煤礦多點移動式測風裝置的關鍵技術研究

何小龍

(潞安集團 余吾煤業有限責任公司,山西 長治 046100)

煤礦多點移動式測風裝置的關鍵技術研究

何小龍

(潞安集團 余吾煤業有限責任公司,山西 長治 046100)

為降低礦山人工測風的工作量,提高風量測試的準確率,引進以電動機為動力、絲桿為傳動裝置的多點移動式測風裝置,著重分析該裝置工作原理,改進風量測試位置和測試時間,編程控制風速傳感器在水平和垂直方向的精確運動。通過多點移動、精確定位技術對礦井風量進行精確計算,優化礦井測風技術,提高礦山生產效率以及機械化程度。在某礦進行現場試驗,結果表明:多點移動式測風與人工測風相比準確率為95%以上。

礦井通風;風量測定;多點移動

近年來,隨著采礦技術的發展,原有的礦井通風系統已無法滿足礦山生產能力的需求,現有測風方法對礦井風量數據掌握不夠全面,精確度較差。本文介紹礦山測風工作原理,設計開發了多點式測風裝置,于測風平面多點測量,提高測風工作效率,有利于礦山的數字化發展。

1 當前測風方法存在的問題

目前礦山常用的人工測風方法仍是沿用傳統的“曲線”測風法、“四線”測風法和“十二點”測風法。但這些方法均要求測量過程中風表的不斷移動、傾斜,以及在巷道斷面不同的風速層次上移動風表時間的不均勻性,影響風速測量的精度;測量過程中需對單個測風點進行多次測量校驗,工作量較大,工作效率較低。

礦山常用固定點測風方式為通過將風速傳感器置于工作面某一位置,測試該點風速。此種方式雖然一定程度上減少了測量強度,但是受限于測量位置的選定,選定位置的不同直接影響風速測量的精確度。劉楚等提出通過測量井巷中心點最大風速來計算平均風速[1],王翰鋒等提出對井巷平均風速點進行定點測量[2-3],鹿廣利等提出對任意風速測量點進行校正,求得平均風速[4-6],暨朝頌等認為由于風的流動性,風速分布是不均勻的,通過單“點”測速并不能代表測風斷面的風量[7-8],余躍進等認為巷道斷面粗糙度,巷道半徑等因素皆會影響巷道風速的計算,目前對其校準也無統一標準,容易造成極大地誤差[9-10]。

2 多點移動式測風裝置

引進的多點移動式測風裝置通過編程設定測量軌跡和測量時間,對提前安放的風速傳感器進行遠程控制,采集相關數據并傳至控制中心,控制中心對存儲的風速數據求取平均值,從而實現用風地點的風量分配,提高礦山生產效率。

多點移動式測風裝置主要由感應裝置、動力裝置、傳動裝置以及其他裝置組成。感應裝置主要是風速傳感器,安裝于測風桿端頭,能夠實時監測測風平面,將相關數據及時傳輸至控制中心;動力裝置是電動機,電動機數量根據測量任務而定,其功能是為風速傳感器的水平和垂直運動提供動力;傳動裝置的關鍵部件有水平和豎直絲桿,絲桿能夠將電動機的旋轉運動轉化為風速傳感器的直線運動。絲桿處于工作狀態時,螺母與絲桿軌道產生相對運動,帶動相連部件的運動,水平絲桿左端電動機帶動絲桿旋轉,豎直絲桿的旋轉動力來自于上端電動機。多點移動式測風裝置采用滾珠絲桿,精度比較高,誤差小,降低了因測風誤差產生的不利影響。測風桿、水平軌道車、水平導軌均為其他裝置的部件,水平軌道車的功能是帶動豎直絲桿向左或向右做直線運動,豎直絲桿的旋轉會帶動測風桿向上或向下做直線運動。

3 精確定位關鍵技術原理

3.1精確定位技術

精確定位技術是保證礦山合理分配風量的關鍵技術。設計開發的多點移動式測風裝置使用了多圈絕對值旋轉編碼器,使測風裝置能夠精確定位。旋轉編碼器通過光電轉化將輸出軸的相關數據轉化為數字,傳輸至控制中心,以此判別測風裝置所處位置。多點式測風裝置工作時,輸出軸的角位移、角速度等機械量轉換成相應的電脈沖數字量,絕對值編碼器將所有的數字量以二進制代碼輸出,此種方式解決了以往人工測風時重復記憶的問題。而且,由于編碼器具有極強的記憶功能,當測風裝置處于停電或停機狀態時,不必對原有數據重新測量,仍可準確讀出停電或關機位置代碼。編碼器的靈敏度較高,在測風裝置剛啟動時便可記錄當前位置的相關數據。提高了測風裝置的可靠性與實時性,以及處于復雜環境中的抗干擾能力。為了防止運動機構在超負載時對裝置的破壞,多點移動式測風裝置安裝了接近開關,當運動機構與開關位置達到閾值時,接近開關對控制中心發出信號,停止運行。

