矿用局部通风机可视化监控系统应用分析

阮梦洁

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司，山西 大同 037031）

引言

局部通风机是煤矿重要通风设备，巷道掘进过程中通过局部通风机对巷道迎头进行供风，从而排除工作面有害气体以及粉尘，以及提供新鲜风流，矿用局部通风机对巷道掘进安全起着重要作用；所以为了保证局部通风安全稳定运行，避免出现故障现象，在局部通风机上安装一套监控系统，对风机运行工况进行检查，但是传统的监控系统无法对井下状况进行监控，同时局部通风机出现异常时无法及时发出警报，造成预警系统延误现象，很容易出现煤矿重大安全事故。

1 白洞矿局部通风机应用情况

晋能控股煤业集团白洞矿业公司井下目前回采301 盘区5 号煤层，该盘区共计布置1 个综采工作面，2 个掘进工作面，掘进巷道掘进过程中主要采用FBD 型局部通风机进行供风，风机功率为55 kW，风筒直径为1.0 m，供风量为395 m3/min 局部通风机配套设施主要由400 A 风机开关一台、两台专用变压器（660 V）、风机在线监测系统以及附属电缆等[1-2]；传统风机在线监测系统主要分为监测基站、风筒传感器、气体传感器等部分组成；传统在线监控系统主要对风机运行情况以及工作面气体浓度进行检测；但是该系统监测范围有限，当局部通风机内部出现故障如电机发热、电机抖动无法实时画面监测，同时无法调节局部通风机供风风量及风压；监控系统自动化水平低、无法对局部通风全方位进行监测，制约着工作面安全高效掘进；对此，白洞矿通过技术研究，对原井下局部通风机监控系统进行优化改进，安装了一套可视化局部通风机在线监控系统。

2 风机可视化监控系统结构原理

2.1 可视化监控系统结构

矿用局部通风机可视化监控系统主要由可视监控装置、在线数据监控装置、报警装置以及监视器四大部分组成，如图1 所示。

图1 局部通风机可视化监控系统安装示意图

1）可视监控装置：该装置主要由摄像头、存储器、无线信号接收发器等部分组成，摄像头主要安装在局部通风内部电机与风机壳之间，主要检测电机运行情况；存储器主要对摄像头监测画面数据上传储存，内存为300 G，存储时间为7 d；无线信号接收发器主要对收集数据无线传输至远程监控系统内。

2）在线数据监控装置：在线监控装置主要分为内部和外部监控装置，内部监控装置主要安装通风管道壁上，成环形结构，主要由风速传感器、风量传感器以及风压传感器等部分组成；外部监控装置通过螺栓安装在管道外壁上，该装置主要由甲烷传感器、一氧化碳传感器等部分组成。在线监测装置内安装无线数据接收模块，主要由于数据接收以及传送等[3]。

3）监视器：监视器由中控屏、操控平台组成，中控屏主要对摄像头采集的画面以及传感器接收的数据进行显示，便于操作人员参阅；操控平台主要便于操作人员对监控装置参数设定以及数据记录查询等。

4）报警装置：报警装置分别与可视化监控装置以及在线数据监控装置连接，报警装置一旦监测到局部通风机出现异常时，地面监控系统以及井下监控系统发出警报。

2.2 可视化监控系统工作原理

1）可视化监控系统在应用过程中首先将可视化监控装置、数据监控装置、报警装置分别安装在风机电机以及通风管道处，将监视器通过数据电缆与地面监控中心监视器连接。

2）正常运行过程中通过监控装置中的摄像头对风机运行情况进行监控，操作人员根据监控的画面判断风机运行状况，由于井下光线昏暗，为了提高监控画面质量，摄像头自带调节照明灯，根据摄像地面光线情况，自动调节照明灯亮度。

3）通过在线监测装置可实时监测局部通风供风情况，如供风风量、风速、风压等，以及通风区域内甲烷、一氧化碳等气体浓度情况，一旦局部通风机发生异常时，监测系统中报警装置可及时发出警报。

3 实际应用效果分析及系统优点

3.1 应用效果分析

截至2021 年7 月通过4 个月实际应用并与2204 巷进行对比分析发现，2204 巷在掘进过程中共计发生3 起通风机故障，1 起为风机电机轴承断裂故障，2 起为风量过大导致风筒撕裂故障，传统监控系统未达到有效监控的作用并未及时发出警报，导致故障17 min 后才安排工作面撤人，造成工作面内瓦斯浓度高达2.1%；而5201 巷在后期掘进过程中发生两起故障，一起为风机切换失效，另一起为风机电机温度高，两起故障发生后2 min 内，可视化监控系统及时将故障源反馈至地面，并发出警报，10 min内检修人员及时到达现场并处理故障，保证工作面正常通风，工作面内未出现因风机故障出现瓦斯超限现象。

3.2 监控系统优点

1）提高自动化水平：局部通风机可视化监控系统通过可视化监控装置实时将局部通风机运行工况以视频画面的形式上传地面控制时内，便于操作人员直观地分析风机内部结构故障情况，从而提高了检修效率；同时利用在线数据监控装置实时将局部通风机运行参数、风量、风压以及有害气体浓度等上传至地面，大大提高了局部通风机监控自动化水平，实现了对局部通风机的全面监控的目的。

2）提高风机监控效果：可视化监控系统通过可视化监控装置提供局部通风运行视频画面，通过数据监控装置提供风机运行参数，通过报警装置对风机故障实时报警，从而大大提高了局部通风机监控效果，降低了因风机故障导致工作面有害气体超限现象。

3）报警动作灵敏：该系统中安装了多个报警装置，主要对风机故障、瓦斯等有害气体超限等进行报警，可及时提醒工作面检修人员及时排除故障，解决了因巷道延伸长，风机出现故障后不能及时告知作业人员、作业人员不能及时撤出工作面等技术难题。

4 结论

1）可视化监控系统可准确地对井下局部通风实时运行参数进行采集，对风机运行过程中发生故障及时警报，并对故障信号间收集、分析、处理以及上传等。

2）可视化在线监控系统功能齐全、保护动作灵敏可靠且各项监控性能安全稳定，与传统监控自动相比自动化水平高，大大提高了风机监控效果，实现了对局部通风机全方位、多项目监控，降低了风机故障率。

3）局部通风机安装可视化监控系统后，为局部通风机检修维护、配件更换以及润滑紧固等作业提供了有力得数据依据，从而大大提高了局部通风机维护效率及检修质量。