煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用研究

孫灝

摘 要：在煤礦生產(chǎn)過程中通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用是排出有害氣體，持續(xù)注入新鮮空氣，以保證煤礦生產(chǎn)的環(huán)境安全。傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)采用人工維護(hù)的方式，不僅浪費(fèi)人力資源，而且無法保證系統(tǒng)的運(yùn)行效果。而在通風(fēng)系統(tǒng)管理中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自我維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控，最大程度上保證通風(fēng)系統(tǒng)的安全性，節(jié)約維護(hù)成本，提高管理效果及管理效率。文章主要針對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：煤礦生產(chǎn)；通風(fēng)系統(tǒng)；自動(dòng)化控制技術(shù)

1 影響煤礦通風(fēng)安全的主要因素

具體而言，影響煤礦生產(chǎn)通風(fēng)安全的主要因素包括自然因素、人為因素、設(shè)備因素等。其中自然因素是由于煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開采深度越深，環(huán)境因素對煤礦生產(chǎn)的影響就越大，比如瓦斯涌出量不斷加大，增加了瓦斯爆炸事故的發(fā)生機(jī)率，煤層發(fā)生自然火災(zāi)、粉塵爆炸的機(jī)率也會(huì)隨之增加等。其次，人為因素。煤礦企業(yè)井下生產(chǎn)員工的綜合素質(zhì)普遍較低，其不僅安全意識(shí)差，而且對煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)知識(shí)了解也少，生產(chǎn)過程中存在違章作業(yè)、不規(guī)范作業(yè)等現(xiàn)象，無形中也增加了煤礦事故發(fā)生的機(jī)率。最后，設(shè)備因素。一些煤礦井下防塵設(shè)備設(shè)置不夠完善，煤塵堆積、飛揚(yáng)會(huì)導(dǎo)致粉塵爆炸，且礦井監(jiān)控系統(tǒng)有待升級，各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得不到保證，也會(huì)影響煤礦的通風(fēng)安全管理。

2 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的功能要求

針對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)管理中影響其管理效果的主要因素，應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。自動(dòng)化控制技術(shù)可以通過友好的人機(jī)界面及傳感器實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、風(fēng)壓、風(fēng)量、有毒氣體含量等等，綜合上述數(shù)據(jù)對通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況做出準(zhǔn)確評價(jià)。（2）繪制趨勢曲線。用圖形曲線的方式對系統(tǒng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理，將其繪制成歷史曲線、實(shí)時(shí)曲線，直觀的展示出通風(fēng)系統(tǒng)子系統(tǒng)、各部件的工作狀況，工作人員通過分析趨勢曲線即可準(zhǔn)確掌握通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以及時(shí)排除故障。（3）故障檢測及排除。通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，由于通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置有對應(yīng)的參數(shù)上下限，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)超出限定值，自動(dòng)控制系統(tǒng)即可針對故障類型發(fā)送報(bào)警信號，并及時(shí)關(guān)閉故障風(fēng)機(jī)電源，自動(dòng)增加其他風(fēng)機(jī)風(fēng)量或啟動(dòng)備用風(fēng)機(jī)做出及時(shí)的故障處理，并且自動(dòng)控制系統(tǒng)可記錄故障參數(shù)，為后續(xù)故障分析提供依據(jù)。（4）安全管理機(jī)制。通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)置明確的權(quán)限分級，不同的管理人員具備對應(yīng)的管理權(quán)限，最大程度上保證系統(tǒng)的牢固性、可靠性。（5）數(shù)據(jù)報(bào)表查詢及打印功能。根據(jù)用戶需求自動(dòng)控制系統(tǒng)可以查詢、打印各類報(bào)表，以為用戶提供系統(tǒng)性能分析依據(jù)。

