煤礦井下通風機遠程監控系統的應用研究

李美龍

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業有限公司， 山西 呂梁 033000）

引言

煤礦井下通風系統主要是為井下巷道內提供流動的新鮮空氣，稀釋瓦斯、粉塵濃度，確保井下綜采面綜采作業的安全性。隨著煤礦井下綜采作業效率的提高、綜采作業深度的不斷增加，在綜采作業過程中發生瓦斯突出、粉塵爆炸等事故的概率不斷增加，嚴重威脅了煤礦井下綜采作業的安全性。目前多數煤礦生產企業對井下通風機的維護主要依靠人員定期對其進行檢修，但由于煤礦井下工作條件較為惡劣，無法對通風機的運行狀態進行實時監測，只能當出現故障后才能對其進行維修，此時一旦出現瓦斯突出事故將導致極大的事故。同時由于通風機采用了恒轉速運行方式，在運行過程中消耗了大量的電能，嚴重影響了煤礦生產企業的經濟性。本文提出了一種煤礦井下通風機遠程監測控制系統，以CAN 數據總線為傳輸單元，實現對通風機運行狀態的全程監控，將瓦斯濃度監控系統和通風機運行控制系統相結合，使通風機能夠根據井下瓦斯濃度變化情況自動調整運行速度，提升運行經濟性。對通風機運行狀態進行全程監測，自動對異常進行報警處理，提升了故障維修效率，降低了異常停機率，極大地提升了井下通風的安全性。

圖1 通風機遠程控系統整體結構示意圖

1 通風機遠程監控系統結構

根據對煤礦井下通風機整體結構、運行控制要求的分析，結合礦井下實際情況，以充分利用現有網絡通信系統、監控設備、降低改造量為基礎，所提出通風機遠程監控系統的整體結構如圖1 所示[1]。

該通風機遠程監控系統主要包括了井下監測和控制模塊、數據信息轉換和傳模塊以及地面監控中心模塊，各模塊內所包含的部分如圖1 所示，系統首先利用甲烷傳感器、壓力傳感器等對井下巷道內的瓦斯濃度、風壓等情況進行監控，當上述指標超出系統設定的值后，系統將直接控制變頻器進行變頻調節，控制風機增加或者降低運行轉速，確保井下巷道內空氣內瓦斯濃度含量的穩定性。同時通風機在運行過程中各類的電流、電壓傳感器、風機轉速傳感器、電機溫度傳感器、振動傳感器等對風機運行過程中的狀態進行實時監控，當出現異常時，系統將對異常原因進行分析并報警，同時通過內設的邏輯對異常進行調控。井下數據信息的傳輸采用了CAN 數據總線系統，確保了在煤礦井下數據傳輸的快速性、準確性和抗干擾性[2]。地面監控中心為整個系統的控制終端，各類數據將以最直觀的形式顯示在終端上，滿足監控需求，同時控制人員能夠通過控制終端，人工調節井下風機的運行情況，實現井下風機運行的無人監控和處理，實現無人值守。

2 各主要監控傳感器的監控方式

各類監控傳感器作為礦井通風機遠程監控系統的核心，直接決定了遠程監控系統監控和調控結果的準確性，因此重點對各類監控傳感器在井下的測定方案進行了對比，以確定最佳的監測布置結構和測試方式。

風壓測量。風壓測試時與距離風機的位置、氣流在巷道內的流動方式關系密切，根據驗證本文選擇了多點分聯測試方法[3]，使用軟管和壓力傳感器相連通，將其設置在風機進風口距離約10 m 處，將測壓截面固定在支架上，進風口處設置的全壓孔數量為12 個，滿足對風機入口處氣流全壓的測定。

風機轉速的測量。電機的轉速傳感器種類繁多，本文選擇的傳感器為光電效應式傳感器，該傳感器在電機軸上固定上光電傳感器，然后將風機上設置N個反光標記，通過記錄所接收到的相鄰的脈沖信號之間的時間間隔即可完成對風機轉速的測定，電機轉速n可表示為[4]：

式中：N為反光標記的數量；t為相鄰的脈沖信號之間的時間間隔。

該傳感器的轉速測定原理如圖2 所示。

圖2 光電傳感器轉速測定原理

3 礦井通風機遠程監控系統的應用

為了對該礦井通風遠程監控系統的實際應用效果進行驗證，本文以某礦井下通風系統為研究對象，建立遠程監測與控制系統，根據監測井下風機運行過程中的轉速為2 759 r/min 與實際運行轉速完全相符，風機運行時的風量為1.49 m3/s，與井下實測的風量之間的偏差約為1.2%，風機運行時固定位置的風壓為0.53 kPa，與井下實測的風壓之間的偏差約為1.4%，由此可知該監測系統表現出了較高的監測精度，同時井上監控人員發出調節指令后井下風機的響應時間約為2.7 s，具有較高的反應速度。

該煤礦井下通風機遠程監控系統另一個突出的優勢是具有自主學習功能，能夠對風機運行過程中的信息參數進行分析，自動對風機下一階段的運行狀態進行判斷，當預測到可能會出現運行異常時將進行自動修正，并將隱患點和修正方案發送給控制人員，能夠極大地提升風機運行時的安全性和穩定性，降低風機出現故障的概率，該遠程監控系統的界面如圖3 所示。

圖3 通風機遠程控系統監控界面

4 結論

針對煤礦井下通風機運行狀態的判斷只能依靠人員定期維護，存在效率低、維護效果差、故障率高的缺陷，本文提出了一種礦井通風機遠程監控系統，對該通風監控系統的整體結構、監控設備的監控原理、方式等進行了分析，并對風機遠程監控系統的實際情況進行了驗證，結果表明：

1）該通風機遠程監控系統主要包括了井下監測和控制模塊、數據信息轉換和傳模塊以及地面監控中心模塊，具有數據傳輸速度快、抗干擾能力強的優點；

2）風機運行過程中的轉速為2 759 r/min 與實際運行轉速完全相符，與井下實測的風量之間的偏差約為1.2%，與井下實測的風壓之間的偏差約為1.4%，由此可知該監測系統表現出了較高的監測精度，同時井上監控人員發出調節指令后井下風機的響應時間約為2.7 s，具有較高的反應速度，完全能夠滿足井下遠程調控的要求。