井下通風(fēng)自動化控制與節(jié)能措施研究

李旭東

摘要：井下通風(fēng)關(guān)系到井下工作的安全性，加強(qiáng)井下通風(fēng)系統(tǒng)與自動化控制技術(shù)的相互融合有助于提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性。一般情況下，井下通風(fēng)系統(tǒng)是建立在基礎(chǔ)設(shè)施之上的，匹配適宜的風(fēng)機(jī)，提高輸風(fēng)管道設(shè)計合理性，降低網(wǎng)格風(fēng)阻大小，為了進(jìn)一步提高井下通風(fēng)自動化控制與技能水平，可以從程序識別節(jié)流調(diào)節(jié)、采用變頻技術(shù)節(jié)能調(diào)控兩方面進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：井下通風(fēng);自動化控制;節(jié)能

一.引言

我國擁有豐富的地下資源，而地下資源的開采需要花費(fèi)較大的人力與物力，同時也伴隨著一定的危險性，井下通風(fēng)系統(tǒng)是地下開采工作得以順利進(jìn)行的基本保障，直接關(guān)系到地下工作人員的身體健康與生命安全，因此具有不可忽視的重要作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，自動化技術(shù)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，相比較于傳統(tǒng)人工控制方式，通過自動化控制設(shè)備運(yùn)行具有精確度高、實(shí)效性好、錯誤率低以及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此將自動化技術(shù)應(yīng)用到井下通風(fēng)系統(tǒng)中具有重要的意義，有助于提高進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，避免井下安全事故的產(chǎn)生。另外，通過自動化系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，還能夠降低通風(fēng)系統(tǒng)的能耗，提高井下開采工作的經(jīng)濟(jì)效益，確保井下開采工作的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

二.井下通風(fēng)自動化控制與節(jié)能原理分析

對現(xiàn)階段井下通風(fēng)采用的設(shè)備與類型進(jìn)行調(diào)查和分析，可以看出大部分的井下通風(fēng)系統(tǒng)都是在基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行的完善。首先，要根據(jù)各個井下通風(fēng)系統(tǒng)的具體要求，選取適宜的風(fēng)機(jī)設(shè)備，保證其能夠與基礎(chǔ)通風(fēng)設(shè)施完美匹配;其次，要依照井下線路特征規(guī)劃科學(xué)的通風(fēng)管道，盡可能的保證通風(fēng)管道的順滑，減小拐角數(shù)量，最大程度降低風(fēng)阻，保證通風(fēng)系統(tǒng)的順暢運(yùn)行。目前這種傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計能夠較好的滿足井下工作通風(fēng)需求，也是井下開展工作得以正常開展的重要影響因素，但是這種通風(fēng)系統(tǒng)不具備良好的靈活性，無法根據(jù)井下工作狀況自由的更改通風(fēng)方式[1]。自動化控制以及節(jié)能設(shè)施，通常是以自動化控制技術(shù)為支持，依照井下通風(fēng)的實(shí)時需求進(jìn)行設(shè)備控制，調(diào)整相應(yīng)的通風(fēng)方式，優(yōu)化井下作業(yè)過程中的各項(xiàng)資源配置，提高風(fēng)機(jī)的工作效率，盡可能的降低通風(fēng)系統(tǒng)能耗浪費(fèi)，也能夠顯著提升井下通風(fēng)系統(tǒng)的靈活性與適配性，確保井下通風(fēng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行[2]。

三.井下通風(fēng)自動化控制與節(jié)能措施

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對井下通風(fēng)的要求也越來越高，在保證通風(fēng)效果的前提下還要求井下通風(fēng)系統(tǒng)具有較好的靈活性、較低的能源消耗等。將自動化控制技術(shù)應(yīng)用到井下通風(fēng)系統(tǒng)控制中，是數(shù)字化技術(shù)和社會發(fā)展進(jìn)步相結(jié)合的產(chǎn)物，一方面能夠有效改善井下通風(fēng)設(shè)施的工作效率，降低功率損耗，另一方面也能夠?qū)νL(fēng)系統(tǒng)架構(gòu)開展科學(xué)性評估，提高井下通風(fēng)系統(tǒng)的合理性[3]。筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，將井下通風(fēng)自動化控制與節(jié)能措施總結(jié)為以下幾個方面。

（一）程序識別節(jié)流調(diào)節(jié)

