通风系统的自动化研究及应用

文/杨瑞

通风系统是矿井中的一个重要系统，通风系统是否可靠、安全，对煤矿的安全、稳定生产产生着直接的影响。在矿井通风系统中有效应用自动化技术，可以对矿井通风情况进行实时监控，也有利于减少矿井生产中在通风领域的成本，一旦发生故障，还可以自动化地对矿井通风情况进行及时调节，从而能够减少故障造成的损失。

1 通风系统的作用

通风系统是矿井的六大系统之一，其他系统包括监测监控系统、通讯联络系统、人员定位系统、紧急避险系统以及供水施救系统。通风系统是矿井通风网络、通风方法以及通风方式的总称。当今科学技术迅速发展的背景下，矿井通风系统也在不断完善、升级，重点在于为通风系统增设了一些环保装置，从而将矿井中的水蒸气、热量及有害气体排到矿井外，并统一处理，从而可以为矿井作业的工人提供一个安全的工作环境，有利于避免井下安全事故的出现，保障矿井作业安全。

2 自动化通风系统

实现通风系统与自动化技术的有机结合，建立自动化通风系统，其主要包括传感器系统、通风系统以及中央控制系统三个组成部分。

2.1 自动化通风系统的组成

2.1.1 传感器系统

其由多种传感器组成，包括测温传感器、风量传感器、风压传感器、风压风量控制传感器以及气体组分传感器等。传感器系统中，主要是由码分制系统、时分制系统、频分制系统或者是多种系统复合应用的方式来实现传感信号的传感过程。传感器主要通过利用地面控制台来决定风门角度大小，改变风门角度，来实现风量控制目的。

2.1.2 通风系统

自动化通风系统中，通风系统占据着核心地位，主要是对矿井中的风量、风速进行控制，也就是利用通风系统中的变频器，来调整通风机中电机转子的转速，来达到增大风量、减小风量或者是增大转速、减小转速的目标。且其可以自动调节，无需人工参与。甚至有一些国家可以借助传感器，来感知矿井内的温湿度，并以此为根据，对通风机中电机转子的转速进行调节，从而实现自动控制。

2.1.3 中央控制系统

自动化通风系统中，中央控制系统扮演着“指挥官”的角色，其主要借助微型计算机，来收集、整理通风方面的相关数据，并以这些数据作为根据，计算矿井所需通风量及通风机转速。计算机存在诸多接口，因此扩展能力非常强，可以不断对系统的反应灵敏度、进度进行优化与提高。同时除控制风速、风量、风压之外，中央控制系统还可以对矿井实际情况进行监督、报警，从而有利于保障矿井生产安全。

2.2 自动化通风系统的功能

自动化通风系统的主要功能包括半自动操控功能、手动操控功能、自控功能以及故障记忆功能等多种功能。首先，半自动操控功能指的是，其可以利用人工现场远程操控系统的主分站，以实际需要为根据，对通风机进行有选择性的启动、停止或者是暂停等操作；其次，手动操控功能指的是，暂停系统中的分站控制器之后，相关工作人员可以采取手动操作方式，对系统的各硬件实施人工控制，来对通风机或者是其他设备进行启动、停止；再次，自控功能指的是，借助传感器系统，将通风机的数据进行采集，并根据采集状态，合理布置分站，从而实现通风机的自动化启动、停止或者是暂停等操作；最后，故障记忆功能指的是，自动化通风系统可以将历史运行参数、现在运行中的参数记录下来，同时具备打印功能，一旦出现故障，则可以对故障原因记录自动进行打印。

3 自动化通风系统的应用

3.1 主备风机的切换

主通风机、备用通风机的切换问题一直以来便是矿井通风系统中的一个难题。通风机作为一种机械电气设备，在经过一定时间的使用之后，不可避免地会出现一定的故障问题，因此，必须设置备用通风机。矿井生产过程中，通风系统必须持续工作，但是一旦出现紧急情况或者是设备故障、检修等情况，便需要进行主通风机、备用通风机切换。以往在切换主通风机、备用通风机的时候，一般是将主通风机手动关闭，并手动开启备用通风机。但这种切换方式容易导致矿井供风量不足，从而容易引发安全事故。面对这样的情况，可以在自动化通风系统中设置控制模块，一旦出现需要主通风机、备用通风机切换的情况，则自动降低主通风机的转速，与此同时，适当提高备用通风机的转速，从而确保供风量的稳定性，保障矿井生产安全。这一过程，需要电机变频器、控制单元的协同作业，主通风机、备用通风机切换过程中，通过调节通风机的转速，确保总风量不变，便可以预防通风事故的出现。如图1所示。

3.2 数据信息的监测

在通风系统中应用自动化技术，建立自动化通风系统的过程中，需要在矿井中安装诸多摄像、监控设备，其主要目的在于采取时分制、频分制方式对自动化通风系统进行监控，并对矿井内部气体总量、内部温度、风的方向、风速、风量等实施监测。需要注意的是，这些数据信息在矿井生产过程中具有重要的作用。自动化通风系统收集这些数据信息后，然后相关工作人员便能利用计算机软件，将这些数据信息转化为图形、图像，同时也可以将历史数据、实时数据之间联系起来，绘制历史曲线、实时曲线，从而更加生动、形象地将矿井内部气体总量、内部温度、风的方向、风速、风量等数据信息展示出来，使工作人员能够更加清晰地了解矿井通风情况，并及时找出问题，及时予以解决，从而为保障矿井生产安全奠定良好基础。

3.3 故障问题的处理

在通风系统中应用自动化技术，还可以及时发现通风系统中的故障问题，并及时采取有效措施予以处理。在矿井通风系统中应用自动化技术的时候，需要收集矿井内部的相关信息，并对信息转化为图形，这样的情况下，可以非常容易地发现矿井中的问题。例如，若是矿井内部风速较低、空气流动量较少，则会导致矿井内部温度过高，以收集到的信息为根据，便可以推测通风系统出现的问题，并通过对比分析设备正常运行时各项参数、出现故障后设备的各项参数，来判断问题的原因，同时投入使用事先准备好的备用通风机，以保障通风系统的安全、稳定、持续运行，确保矿井生产安全。此外，在通风系统中应用自动化技术，一旦通风系统出现故障，不仅可以判断故障，还可以发出警报，以便于相关工作人员及时处理故障，以避免安全事故的发生。

图1：主通风机、备用通风机切换过程中转速变化曲线图

4 结语

综上所述，在通风系统中应用自动化技术，可以确保通风系统的运行准确性、稳定性，减少矿井安全事故的出现，有利于确保矿井生产安全。同时，随着科学技术的不断发展，通风系统的自动化发展也是不可阻挡的趋势，必须加大、加深对自动化技术的研究，进一步完善自动化通风系统，才能更好地发挥通风系统的作用，为实现矿业持续发展奠定良好基础。