矿井局部通风管控系统研究与应用分析

2024-01-03吴小斌

机械工程与自动化 2023年6期

吴小斌

(山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿，山西太原 030024)

0 引言

矿井通风系统是煤矿安全生产的重要组成部分和重要保障,负责排除井下有毒有害气体的同时提供新鲜空气,在满足日常通风管理和维护的基础上,又能够实现灾变应急控风,抑制灾情演化,达到保障矿井安全生产的目的[1-3]。山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿23513掘进工作面通风系统存在联动调节能力弱、灾变判识技术不成熟、预防预警与应急控制手段落后、通风参数监测精确度不高等问题。本文结合官地煤矿23513掘进工作面通风问题和需求,设计了一套矿井局部通风管控系统,达到了提升官地煤矿通风系统智能化管理水平的目的。

1 总体方案设计

根据官地煤矿23513掘进工作面通风系统实际运行情况,矿井局部通风管控系统设计要求为:①实现掘进工作面主局部通风机与备用局部通风机间的自动切换,即由主局部通风机运行切换至备用通风机运行,实现主通风机断电或故障时的应急控制;②实现地面调度室人机界面直接控制局部通风机运行和倒机试验,即实现局部通风机的远程控制;③对掘进工作面通风参数、环境参数进行实时监测,超出阈值后触发预警报警机制;④实现局部通风系统的联动调节,即可自动调节风门以及风扇;⑤实现传感器参数、报警信号的实时获取,即在局部通风机监控分站、地面监控系统中可实时显示和读取传感器参数、报警信号;⑥实现局部通风数据、运行状态数据的自动记录,达到可回溯、可复现的目的。矿井局部通风管控系统总体设计框图如图1所示,布置于局部通风机监控分站内的控制器控制主、备用局部通风机切换和应急控制;在地面调度室布置显示终端,通过千兆工业以太网实现通风系统数据传送;布置的通风设施有自动风门、自动风窗,监测的通风参数有风速、风压;监测的环境参数有甲烷、粉尘、烟雾、CO、CO2和振动等。

图1 矿井局部通风管控系统总体设计框图

2 关键技术研究

2.1 变频调速技术

在满足掘进工作面甲烷、CO、CO2、粉尘浓度的前提下,变频调节风机转速,达到降噪、改善巷道环境和节能的目的,变频调速原理如图2所示。根据总体设计要求设计通风变频调速模糊控制规则并写入控制器。根据掘进工作面巷道甲烷、风速的监测值,选择控制模式[4,5]。通过模糊推理决策、模糊判断得到变频器输出频率,完成对局部风机的变频控制。

图2 矿井局部通风管控系统变频调速原理

2.2 参数监测技术

优化掘进工作面巷道内传感器布局,用最少的传感器实现巷道无盲区监测。通过PLC周期性地采集风速、风压、温度、CO、CO2、粉尘和振动等传感器参数,在PLC控制器内部对传感器数据进行A/D转换并与预设的阈值进行比较。当采集到的传感器参数超出阈值时触发预警报警机制,在局部通风机监控分站和地面监控系统中进行声光语音报警提醒。当采集到的传感器参数在阈值预设范围之内时,实时绘制数据曲线并保存历史数据曲线,方便回溯和复现。矿井局部通风管控系统参数监测原理如图3所示。

图3 矿井局部通风管控系统参数监测原理

2.3 风门/风窗联动技术

局部通风机监测分站中的控制器可通过分线装置实时获取风门系统的防夹传感器、漏风传感器、关到位传感器数据以及摄像仪视频流,经控制器分析决策后下发控制指令至分线装置,实现风门就地启动/关闭或远程启动/关闭、触发声光语音报警以及闭锁联动功能[6,7]。风门联动原理如图4所示,风窗联动技术与风门联动技术类似。

图4 矿井局部通风管控系统风门联动原理

2.4 预警应急技术

设计局部通风管控系统异常诊断程序,在单控制器运行周期内完成传感器数据异常、变频器故障的诊断、定位、预警以及原因分析。根据掘进工作面巷道内风、烟流运移特征数据对灾情态势进行预判,实现矿井火灾、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾变的判断并建立灾情演化-人员逃生控制预案库,同时以声音、短信、图形等方式实现灾变预警,做到能够即时响应、即时判断和即时预报。