煤矿智能通风与远程控制系统研究

杨健

Research on intelligent ventilation

and remote control system of coal mine

摘 要：通风是保证矿井安全生产的基础，本文首先对我国现在常用的通风方式进行了分析，并指出了现在使用的通风管理系统的不足指出，最后依据先进的工业设计理念设计出了一套煤矿智能通风与远程控制系统，可以实现井下对井下监测数据的智能化分析、按需供风等功能。

关键词：智能通风;远程计算机;以太网

Abstract：Ventilation is the basis of ensuring mine safety in production. This paper first analyzes the common ventilation modes in our country， points out the shortcomings of the ventilation management system in use， and finally designs a set of intelligent ventilation and remote control system in Coal Mine Based on advanced industrial design concept， which can realize mine safety. It has the functions of intelligent analysis and on-demand wind supply for underground monitoring data.

Keywords：intelligent ventilation;remote computer;ethernet

通风是保证矿井生产的基础，矿井通风系统除了给井下工作人员提供新鲜空气外还具有稀释排出井下有毒有害气体（如：瓦斯、H2S、CO等），所以礦井通风系统安全、平稳、持续运行是矿井得以正常运转的基础。现阶段，我国绝大多数的矿井通风系统管理还仅仅是依靠生产经验进行[1～2]，井下通风管理及工作人员工作量巨大，矿井局部通风发生变化时不能对数据进行有效的监控，给矿井通风安全带来一定的安全隐患，同时也对我国矿井的安全高效生产造成一定制约。基于此，笔者对矿井现有的通风系统现状进行了分析，提出了一种较为高效合理的智能通风控制系统，以期能促进矿井智能通风系统的前进发展。

1 我国现有通风系统分析

我国现有的通风系统主要是中央并列式，井下通风系统的监测基站多布置在井底车场附近。回采工作面通风绝大多数都是采用“U”型通风方式，“U”型通风方式中上隅角瓦斯聚集是个严重的安全威胁，工作面配风要根据瓦斯涌出、工作面工作人员、设备及产量综合确定，调节风量[3]。矿井通风设置主要还是手工进行开启，自动化水平较低，且矿井通风主要设置（如风门、风窗）很多仅仅是只具开关报警装置而不具有相关的联网监控。

2 煤矿智能通风系统研究理论方法

煤矿井下智能通风系统的研究要理论与煤矿现场实践进行结合分析，以物联网为基础的新的技术革命给我国的工业领域生产带来的巨大影响[4]。煤矿智能通风系统的研究要充分的借鉴相关经验，考虑煤矿井下通风设施，各个工作地点实际情况并兼井下传感器信息收集及设备运行状态间合理关系[5]，实现井下各个用风地点的合理供风，煤矿井下智能通风及控制系统的研制流程大致有理论分析、通风系统设计、实验室调制、系统研发、专家认真、现场实践效果分析及市场投放等阶段，智能通风及控制系统的研制的各个阶段相辅相成，在智能通风及控制系统的研制阶段应结合工业工程先进的设计方法及设计理念，根据矿井实际需求，在整个矿井安设传感器并通过相关的网络连通到CPS中央处理系统，CPS中央处理系统根据预先设定的程序要求向有关执行单元发出有关指令，确保煤矿井下通风持续平稳安全运行。

3 煤矿智能通风系统的设计

3.1 煤矿现有通风系统分析

现阶段煤矿常用的通风系统是基于PLC控制实现的，主要核心部件一般是S7-300系列的PLC模块，通风系统其它主要模块有数据采集/AD转换模块、数据分析及处理模块、调控执行模块等。数据采集/AD转换模块主要作用是收集甲烷传感器、风速传感器、温度传感器等信息，并将信息进行AD转换后经由PLC模块传输到上位机进行数据分析，上位机根据预先设定的程序分析处理后向下位机发出指令。现采用的煤矿通风系统具有操控方便、结构简单等显著优点，适用于中小型矿井，但是其缺点也十分，主要表现在数据采集量小，系统响应时间长，不能保证矿井井下用风点的风量。因此，研制一套新的可以满足现阶段大型矿井需要的智能通风系统十分有必要。

3.2 智能通风及远程控制系统设计

智能通风及远程控制系统设计是基于现场总线技术近些，由于矿井井下通风系统复杂，智能通风及远程控制系统是采用模块化的设计理念，将数据收集，传输，数据分析处理，决策执行等各个阶段分解成不同的模块单独进行设计，采用以太网进行数据的通信连接，运用CAN总线程完成系统的功能控制，实现系统具有的管理及远程监控功能。

采用模块化设计的主要优点就是缩短系统的设计周期，系统各个模块相互独立，互相不受干扰，当系统中的某一个环节出现问题时，其他模块可以正常运转，系统的整体可靠性高。系统的控制网络采用工业以太网及CAN总线网络，以太网主要是完成收集数据的远程传输，CAN总线网络的主要功能是满足现场操作控制的需要，上位机根据收集到的信息作出相应的指令通过以太网传输到井下的现场总控制器，现场总控制器通过CAN总线网络控制各个通风设备的运行状态，用以保证系统的快速反应。图1是智能通风及远程控制系统总体设计方案。

井下的风速、温度、瓦斯、设备监测等传感器通过数据监测卡将传感器监测数据传输到现场监控计算机，现场监控计算机对数据进行分析，智能的判断井下状态，并通过以太网将相关指令通过远程监控计算机下发到现场主控制器，现场主控制器以及CAN节点根据远程计算机指令作出相应的动作，保证矿井通风系统的安全靠谱运行。

远程监控计算机应安装有智能分析程序以及模糊控制算法，智能分析程序及模糊算法可以根据井下传感器监测的各种信息对矿井通风系统的运行状态进行分析预测，当分析出井下某个部位出现安全隐患或者矿井通风系统存在某些隐患时，远程监控计算机应及时迅速的向现场控制计算机发出报警指令，井下报警系统开始相应，对井下工作人员进行提醒。冗余系统主要为了保证矿井设备安全运行而设计，当矿井主要通风设备出现问题是，备用设备可以及时的运行，以保证矿井通风的安全连续。

4 总结

现有的通风管理系统存在数据采集量小，系统响应时间长，无法智能判断等缺点，智能通风系统由于可以实现井下通风的智能化管理，实现了煤矿的以风定产等优点，在不久的将来必定会大规模使用。本文设计的智能通风及远程控制系统可以实现对井下监测数据的大量处理分析，并找出最为合适的通风处理方案，煤矿井下可以做到按照需要供风，具有明显的优势。

参考文献：

[1]王元莒.煤矿通风安全数据智能处理系统研究[J].山西煤炭，2016，36（04）：58-60.

[2]杨杰，赵连刚，全芳.煤矿通风系统现状及智能通风系统设计[J].工矿自动化，2015，41（11）：74-77.

[3]黄书卫.基于物联网技术的煤矿通风智能监控系统[J].中国科技信息，2015（05）：99-100.

[4]鲍庆国，毛允德.智能矿井通风仿真系统设计研究[J].中国煤炭，2014，40（06）：124-126.

[5]秦书明，吴利学.煤矿智能局部通风系统的设计及应用[J].煤矿机电，2014（01）：94-96.