矿用局部通风机远程监控系统应用分析

殷 浩

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司， 山西 大同 037031）

1 5114 巷概述

晋能控股煤业集团白洞矿业公司5114 巷位于301 盘区南部左翼的最北部。工作面东部为井田边界，西部为盘区的皮带、材料、回风巷，南部为实煤区，北部为301 盘区东部的皮带、轨道及回风巷。

5114 巷设计长度为1 316 m，巷道为矩形断面，断面规格为宽×高=4.5 m×3.7 m，巷道掘进煤层为石炭系5 号层，301 盘区南部煤层基本呈一单斜构造，本工作面前800 m 煤层走向近于E-W，倾向近于N，倾角约为3°，以后走向变为北西、南东向，倾向北东，倾角变大到150°。工作面范围内煤层情况见表1 所示。

表1 工作面范围内煤层情况

5114 巷采用综合机械化掘进工艺，采用EBZ260 型掘进机掘进，采用SSJ-800 型带式输送机运煤，巷道掘进期间在距巷口20 m 新鲜风流处安装两台FBD 型局部通风机，风机功率为55 kW，供风量为394 m3/min，风机通过直径为1.0 m 柔性风筒将新鲜风流引入工作面；局部通风机采用双回路供电方式，风机配套设备主要包括400 A 联锁开关、联锁断电器、风筒传感器等。

由于在巷道掘进过程中风机运行周期长、安全管理维护不到位等，导致风机在运行过程中经常出现故障，主要表现在风流中粉尘浓度高，增加了新鲜风流中粉尘浓度，风机电机温度高，主风机故障后无法及时切换风机等。对此，白洞矿通过研究决定对井下局部通风机安装一套远程故障监控系统[1-2]。

2 风机远程故障监测系统结构

1）局部通风机远程监控系统主要由地面控制系统、网络系统、PLC 控制器、泡沫抑尘系统、故障监测系统以及降温装置等组成，如图1 所示。

图1 矿用局部通风机远程故障监控系统结构示意图

2）地面控制系统主要包括上位机系统、显示器、信号接口等部分组成，控制系统主要对井下集控系统数据收集，具有打印报表、实时监控等功能。

3）PLC 控制器是整个系统控制核心，控制器分别与联锁开关、故障监测系统连接，主要用于数据收集、信号处理以及指令发送等动作。

4）故障检测系统主要由各类传感器组成，主要包括粉尘浓度传感器、切换故障传感器、温度传感器等部分组成；粉尘浓度传感器安装在风机吸风口前方5.0 m 处，设定的粉尘质量浓度动作保护值为15 mg/m3，切换故障传感器与原风机切换装置连接；温度传感器设定温度动作值为80 ℃，安装在风机电机与机罩之间。

5）泡沫抑尘系统主要由电控液阀、泡沫生产器、旋转喷头等部分组成，电控液阀分别与联锁开关以及泡沫生产器连接，通过联锁开关控制可实现电控液压开关动作。

6）降温装置主要安装在电机护罩壁上，通常采用风冷方式进行降温，该降温装置主要由5 kW 驱动电机、供风管路等部分组成，降温装置与联锁开关连接。

3 风机远程故障监测系统工作原理

3.1 风机降温原理

1）局部通风机在运行过程中，当风机电机温度达80 ℃时通过温度传感器监测后，及时将收集的温度数据上传至PLC 控制器内，控制器接收信号后对降温器传送“开启”指令，以及对局部通风机400 A联锁开关传送“切换”指令。

2）降温器开启后及时对主风机电机进行降温，同时局部通风机400 A 联锁开关通过风机切换作用，对主副风机进行切换，保证工作面正常供风。

3）当主风机电机降温至40 ℃以下时，温度传感器再次将信号传送至PLC 控制器内，控制器及时对降温器发送“关闭”指令，降温器接收指令后停止对风机电机风冷降温处理；同时同联锁开关控制作用主副风机自动切换。

3.2 泡沫降尘工作原理

1）风机在运行过程中，当风机前方粉尘浓度传感器检测到新鲜风流中粉尘质量浓度达15 mg/m3时，粉尘浓度传感器将收集数据及时上传至PLC 控制器内，控制器接收信号后通过联锁开关对泡沫抑尘系统中的电控液阀进行供电，电控液阀供电后及时对泡沫生产器内高压供水。

2）泡沫生产器内添加发泡剂、稳泡剂，在高压水流作用下产生高浓度的泡沫颗粒，并在风压作用下将泡沫通过分配器、高压旋转喷头喷出，从而对新鲜风流进行降尘作用。

3）当进风流中的粉尘质量浓度低于10 mg/m3时，粉尘浓度传感器再次将数据信号传送至PLC 控制器内，控制器接收信号后对数据进行处理分析，并对泡沫除尘系统中的联锁开关发送“关闭”信号，联锁开关接收信号后对电控液阀进行断电动作，泡沫抑尘装置停止工作。

3.3 切换故障工作原理

传统局部主副风机之间存在自动切换功能，即当主风机停止供风后通过自动切换功能自动打开副风机继续供风；但是当主风机电机出现故障但处于非正常供风状态，风机无法正常自动切换，从而导致采掘工作面出现供风不足现象，而通风机远程监控系统中，切换故障传感器安装在主风机上，主要对主风机故障进行监测，一旦发现主风机出现故障但仍处于供风状态下，故障传感器将故障信号发送至PLC 控制器，控制器通过联锁控制作用强制关闭主风机电源，实现主副风机自动切换。

3.4 地面控制系统工作原理

PLC 控制器对各类数据处理后将数据信号转换为电信号，并通过电缆传送至井底车场网络交换站内，井底网络交换站与井口网络交换站之间通过工业以太网进行信号传递，并实时上传至地面上位机系统内，并采用专用组态软件将各类信号进行成像处理，并通过显示器进行显示，便于操作人员远程对集控系统运行状况、故障情况等进行实时监测[3-5]。

4 结论

对白洞矿5104 巷局部通风机安装一套远程故障监测系统后，通过3 个月实际应用，取得了显著应用成效：

1）该系统自动化水平高，监测动作灵敏可靠，实现了风机实时无人值守监控，提高了监控效率，降低了人工监控室劳动作业强度。

2）该系统能够对风机电机温度、进风流粉尘浓度以及切换故障进行监测，并及时作出动作保护指令，大大降低了局部通风机故障率，保证了风机安全高效运输。

3）5104 巷局部通风机安装该套监控系统后，巷道在后期掘进过程中进风流平均粉尘质量浓度控制在8 mg/m3以下，提高了供风风流质量；未出现一起因主风机电机高温导致的电机烧毁等事故，保证了局部通风故障快速切换，取得了显著的应用成效。