一種新型煤礦用局部通風機監控系統的分析與應用

柴鳳良

（晉煤集團澤州天安朝陽煤業， 山西 晉城 048000）

1 項目背景

礦用局部通風機在煤礦井下開采中的應用可以起到對井下空氣的循環、保障井下空氣氧氣含量充足、保證井下一氧化碳、甲烷等氣體含量處于安全含量以內的作用。由此可見，礦用局部通風機對于整個采煤作業的進行起到了至關重要的保護作用。為了保證局部通風機的正常工作，通常需要利用監控裝置實時監控局部通風機的運行狀況，在局部通風機因故障停止運行時，需及時對故障原因進行排查，并對故障進行維修，保障局部通風機盡快恢復正常工作。

但當前煤礦井下局部通風機監控系統僅僅監控了局部通風機的工作狀態，無法對井下狀況進行監控，同時在局部通風機出現工作異常時，無法直接發出井下預警警報信息，容易導致預警信息延誤，尤其是當局部通風機停止工作后，若預警信息延誤，容易造成重大安全事故。針對現有局部通風機監控系統所存在的問題，提出了一種煤礦新型局部通風機監控系統，該系統在晉煤集團澤州天安朝陽煤業進行了實踐應用，效果理想。

2 新型局部通風機監控系統的分析

2.1 結構分析

該新型煤礦用局部通風機監控系統主要包括可視化監控裝置和在線數據監控裝置兩大部分。

可視化監控裝置包括攝像頭、數據存儲器、無線信號收發器，攝像頭設置在局部通風機的主機處，用于觀測局部通風機的主機風扇是否正常轉動、主機處是否存在雜物干擾；數據存儲器用于存儲攝像頭中的視頻緩存數據，無線信號收發器用于將視頻畫面實時傳輸至地面監控中心的監控器上[1-2]。

在線數據監控裝置包括通風管道內監控裝置和通風管道外監控裝置，管道內監控裝置為環形，設置在管道內部預設的凹槽內，管道外監控裝置通過螺栓固定在通風管道的外側；通風管道內監控裝置中設置有風壓傳感器、風速傳感器、風量傳感器；通風管道外監控裝置中設置有甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器；通風管道內監控裝置和通風管道外監控裝置中均設置有無線信號收發器，將監控數據實時傳輸至監控器上，局部通風機的通風管道中設置有風量調節閥，風量調節閥用于調節通風管道中的通風量。

監控器含有一個顯示屏，用于顯示攝像頭拍攝畫面和在線數據監控裝置中各傳感器的實時監測值。監控器還包含控制和操作平臺，用于局部通風機監控裝置的整體調控和歷史監控記錄查詢。攝像頭的安裝位置處設置有照明燈，便于在光線不足條件下對局部通風機主機的監控[3]。照明燈的燈光可以進行亮度和色溫調節，照明燈的調節裝置信號連接至控制器。可視化監控裝置和在線數據監控裝置連接有聲光報警器，聲光報警器信號連接至監控器和管道內監控裝置、管道外監控裝置，聲光報警器在局部通風機異常時進行地面和礦下多位置聲光報警。監控器信號連接至局部通風機主機和風量調節閥，用于對局部通風機開關與閉合、轉速、氣壓的調節。

2.2 工作原理

監控裝置在應用時，將可視化監控裝置、在線數據監控裝置、聲光報警器、風量調節閥分別設置在局部通風機主機處和通風管道處，將數據信號連接至地面監控中心的監控器上；設備通過可視化監控裝置的攝像頭拍攝畫面，工作人員可以及時查看局部通風機主機的運行狀況和局部通風機主機周圍的環境狀況。當光線不足時，可以控制調節照明燈，保證拍攝畫面的環境光處于適合拍攝的狀態。通過在線數據監控裝置，可以及時了解通風管道內的風壓、風速、風量信息，并通過風量調節閥調節通風管道內的風量，也可以及時了解通風管道外甲烷、一氧化碳、氧氣濃度，將這些氣體的濃度控制在合理的范圍內；當局部通風機的工作出現異常時，通過地面和礦下多位置的聲光報警器進行聲光報警，由地面控制中心進行合理指揮和調度。

2.3 特點分析

1）該新型煤礦用局部通風機監控裝置包含了可視化監控裝置和在線數據監控裝置，一方面可以通過可視化監控裝置直接觀測到局部通風機的運行狀況和運行環境，防止局部通風機的葉片因故障或外界環境而出現停轉或風口阻塞等現象；另一方面可以通過在線數據監控裝置中的各個傳感器的監測數據，實時連接通風管道內的風速、風壓、風量狀況以及通風管道外甲烷、一氧化碳、氧氣的濃度狀況，做到對局部通風機的全面監控[4-5]。

2）可視化監控裝置和在線數據監控裝置中連接的無線信號收發器可以實時將監控數據傳輸至監控器，便于地面的監控人員及時了解到局部通風機各個位置的狀況。

3）聲光報警器設置于地面和礦下的多個位置，根據局部通風機的運行狀況出現的不同問題或礦下的甲烷、一氧化碳、氧氣濃度出現異常，在多個位置發出不同的聲光報警信息，提醒工作人員及時排除障礙或者進行緊急安全疏散撤離，從而保證礦下作業的安全與正常進行。

4）監控器接入顯示屏、控制和操作平臺，便于地面監控人員的監測、管理和維護，及時了解礦下和地面的監測數據情況，并且實現遠程操控局部通風機的運行[6]。

5）風量調節閥通過控制通風管道中的風量大小，并通過控制器來實現對井下換風量的遠程控制。

3 實踐應用及效果分析

晉煤集團澤州天安朝陽煤業公司位于山西省晉城市澤州縣東張村，設計生產能力90 萬t/年，斜井開拓方式，現主要開采9 號和15 號煤層。15 號煤層采用綜采一次采全高采煤工藝，頂板管理為全部垮落法。移交生產時在15 號煤層一采區布置1 個15101 綜采工作面，采用切頂沿空留巷、無煤柱開采工藝。在15 號煤層二采區配備2 個綜掘工作面，采掘比為1∶2。

當前采用新型煤礦用局部通風機監控系統對朝陽煤業公司15 號煤層開采工作面通風系統局部通風機監控系統進行優化改造，該監控系統的安裝結構如圖1 所示。

圖1 監控系統的安裝結構示意圖

該新型煤礦用局部通風機監控系統可準確地對局部通風機各類信號參數進行采集顯示，當通風機壓力超過閥值時，可及時對該信息進行報警，并對各類故障信號進行匯總、分析和處理。

該監控系統各項性能穩定、功能齊全，與其他監控系統相比，具有更好的智能化監控效果，可實時對局扇風機多方式、多項目、全方位的監控，直觀地體現局部通風機的運行工況，同時設置有聲光報警器，當局扇風機的運行狀況出現問題時，及時通過聲光報警器進行預警報警，保證礦下作業的安全有序進行。

新型監控系統的應用為局部通風機機械部件的定期加油潤滑、緊固等檢修作業提供了數據依據，可以更好地為預防性和計劃性檢修工作服務，對保證企業監控通風機運行良好、提高通風系統運行穩定性具有重要作用。