煤矿井下局部通风机监控系统应用研究

毛 亮

（山西省长治市煤炭安全信息调度中心，山西 长治 046000）

煤矿井下工作面通风系统的作用主要是提供新鲜空气，稀释并排出有害气体，消除煤矿开采中的安全隐患，保障煤矿生产的正常进行。局部通风机是煤矿井下掘进通风的核心设备，由局部通风机及控制系统组成的通风系统是掘进工作中的重要措施。为减少瓦斯超限事故发生，长治县红山煤矿与中煤科工集团重庆研究院合作，开发应用煤矿井下局部通风机监控系统对井下局部通风机进行集中监测与控制，保障了红山煤矿的通风安全。

1 煤矿井下局部通风机监控系统结构分析

山西省长治县红山煤矿现有14套井下局部通风机，配套电磁启动器为八达电气有限公司的QJZ-4×120/140（660）SF矿用隔爆兼本质安全型风机用双电源真空电磁起动器。由于控制点较少，系统使用西门子公司的S7-200型PLC作为控制核心。

局部通风机监控系统工作原理：采用现场层、控制层和管理层来实现自动控制，各层之间通过控制网络结合成一个完整的集控系统。监控系统总体结构如图1所示。管理层利用友好人机界面实现人机对话和远程监控功能，PLC作为控制器完成逻辑处理和控制任务，远程IO实现现场数据的采集和上传以及控制指令的执行。

红山煤矿井下局部通风机监控系统分为地面上位机与井下PLC控制站两部分，其结构如图1所示。该系统包括多个PLC控制站，用于采集瓦斯传感器、真空电磁启动器数据并通过工业以太环网上传至上位机。上位机通过分析和记录数据，对异常情况进行语音提示与故障记录，在满足操作条件的前提下，可以对局部通风机真空电磁启动器进行远程控制和定值修改等操作。

PLC控制站与局部通风机真空电磁启动器综保之间通过485通信，对综保进行数据查询，并下发控制指令。在主、副局部通风机进风口和真空电磁启动器处安装瓦斯A感器，监测局部通风机及真空电磁启动器附近的瓦斯浓度。

局部通风机系统平时仍以人工就地分合闸作为首要控制手段，远程控制功能作为备控制手段，仅在能够确保局部通风机及真空电磁启动器附近瓦斯浓度不超限，且需要立启动局部通风机的前提下，由调度人员通过地面上位机对局部通风机真空电磁启动器进行人工远程分合闸操作。

图1 红山煤矿井下局部通风机监控系统结构

2 煤矿井下局部通风机监控系统软件分析

系统对瓦斯浓度非常敏感，因此，在程序中，系统将瓦斯浓度数据作为警戒值，任意组瓦斯浓度超限，都不能对局部通风机进行远程操作，但可保持正常通信。系统采集局部通风机真空电磁启动器综保提供的所有数据并上传，使调度人员对井下局部通风机工作状况一目了然，不需要前往现场。系统会对485通信进行检测，当通信中断时，系统软件会自动向上位机发布中断报警信号，便于调度人员掌握情况，安排维修人员检查故障，提高了管理自动化水平，节约了工作时间。

由于局部通风机遍布全矿工作面，且型号不尽相同，为了正常使用局部通风机，工作人员每次更换局部通风机后，都需对局部通风机真空电磁启动器的综保进行参数修改。部分区域由于地形复杂，如单纯依靠人工就地修改则效率十分低下，因此工作人员通过系统的远程定值修改和远程复位功能，就可以提高工作效率。

3 组态监控界面

上位机安装组态软件，可对井下各台局部通风机以及真空电磁启动器的运行参数，如电压、电流、瓦斯浓度等进行全程监测及统计；可对各局部通风机的安装位置、操作、责任人等信息进行记录；能够在异常发生时以声光报警方式将报警信息通知给操作人并进行记录；还能够判断各控制站的以太网通信是否正常，并给予提示。组态软件通过并行通信方式与各PLC控制站通信，个别通信站与组态软件间的通信断不会影响其他控制站间的正常通信。

3.1 主界面

系统通过图形化的主界面可直观显示各局部通风机的主要参数，能进入单台局部通风机的主界面查看每台局部通风机具体参数，并能对局部通风机进行远程操作。为了避免误操作，系统对操作人员实行登录权限管理，并且对其进行远程控制管理。只有在系统显示启动条件，且具备操作权限的人员操作时，系统才允许对局部通风机实施远程分合闸操作。否则，系统会显示警告画面提示，而不允许操作人员进行远程操作。

3.2 定值参数界面

操作人员可以在定值参数界面中设置主从延时、额定电流、短路倍数等参数，满足不同局部通风机的控制要求。另外，如果局部通风机开关因故障发生了主、从机切换，操作人员可在该界面中进行故障查询与故障复位。

3.3 历史查询界面

历史查询界面分为历史记录查询界面和历史曲线查询界面两部分。操作人员可以在历史记录查询界面中查询以往发生的报警记录，对故障进行回溯，也可以在历史曲线查询界面中选择相关参数，查看参数的连续变化趋势，以便更好地分析和判断故障。

3.4 报表界面

报表界面按时间分为时报表、日报表、月报表等。系统在报表中可显示各控制站的主要数据。操作人员对报表时间、需查询的控制站号进行选择后，就可以迅速生成直观的报表记录，并可根据需要进行打印存档。

4 应用效果分析

煤矿井下局部通风机监控系统在长治县红山煤矿进行了实践应用。从试运行的情况来看，系统运行稳定，能有效地实现其功能。（1）当系统分析数据得到报警预警时，会顺利完成自动倒机功能。（2）系统能实时地显示风机运行的数据，并能对数据进行处理、记录和调用操作。（3）该系统能对远程数据画面进行发布，同时对各画面进行监控。

当前煤矿井下局部通风机监控系统的成功应用实现了井下局部通风机系统的参数监测、远程控制，定值修改、远程故障复位等功能，该系统的应用提高了通风系统的自动化水平，可以降低通风岗位工作人员的劳动强度，提高工作效率。另外，该系统通过标准接口接入到红山煤矿综合自动化系统当中，从而实现了数据的上传，对于红山煤矿全面建设数字化、智能化矿山起到了积极的推动作用。

5 结语

煤矿井下局部通风机监控系统是以PLC为控制核心，高速工业以太环网为控制平台的实时监控系统，符合煤矿特殊生产环境及安全生产的需求，可以有效降低人力物力的投入，提高生产效率。煤矿井下局部通风机监控系统在长治县红山煤矿中的成功运行，降低了通风系统安全事故的发生概率，为实现红山煤矿高效高产安全开采奠定了基础。