矿用局部通风机风压检测集控系统的设计与应用

周超

(潞安集团 司马煤业有限公司, 山西 长治 047105)

0 引言

矿用局部通风机是煤矿井下的重要通风设施，它具有通风能力强、适用区域广及实用性好等优点，已被广泛用于井下采掘巷道、硐室等施工地点。常用的局部通风机主要由通风机主体、柔性风筒、通风机隔爆开关等部分组成。在工作时，利用通风机旋转扇叶将空气以一定压力抽入，并沿风筒输送至工作面，从而满足工作面人员呼吸、有害气体排除等需要[1]。但在实际煤矿生产过程中，因受通风距离、风阻及通风机功率等影响，局部通风机在通风时，风压及风阻不能满足实际生产需要，且传统的通风机又不具备自动风压、风速检查的功能，从而导致通风系统紊乱现象，甚至会发生煤矿通风的事故，如瓦斯、煤尘爆炸等事故。本文以司马煤矿为例，为进一步提高通风系统的稳定性，弥补传统局部通风机的不足，设计了一套局部通风机风压检测集控系统。

潞安集团司马煤业有限公司1216运巷位于井田二采区，巷道设计长度为700 m，巷道设计断面规格为宽×高=4.5 m×3.5 m，巷道掘进煤层为二叠统山西组下部的3#煤层，平均厚度为6.01 m，煤层结构复杂且不稳定，煤尘挥发性大。

1216运巷采用机械化掘进施工工艺，截至目前巷道已掘进200 m，巷道掘进前期在施工巷道开口以北20 m新鲜风流处，安装了两台55 kW的局部通风机对工作面供风。由于传统局部通风机不具备风速、风压的检测功能，随着巷道不断开拓延伸，在巷道前100 m范围内风速及风压远远超过允许范围，造成工作面扬尘大且通风机节能效率低。当巷道掘进300 m后风阻加大，出风风流风速及风压达不到设计要求，造成工作面窝风现象严重，已出现两次工作面瓦斯超限现象，严重威胁着施工巷道掘进安全。对此，司马矿通风部通过技术研究，设计了一套风压检测集控系统。

1 局部通风机风压检测集控系统结构

1) 风压检测集控系统主要由变频风机、联锁开关、通风机开关、远程操控系统、PLC控制器及风压检测装置等部分组成，如图1所示。

图1 局部通风机风压检测集控系统结构

2) 变频通风机可实现风机风速、风压自动调节控制，风机功率为55 kW，共计两台，变频通风机通过与直径为1 000 mm的柔性风筒连接，将风流引入至工作面。

3) 联锁开关的额定电流为200 A，分别与PLC控制器、风机开关连接，主要通过控制器控制作用实现通风机开关的启停动作[2]。

4) PLC控制器分别与变频通风机、联锁开关及风压检测装置连接，主要对风压检测装置收集的数据进行处理，并将处理后的指令发送至变频风机主控器内，实现变频通风机自动变频控制。

5) 风压检测装置主要由压力传感器、风速传感器、数据处理器、定位柱、风力受压板、弹簧件、固定架、金属柱、金属套管等部分组成，如图2所示。该装置主要安装在距风机出风口50 m处，并与PLC控制器连接。

6) 远程操控系统主要包括操控室、主机、显示器、打印机等部分组成。远程操控室安装在地面，主机安装服务器程序(Server 或Systry)，并通过显示器显示[3]。

1-金属套管； 2-风速检测仪； 3-固定架； 4-定位柱； 5-一号弹簧件；6-金属固定环； 7-安装架； 8-二号弹簧件； 9-压力传感器； 10-金属柱；11-密封垫； 12-金属圈; 13-橡胶密封圈。图2 风压检测装置结构

2 工作原理

1) 风速检查工作原理。变频通风机进行供风后，风压检测装置中的风速检测仪在风流带动下出现转动，数据处理器直接记录单位时间内的风速，计算出风流速度，然后将风流速度数据以电信号方式通过信号电缆传递至PLC控制器。PLC控制器接收信号后进行信号处理[4]。当风流速度大于或小于最大风速时，PLC控制器及时控制局部通风变频器，对通风机频速进行调整，保证通风机供风风流速度稳定。

2) 风压检查工作原理。风筒内风流经过风压检查装置后，在风压作用下挤压风力受压板，并带动弹簧件收缩。安装在安装架上的压力传感器在弹簧收缩下，检测出风流压力,然后经数据处理器转换及时将信号上传至PLC控制器。PLC控制器接受信号后进行转换处理。当风压大于或小于调定值时，控制器及时对通风机变频器进行控制，实现通风机一级或二级开启模式，并调整频速，实现风机恒压通风。

3) 远程操控工作原理。局部通风机风压检测集控系统在运行过程中检测的风速、风压及风机频速、开启模式、各设备运行安全参数可直观地在显示器界面显示，操控人员实时对系统进行监控。当系统出现故障后，具有报警功能，操控人员利用界面控制按钮，对系统进行人工远程控制，保证通风系统稳定运行。

3 系统优点

1) 结构简单。该系统结构简单，便于操作维护，故障率低，不仅可用于井下采掘工作面，还可用于隧道、建筑等领域中，适用性强，应用范围广[5]。

2) 自动化水平高。该系统利用风速、风压检查装置对通风机供风流进行自动检查，并利用PLC控制器对变频通风机进行控制调节，达到供风风流风速、风压稳定的目的，全程无需专人操作，实现了自动化控制，大大提高了通风系统的自动化水平。

3) 应用效果好。与传统局部通风机相比，该系统可实时对供风风流风速、风压进行调整，动作灵敏度高、误差率低，保证了采掘工作面安全稳定通风，解决了巷道开拓延伸，风流、风压变化大导致工作面通风紊乱等技术难题。

4 实际应用效果分析

1216运巷掘进至200 m处，对巷道原通风系统进行了优化，安装了局部通风机风压检测集控系统。截至2018年7月1216运巷已掘进到位。通过8个月对该系统应用效果观察分析发现，该系统运行稳定性强，随着巷道开拓延伸能够及时对风速、风压进行调整，可保证工作面具有充足的风流及稳定风速、风压。后期掘进期间采用该通风系统后，工作面粉尘浓度可控制在20 mg/m3以下，工作面未出现因通风不稳定，而造成瓦斯集聚现象。

5 结论

潞安集团司马煤业有限公司通风部针对传统矿用局部通风机存在的问题进行了分析，并对原通风系统进行了优化，设计了一套风压检测集控系统。通过在1216运巷应用效果来看，该系统弥补了传统通风系统的不足，提高了采掘巷道通风系统稳定性，保证了工作面通风安全，取得了显著的应用成效，具有一定的推广意义。