于矿井安全作业的保障具有重要的意义。

矿井;掘进面;通风控制系统

0 引 言

瓦斯泄露是矿井开采中的主要问题之一,也是导致矿井事故的最主要因素,据统计煤矿事故有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矿井内部的通风状况不佳,通风管理效果差。为有效降低矿井事故的发生几率,必须对矿井内部的通风工作进行良好的管理和控制,其中矿井掘进面的智能通风系统设计和建立是有效的手段之一。

1 背景及国内矿井现状

近两年是煤矿产业发展的高峰阶段,但同时也是煤矿事故的高发期。造成这些事故发生的根本原因是煤矿企业没有做好矿井的通风管理工作。尽管我国对于矿井通风系统的理论研究较多,但这些研究没有引起相关企业的重视,并没有在实际的采矿工作中进行应用,因此瓦斯事故并没有真正得到解决。此外,煤矿中的瓦斯泄露事故本身就是一个较为复杂的机制,造成瓦斯泄露的因素也有很多,要做到实时的监控难度较大[1]。

国外在煤矿掘进面的通风系统设置上有较为成功的经验。例如德国就研制出了TF瓦斯监控系统,波兰也研制出了CMC瓦斯监测系统。这两种瓦斯监测系统是最具有代表性的,在监测效果上也较为理想,能够对某一范围内的瓦斯浓度进行实时的监测。但是这两种监测系统还在进一步的研发阶段,还没有投入到广泛的使用中。此外,这两种监测系统在信息共享和检测数据分析上还有所不足,并且在系统的稳定性上还有待进一步的提升。[1]

国外在瓦斯排放的理论研究上主要集中于脉冲风流防治上。这种排放方式采用的是脉冲式的风流来进行通风。这种瓦斯的排放方式主要用于避免瓦斯的集聚,但并未涉及对瓦斯集聚后的排放工作。

国内对于瓦斯预防的研究主要集中在单点检测方面。这种预防方式在操作上较为复杂,并且检测的范围较小,在设备上的要求也较高,因此实用性不强。在瓦斯检测技术和设备不断更新升级的背景下,许多信息技术已经被应用到了煤矿的瓦斯监控中,在检测效率和检查质量上都有所提升,不仅能够防止瓦斯的聚集,还能在瓦斯浓度升高后进行及时的排放。

2 系统总体设计方案

矿井掘进面的智能通风系统设计应当将信息技术和传感技术有效的结合起来,从而对整个掘进面的瓦斯浓度进行高效的检测和分析。同时还需要应用一定的数据分析技术和建模技术对实际的排放流程进行模拟,只有这样才能真正提高矿井中的通风质量。智能通风机由瓦斯浓度传感器、风速传感器、单片机、人机界面、通信模块、控制模块、报警模块、变频调速装置、智能组合开关组成。其中智能开关需要自动控制和人工控制相结合。传感器可以对矿井中的瓦斯浓度进行实时的检测,并将检测的结果传递到单片机,由单片机来改变风机的功率和供风量。当矿井中的瓦斯浓度较高时,风机的运作速率会相应提高,而当瓦斯浓度恢复正常时,风机的工作效率也会恢复原有的状态。以上这些调节过程都是由通风系统自动完成的,因此在通风效率上有了良好的保障。当矿井中的瓦斯浓度达到一个危险值时,就会触发警报系统,通知相关管理人员采取应急措施。同时,系统也会启动保护装置,对矿井内部进行紧急的处理[2]。

这一智能控制系统的控制室与实际的矿井作业区域进行分离,因此能够有效确保检测人员的人身安全,还能避免采矿作业对检测系统造成影响。但分离式的设置不会对信息的传递或紧急措施的进行影响,主要是由于单片机具有极高的信息传递效率,一旦检测到异常状况就可以在极短的时间内做出反应。此外这一智能系统还具有体积小、重量轻的特点,在安装和操作上也较为简便,还能实现矿井瓦斯控制的数字化和智能化。该智能系统的具体设置如图1所示。