3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的具體應(yīng)用

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，應(yīng)用自動(dòng)化控制技術(shù)要遵循“集中控制、分散檢測”的原則，其工作過程如下：在煤礦井下對應(yīng)位置設(shè)置監(jiān)控分站，通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測各分站的工作狀態(tài)，再通過電纜將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送至煤礦通風(fēng)主站，由主站根據(jù)各部位的風(fēng)力狀況進(jìn)行分析，得出風(fēng)量控制的最佳方案，再由中央控制模塊將風(fēng)量控制方案轉(zhuǎn)換成控制指令，通過變頻裝置實(shí)現(xiàn)通風(fēng)風(fēng)量的控制，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示。由此可見通風(fēng)自動(dòng)控制系統(tǒng)組成主要包括以下三個(gè)模塊：

3.1 傳感器系統(tǒng)

傳感器系統(tǒng)包括信號發(fā)生器、檢測元件兩大部分。信號發(fā)生器的主要作用是傳輸、接受不同的信號，通常采用頻分制與時(shí)分制兩種信號傳輸方式來實(shí)現(xiàn)。時(shí)分制是按照時(shí)序依次傳送各路信號，頻分制則根據(jù)不同的頻率發(fā)送、接收各路信號。相比之下，頻分制電路簡單、故障率低，故應(yīng)用更加廣泛，其主要通過定型生產(chǎn)的載頻器實(shí)現(xiàn)頻率的發(fā)送與接受。檢測元件的主要作用是對礦井現(xiàn)場工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，主要通過各巷道中設(shè)置的傳感器來實(shí)現(xiàn)。其主要測量指標(biāo)包括風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度、有毒氣體濃度，風(fēng)速檢測元件可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的遙測，常用的風(fēng)速檢測元件包括熱式風(fēng)速儀、恒流式風(fēng)速儀、恒溫風(fēng)速儀等；采用差壓變送器可實(shí)現(xiàn)風(fēng)壓的遙測，采用熱敏元件或紅外線輻射技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)溫度的檢測，采用紅外線吸收、光干涉、定電位電解法等可實(shí)現(xiàn)有毒氣體濃度的檢測等。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)的主要作用就是調(diào)節(jié)風(fēng)量，實(shí)際應(yīng)用過程中其主要通過改變百葉窗角度及風(fēng)門達(dá)到控制風(fēng)量的管理目標(biāo)。通過頻率發(fā)送器檢測通風(fēng)系統(tǒng)中百葉窗葉片及風(fēng)門的運(yùn)行狀態(tài)，將對應(yīng)信號發(fā)送到中央控制臺(tái)，中央控制臺(tái)接收到信號后改變轉(zhuǎn)動(dòng)葉片或風(fēng)門的運(yùn)行角度或運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的控制。除此之外，還可以通過改變通風(fēng)機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量，在實(shí)際應(yīng)用中在通風(fēng)機(jī)電機(jī)系統(tǒng)中安裝一個(gè)變頻裝置，通過變頻裝置來改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，還可在通風(fēng)機(jī)上設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)風(fēng)量的定時(shí)控制等。

3.3 中央控制系統(tǒng)

中央控制系統(tǒng)的主要作用是對各監(jiān)控站進(jìn)行控制，處理各監(jiān)控站發(fā)送的監(jiān)控信息，根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)修改系統(tǒng)控制指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對應(yīng)動(dòng)作，并對通風(fēng)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及時(shí)處理各類異常情況等。中央控制系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為核心，其接口多，擴(kuò)展能力強(qiáng)，并且運(yùn)算速度快、精密度高，可更好地優(yōu)化整個(gè)自動(dòng)控制過程。

4 結(jié)束語

總之，作為一個(gè)煤炭生產(chǎn)大國，煤礦安全生產(chǎn)會(huì)對我國煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生直接影響。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中具有重要作用，其不僅保證了煤礦的生產(chǎn)效率及效益，而且最大程度上保證了礦井工人的生命安全。隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，其中煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用提高了煤礦的通風(fēng)質(zhì)量，降低了生產(chǎn)事故的發(fā)生率，且其操作簡便、成本低，在提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全性的同時(shí)為其帶來了更多的經(jīng)濟(jì)效益。

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