3.2遠程精確控制技術

為直觀、形象體現多點移動式測風裝置遠程控制技術工作原理,對測風平面網格化,建立直角坐標系,利用理論公式對測風位置精確計算,實現多點移動平均風速的測量。

3.2.1坐標系建立

手動模式下設置x,y方向。在水平導軌中點處安裝了1個接近開關,推動水平軌道車至接近開關處,此處記錄為水平0點,絕對值旋轉編碼器記錄為N0X,0點左、右側為負、正值。在水平軌道車下方布置了1個行程開關,運動水平測風桿至行程開關,標定為y方向,此處旋轉編碼器返回值記為Ny1。則豎直絲桿中點處高度為0,行程開關與下水平導軌處高度分別為h/2,-h/2。

3.2.2測風裝置位置精確計算

x方向位置計算:根據x方向旋轉編碼器返回值確定測風裝置的水平坐標,設x方向旋轉編碼器返回值為nx,則:

x=kx(nx-nx0)/1 024 .

(1)

式中:x為測風裝置水平方向的坐標,m;kx為水平絲杠的螺距,m;nx為水平旋轉編碼器返回值;nx0為水平旋轉編碼器坐標0點標定值。

y方向位置計算:計算方法與x方向位置計算原理相同。設y方向旋轉編碼器返回值為ny,則:

.

(2)

式中:y為測風裝置豎直方向的坐標,m;ky為豎直絲杠的螺距,m;ny為豎直旋轉編碼器返回值;ny1為豎直旋轉編碼器最高點標定值。

3.3多點移動平均風速計算

1)單點測風流程。一個標準的單點流程如下:開啟測風裝置前確定目標測風位置以及當前測風裝置位置,判斷兩位置間的距離,啟動電動機,使測風裝置向目標測風位置移動,到達目標位置后讀取風速傳感器數據,若兩位置距離足夠小,則不用移動測風裝置便可直接讀數。

2)多點測風運動軌跡。對預先設定的運動軌跡進行編程,控制中心遠程控制測風裝置按照軌跡運動,測風速然后求取平均風速。平均風速測量裝置默認9點測風運動軌跡見圖1,圖中建立直角坐標系,外部4條黑色粗線矩形框表示測風通道框架其高度為h;內部的2條粗豎線代表左右邊界,兩邊界之間的距離為w;測風裝置運動極限位置距離左右邊界和頂底板之間的距離分別為a,b。控制中心啟動測風命令,測風裝置根據坐標和運動軌跡分別對9點進行測風,同時將數據上傳至控制中心,進而求得平均風速。

圖1 多點測風運動軌跡圖Fig.1 Trajectory map of multi-point mobile wind measurement

4 工程應用

將多點移動式測風裝置應用于某礦測風平面,在正常運行條件下與人工測風進行多次對比試驗,風量在線監測與人工實測結果對比如表1所示。

表1 多點移動式測風方式與人工實測結果對比Table 1 Comparison between multi-point mobile wind measurement and manual measurement

由表1可見,兩種測風方式準確度較高,均在95%以上。所以,多點移動式測風方式與人工測風方式結果相近。

5 結論

1)多點移動式平均風量測量裝置,通過編程遠程控制風量測試,彌補了固定點測量風速的不足,實現了礦山機械的自動化與智能化。

2)多點移動式平均風量測量裝置,由電動機作為動力,絲桿作為傳動裝置,提高了測量風速的準確度,使礦山測風平面能夠及時有效的將風量數據傳輸至控制中心,提高了風速測量效率。

3)多點移動式平均風量測量裝置,在精確度相近的情況下降低了人工測風強度,為井下工人的工作提供了安全保障。

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KeyTechnologyofMulti-pointMobileWindMeasurementDeviceinMines

HEXiaolong

(YuwuMiningCo.,Ltd.,Lu’anGroup,Changzhi046100,China)

To reduce the workload of manual measurement and improve the accuracy of wind volume measurement,a multi-point mobile measurement device was introduced with electromotor as the power part and lead screw as the transmission part.The paper focuses on its working principle to improve the measurement position and time.We program to control the precise movement of the sensors of the wind speed at the horizontal and vertical directions.The accurate calculation with the multi-point movement and accurate positioning technology could optimize the wind measurement and increase the working efficiency and mechanization level.The field test shows that the multi-point mobile measurement is 95% more accurate than the manual measurement.

mine ventilation; ventilation measurement; multi-point mobile measurement

1672-5050(2017)04-0057-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.017

2017-07-12

何小龍(1984-),男,山西代縣人,大學本科,助理工程師,從事煤礦通風與安全管理工作。

TD723

A

(編輯:薄小玲)