煤矿通风系统中自动化控制技术的应用

＊崔启文

（晋能控股煤业集团挖金湾煤业有限公司 山西 037042）

前言

在矿井通风系统当中采用自动化控制技术，可以有效地监控系统的通风状况，从而让矿井通风的应变能力得到提升，从而更好地适应环境需求的变化，同时节约通风成本，即便发生事故，也可以及时对通风进行调节，避免出现事故，从而确保矿井安全生产的顺利进行。煤矿通风自动化技术主要分为两个方面，一是环境监测和通风状况检测系统，二是能够结合实际环境情况来进行系统调整的功能模块，具体来说，系统包括有信号系统、传感器系统、通风系统以及中央控制系统。

1.煤炭通风自动化技术概述

通风系统对于煤矿的运行而言作用非常关键，其不仅保证着煤炭生产工作的正常开展，同时也可以给井下工作人员提供一个优良的环境。在煤矿通风系统当中，积极应用自动化技术可以有效地实现自动化管理和控制，进而实现实时监控，煤矿生产具有了更高的稳定性，并给相关管理和控制工作提供了技术基础。

对于自动化控制技术的应用而言，其优势主要在于实现精准的控制和高效的操作，将其应用到煤矿通风系统当中，可以有效地提高通风系统的工作效率。当前投入使用的煤矿通风系统就存在着较为明显的系统短板，自动化程度较低，且操作控制较为复杂。与此同时，煤炭通风设备的数量较多，在出现问题之后如果不能及时进行维护和处理，则会直接对煤炭开采效率造成严重影响。当前投入使用的煤矿通风系统自动化技术水平较低，所以在未来一段时间内的煤矿生产技术研究当中都应当以自动化技术的应用为主，从而推动煤矿开采效率的提升，提高企业的收益，提高生产效率。

煤炭通风系统自动化技术的基础是TCP/IP协议，之后建设以太网络，应用光纤传输技术来实现网络互联。对于煤矿内部的环境则需要选择适合实际应用场景的设计，从而不断提高硬件设施水平，实现自动化功能要求。在自动化技术应用时，也需要积极和其他软件进行结合，例如传输技术、网络技术等，从而提高通风系统的工作效率，保障煤矿通风系统的安全稳定性，创造更高的经济效益。

对于煤矿自动化系统设计的过程而言，首先结合实际工作情况来确定需求，例如煤矿开采的过程中，需要搜集各种数据来确定通风系统参数，从而在适应环境通风需要的同时，也要尽量节约能源，避免浪费。在控制自动化技术的过程中，也可以将其他控制方式一并投入使用，同时也不能放弃人工调控的方式。自动化控制的基础在于实现远程的监测和控制，但与此同时一旦系统发生故障，也需要人为地进行干预，所以需要将人为调控和远距离监测功能都给予重视，其中远距离遥控用于分配传到，确保相关系统功能的顺利实现。

2.自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用

如图1所示，为通风自动化控制技术的应用原理，其采用了分散监测、集中控制的理念，首先，设置若干个监测装置来实时测量煤矿中各处的风压、风量、瓦斯含量以及空气的温度等等，将这些信息经由铜芯电缆来回传到通风主站上，经过集中的管理。在通风主站将这些数据全部接收之后，就推算出煤矿风力分布情况，进而选择最佳的风量控制方案，之后再转化成控制指令，及时向不同的奋战控制系统进行反馈，例如经由变频装置来对通风机风量进行控制，进而实现通风自动化。在设计通风自动化系统的过程中，需要重视三个方面的功能模块，分别是传感器、通风系统以及中央控制系统。

图1 煤矿通风系统中自动化控制技术的应用原理图

(1)传感器系统

传感器系统是通风自动化管理系统的基础，通风自动化控制系统需要接收不同类型的信号，其中不仅有各种指令，也有监测数据。多路信号传输的方式一般可以分为两种，分别是时分制与频分制，其中前者是按照不同的时序来依次传输各类信号，而后者则是按照不同的频率来进行信号的收发。一般来说，由于频分制系统较为稳定，不容易出现故障，且电路安装较为简单，所以应用更为广泛。在频分制系统当中，其频率收发都是经由定型生产的在频期来完成的，经由特定专用线来进行信号传输，即可获取对应设备的具体数据。为了能更好地控制通风风量，就需要及时收集风压、风量、瓦斯浓度以及温度等数据，所以就需要在巷道当中布设各种传感器，例如用于测量风压的传感器是差压变送器，用于测定风速的是恒流式风速仪、热式风速仪等等，而探测井下瓦斯浓度和一氧化碳浓度的则一般是光干涉法、红外线吸收法等等，而温度的测量则是通过红外线辐射来实现的。图2为模糊控制系统结构原理图，图3为模糊控制风窗自动调节系统原理图。

图2 模糊控制系统结构原理图

图3 模糊控制风窗自动调节系统原理框图

(2)通风系统的设计

通风系统设计当中最为重要的就是调节风量，目前用于风量调节的方式大概有两种：其一是经由对风门或者叶片的角度来进行变化，从而实现对风量的控制，在这个过程中，需要在频率发送器的作用下，来转变风门或叶片的运动状态，进而控制风速；第二种则是直接控制通风机电机的转速来控制风量，其需要在设备上装设变频装置，进而实现对电机转速的控制。

与此同时，也可借助于定时器设备和爆破开关，这样就可以实现爆破之后即可进行自动通风。放眼国际领域，也有部分国家直接将检测元件用于对局部通风机转速控制上，这种操作方式是将作业设备运行过程中所产生的部分气体的浓度或产生的温度变化作为依据，来实现控制。虽然在该领域我国尚没有相应的技术储备和实际操作经验，但也可以作为一种新的思路。

(3)关于中央空调的设计

中央空调控制系统的核心设备可以采用微型计算机，其作为中央空调控制系统的核心优势非常明显，其具有较强的扩展性能，具有数量众多的接口，所以可以完成很多种操作任务，将其用于自动控制，有着更快的运行速度和控制精度，同时也可以对自动化控制的流程进行优化，适应了煤矿通风自动化控制系统的功能需求。中央控制系统的主要工作内容为收集监测站的数据并进行处理，从而对通风量进行动态化的调整和控制。与此同时，系统的监控功能和报警功能也是在中央控制系统的支持下完成的。中央控制系统具体的功能包括有：监控指令的收发、对监控信息的反馈、处理监控数据、监控设备的工作状态，如有需要，也应当进行报警处理或启动处理程序。

除此之外，系统还应当设置安全机制，例如明确地划分操作权限，对于部分不符合操作权限的情况，则拒绝进行操作，进而让系统本身的牢固性和可靠性都得到提升。并结合参数的上下限来确定报警条件，在报警内容发出之后，就需要技术人员及时排查系统故障，进一步提高系统的安全稳定性，避免频繁维修设备而导致额外支出。

3.总结

在前文分析中不难发现，通风系统对于煤矿开采工作而言意义重大，经由通风设备的作用，可以将地表的新鲜空气输送进来，并且输出矿井中的废弃，改善矿井生产环境的同时，也可以避免瓦斯爆炸事故。在煤矿通风工作当中，应用自动化技术，不仅可以让通风的安全性和稳定性得到保障，也可以经由设备控制技术的引入，来提高生产效率。