矿用通风机风压监测控制系统研究

2022-09-23亢佳乐

机械管理开发 2022年9期

亢佳乐

（霍州煤电吕临能化公司庞庞塔煤矿，山西吕梁 033200）

引言

矿用通风机被称为“矿井之肺”，用于向井下持续供应新鲜空气，排出废气，其运行的稳定性和可靠性直接决定了井下综采作业的安全性。矿井通风系统在工作时，需要根据井下的风速、风压情况及时调整通风状态，满足灵活、安全的通风需求。由于井下巷道走向复杂，在实际生产中经常出现风速、风压无法满足井下通风需求，导致瓦斯浓度升高等，严重威胁了井下生产的安全性。目前井下的风速、风压采集装置反馈滞后性大，风压、风速受井下气流影响偏差大，难以满足井下通风安全性的需求。

结合井下通风实际情况及智能化通风控制需求，本文提出了一种新的矿井通风机风压监测控制系统，采用了全新的风速、风压测量装置，实现了不同工况下对风速、风压的灵活测量。根据实际应用表明，该系统的测量效率比传统测量方案提升了79.1%，将风压的监测精度提升到97.5%，为提升矿井通风可靠性和灵活性奠定了基础。

1 矿井通风机风压监测系统

矿井通风系统的核心是保证井下空气中有毒有害气体含量在安全值之下，为井下综采作业人员提供维持生命所必须的空气。由于井下综采作业过程中瓦斯含量、粉尘浓度、一氧化碳浓度等不断变化，因此需要根据井下巷道内的空气状态不断调整通风机的运行情况，保证井下的通风安全。通风系统调整的基础在于对井下气流和环境状态的监测。本文所提出的矿井通风机风压监测系统采用了闭环反馈调节截割，主要包括风压监测装置、PLC控制中心、变频通风机等，整体结构如图1所示[1-2]。

由图1可知，该系统中首先由风压监测装置获取井下巷道内通风参数，剪切传输给控制中心，控制中心通过对风压及井下气体状态的监测，判断井下风量、风压是否满足井下通风安全的需求，若需要调整则发出调整信号给变频风机，控制风机的运行转速和功率，实现对井下矿井通风状态的智能判断。

图1 通风机风压监测系统结构示意图

为了提高通风可靠性，系统采用了变频风机，能够快速、灵活地调整通风系统的转速。变频风机采用了双风机布置结构，一用一备，两个风机之间采用了共同的数据存储及控制系统[3]，能够实现无缝切换，提高了通风系统的使用可靠性。所配备的连锁开关的工作电流设置为200 A，用于连接控制中心及风机，根据控制中心的指令来控制风机的运行、停止。PLC控制中心用于接收风压检测装置的数据信息，对整个系统信息进行分析后确定风机的调整量，发出控制信号给变频风机，实现系统的闭环调整。

2 风压监测装置

风压监测装置是该系统的核心，其监测的准确性直接决定了系统能否正常工作及对通风系统调节的可靠性。结合井下实际地质条件和通风需求，本文提出了一种新的通风机风压监测装置，主要由压力传感器、风速传感器、弹簧组件、金属套管等构成，设置在距离出风口约60 m的位置[4]，其整体结构如下页图2所示。

图2 风压监测装置结构示意图

该风压监测装置同时具有风速监测、风压监测及远程控制三部分功能[5]。当系统启动后，风速监测仪在巷道内的气流的作用下进行转动，数据处理器根据转动的频率计算出单位时间内的风速，然后将风速数据以电流信号的方式通过通信系统传递给PLC控制中心，控制中心将系统风速和通风需求情况进行对比，当大于或者小于通风需求时，自动对变频风机的运行进行调整，保证井下的通风安全性。

当井下气流流过风压监测装置时，对弹簧组件形成一个压力，使弹簧组件受压收缩，使风压传感器上形成一个受压面，根据受压面所受压力的大小即可测算出风流的压力[6]，然后经过信号转换以电流信号的形式传递给PLC控制中心。当风压和设定值之间出现变化时，系统自动调整风机的运行状态，调整运行频率，实现风机运行过程中的恒压通风。

由于不同情况下的矿井通风需要不一致，因此要求该风压检测装置能够灵活调整风速和风压的阈值，满足数据自动传输和分析的需求，因此该风压检测装置上设置了远程控制和故障监测模块[7-8]，能够对风压检测装置的工作过程及运行状态进行实时监测。

该风压监测装置的优点在于将风速和风压监测集于一体，能够通过物理监测的方案实现对风速、风压的快速检测和信息传递，同时能够进行数据的集成和调整，实现了全程无人工干预监测，动作灵敏性高，使用可靠性高。

3 井下应用情况

针对原通风系统的不足，目前多个煤矿已经对通风机风压监测装置进行了优化，对优化前后的应用情况进行了统计，结果如图3所示。

图3 风压监测结果

由实际监测结果可知，在运行过程中井下巷道内的风压设定标准值为4 MPa，在运行过程中受各类因素影响风压呈不断波动的趋势，在该风机风压监测控制系统的作用下，能够实现对风压的动态调整。当出现风压波动后的调节时间约为1.4 min，比优化前的6.7 min降低了79.1%。在调整过程中风压的平均稳定值为3.9 MPa，和设定值的偏差量约为0.1 MPa，为设定值的97.5%，显著提升了煤矿井下通风系统调节的精度和可靠性，目前该系统已经在多个煤矿投入使用，取得了极好的应用效果。