图1 智能通风控制系统结构示意图

3 智能通风系统的技术特点

3.1 井下通风系统调查

智能通风系统可以实现对井下通风系统的有效调查,并对井下通风系统进行分区控制。调查后的数据将真实反馈给相应的管理人员,通过专业的设备和技术对得到的数据进行进一步的分析,从而确定井下通风的系统的设置。

3.2 人员定位系统人员信息和相关设备信息的采集

智能通风系统可以对矿井中的作业人员进行良好的管理和监控,并对作业人员数量、方位等进行全方位的掌握,并整理形成档案进行存储。管理人员只需查阅数据库就可以及时掌握矿井下的作业情况,并在意外发生时及时、有效的制定应对策略。

3.3 建立井下通风系统运行模式

通过智能通风系统的应用,煤矿企业可以在井下建立起合理、科学的通风系统运行模式。通风系统的运行首先必须符合国家及行业的相关规定,其次还要结合矿井自身的作业特点进行进一步的调整。进行作业人员需要将矿井作业过程中的相关数据及时反馈给管理人员,便于管理人员进行管理方式的调整。

3.4 建立井下通风监测监控系统并确保数据可靠性

智能化通风系统在许多工作环节中都实现了自动化控制,减少了人工的控制,有效的提高了检测数据的客观、真实性,同时还极大的提高了检测的效率。同时,智能检测系统采用的是分区管理,能对矿井中的各个细小环节进行良好的把控。通风监控系统采集各区域内风量,主要在各分区域内机站风机巷设置的风速传感器采集各区域风量,经数据传输进入通风系统智能控制终端 ,得到实际供风量。定期对监测监控系统进行验证,确保其可靠性及稳定性[3]。

3.5 建立三维通风系统模型

三维通风系统模式的建立是智能通风系统的主要优势和特点之一。通过三维通风系统模式的建立,可以对矿井内部的实际施工情况进行模拟,从而确保通风量能够满足实际开采作业的需要。

4 智能通风系统的适用性

当前大多数矿井都采用了通风系统的计算机自动控制,信息的传输速率和处理速率都有明显提升。网络平台的应用使得系统的精确度有了更好的保障,此外还能通过控制中心对矿井通风进行有效的调整[4]。智能通风采用多功能计算机 ,其在电路连接形式方面进一步优化,解决了单一信号传输不足问题,使大型矿区通风有了可靠的传输平台。智能局部通风系统根据掘进工作面的瓦斯浓度、风量、风速来自动调整风速以调节风量,能更有效地排出掘进工作面的矿尘及各种有害气体,有利于工作人员的身体、健康。智能化设计是在传统采煤网基础上开辟的新模式,注重煤矿井内通风改造是行业改革的必然趋势。

5 结 语

掘进工作面通风智能控制系统,以其显著的脉动通风特性、柔性的变频风量调节、无极调速特性、操作简单、节能效果明显、运行可靠等优点领先于国内其他系统,智能控制系统不但使矿井通风系统的安全运行得到有效保障,而且实现了人性化风量调节的目标,节能降耗的目的,可以取得显著的社会效益和经济效益。

[1] 姬程鹏.矿井掘进面智能通风控制系统设计[J].电子产品世界,2011(9):73-76.

[2] 张国军,张丰敏,侯玉峰.矿井局部通风机智能控制系统研究[J].煤矿机电,2010(2):46-49.

[3] 王文才,乔 旺,李 刚,等.矿井智能局部通风系统在呼和乌素煤矿的应用[J].煤矿安全,2012(6):28-32.

[4] 苏珂嘉.煤矿掘进面瓦斯智能排放组合控制开关[J].煤矿安全,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

罗洪章(1984-),男,河南新乡人,助理工程师,主要从事巷道掘进方面的工作。