自動化控制技術(shù)在現(xiàn)代許多行業(yè)領(lǐng)域中都有著非常廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)的基本功能都是利用編程語言控制設(shè)備的運(yùn)行，在井下通風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用也是如此，能夠控制井下通風(fēng)系統(tǒng)中許多部件的動作，比如說控制井下輔扇的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)整與優(yōu)化。首先，按照設(shè)置好的程序執(zhí)行相關(guān)操作，通風(fēng)系統(tǒng)會根據(jù)正常的程序指令進(jìn)行工作，對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)控與優(yōu)化。同時，自動化控制技術(shù)可以依照標(biāo)準(zhǔn)要求控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，對風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動速度、做功大小等因素進(jìn)行管控，也可以根據(jù)某個風(fēng)道的風(fēng)量要求，對相對應(yīng)的輔扇通風(fēng)進(jìn)行控制。其次，自動化控制技術(shù)還可以依照具體的井下通風(fēng)需求，及時調(diào)整風(fēng)機(jī)的運(yùn)行強(qiáng)度，在保證足夠送風(fēng)強(qiáng)度的背景下，盡可能的降低網(wǎng)格風(fēng)阻大小[4]。因此，在井下通風(fēng)系統(tǒng)中融入自動化控制技術(shù)，可以有效的防范網(wǎng)格設(shè)計中出現(xiàn)相互沖突現(xiàn)象產(chǎn)生，提高了風(fēng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為風(fēng)能的效率，最大程度降低風(fēng)機(jī)熱能的產(chǎn)生，降低不必要的功率損耗。

比如說工程師在結(jié)合自動化控制技術(shù)設(shè)計某個井下通風(fēng)系統(tǒng)時，重點(diǎn)要進(jìn)行系統(tǒng)做功大小可變。第一，分析井下通風(fēng)特征與需求，建立出整體模型，設(shè)置主管道以及分管道兩種形式，對風(fēng)機(jī)工作方式進(jìn)行控制，在初始試驗(yàn)通過以后，逐步采用自動化控制取代機(jī)械動力。第二，對風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的控制。將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制和外部網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃到不同的控制模塊中，通過設(shè)置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與外部網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)速之間的固定比值來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)，一般來說比值設(shè)置為150%左右。第三，在風(fēng)機(jī)送風(fēng)窗口位置上輸入追蹤調(diào)控指令，在外部程序做功完成后，通過指令自動進(jìn)行窗口操作。

（二）采用變頻技術(shù)節(jié)能調(diào)控

通常情況下，井下通風(fēng)系統(tǒng)中的電機(jī)功率選取需要滿足最大負(fù)荷使用需求，并且為了降低在啟動過程中大電流對電機(jī)的損害，一般電機(jī)功率的選取規(guī)格較大。但是在實(shí)際工作過程中，電機(jī)出現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行的情況少之又少。如圖1所示為電機(jī)cos -η特性曲線圖，從中可以看出電機(jī)的工作效率隨著負(fù)荷的增大而增加，當(dāng)電機(jī)處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時，此時的做功效率是最高的[5]。

1.軟啟動

電機(jī)在直接或者采取Y/D方式直接開啟時，會產(chǎn)生超過額定電流6倍左右的電流值，會對風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能與壽命產(chǎn)生較大的影響。采取變頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的軟啟動，啟動過程中電流值從零逐步增加，即便在滿負(fù)荷狀態(tài)下啟動，電流值也不會超過額定電流大小，不僅提高了電機(jī)啟動的安全性，降低對風(fēng)機(jī)的損耗，同時也可以降低能源效果，起到節(jié)能作用。

2.調(diào)速

通過變頻技術(shù)的應(yīng)用，風(fēng)機(jī)能夠工件井下通風(fēng)的實(shí)際需求，實(shí)時改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，給予井下工作適宜的風(fēng)量。

由通風(fēng)機(jī)相似定理

上述公式中，Q1、Q2分別表示兩次不同工況下的通風(fēng)量，M1、M2分別表示兩次不同工況下的電機(jī)扭矩，P1、P2分別表示兩次不同工況下的電機(jī)工作功率。

通過上述公式可以得知，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)中負(fù)載數(shù)值降低時，電機(jī)轉(zhuǎn)速也會同步降低，此時通風(fēng)機(jī)功率則呈現(xiàn)3次方遞減，通過變頻技術(shù)的應(yīng)用能夠很好的實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

四.結(jié)語

綜上所述，提高井下通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、靈活性非常重要，是保證井下工作正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提和基礎(chǔ)。在將自動化控制技術(shù)應(yīng)用到通風(fēng)系統(tǒng)中時，也要根據(jù)不同的工況設(shè)計適宜的控制手段，不斷提高井下工作的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]代振遠(yuǎn).PLC在礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2017（14）：48.

[2]韓望月.基于PLC的井下通風(fēng)系統(tǒng)改造方案設(shè)計[J].煤礦機(jī)械，2014，35（04）：156-157.