煤礦通風系統中自動化控制技術的應用

＊崔啟文

（晉能控股煤業集團挖金灣煤業有限公司 山西 037042）

前言

在礦井通風系統當中采用自動化控制技術，可以有效地監控系統的通風狀況，從而讓礦井通風的應變能力得到提升，從而更好地適應環境需求的變化，同時節約通風成本，即便發生事故，也可以及時對通風進行調節，避免出現事故，從而確保礦井安全生產的順利進行。煤礦通風自動化技術主要分為兩個方面，一是環境監測和通風狀況檢測系統，二是能夠結合實際環境情況來進行系統調整的功能模塊，具體來說，系統包括有信號系統、傳感器系統、通風系統以及中央控制系統。

1.煤炭通風自動化技術概述

通風系統對于煤礦的運行而言作用非常關鍵，其不僅保證著煤炭生產工作的正常開展，同時也可以給井下工作人員提供一個優良的環境。在煤礦通風系統當中，積極應用自動化技術可以有效地實現自動化管理和控制，進而實現實時監控，煤礦生產具有了更高的穩定性，并給相關管理和控制工作提供了技術基礎。

對于自動化控制技術的應用而言，其優勢主要在于實現精準的控制和高效的操作，將其應用到煤礦通風系統當中，可以有效地提高通風系統的工作效率。當前投入使用的煤礦通風系統就存在著較為明顯的系統短板，自動化程度較低，且操作控制較為復雜。與此同時，煤炭通風設備的數量較多，在出現問題之后如果不能及時進行維護和處理，則會直接對煤炭開采效率造成嚴重影響。當前投入使用的煤礦通風系統自動化技術水平較低，所以在未來一段時間內的煤礦生產技術研究當中都應當以自動化技術的應用為主，從而推動煤礦開采效率的提升，提高企業的收益，提高生產效率。

煤炭通風系統自動化技術的基礎是TCP/IP協議，之后建設以太網絡，應用光纖傳輸技術來實現網絡互聯。對于煤礦內部的環境則需要選擇適合實際應用場景的設計，從而不斷提高硬件設施水平，實現自動化功能要求。在自動化技術應用時，也需要積極和其他軟件進行結合，例如傳輸技術、網絡技術等，從而提高通風系統的工作效率，保障煤礦通風系統的安全穩定性，創造更高的經濟效益。

對于煤礦自動化系統設計的過程而言，首先結合實際工作情況來確定需求，例如煤礦開采的過程中，需要搜集各種數據來確定通風系統參數，從而在適應環境通風需要的同時，也要盡量節約能源，避免浪費。在控制自動化技術的過程中，也可以將其他控制方式一并投入使用，同時也不能放棄人工調控的方式。自動化控制的基礎在于實現遠程的監測和控制，但與此同時一旦系統發生故障，也需要人為地進行干預，所以需要將人為調控和遠距離監測功能都給予重視，其中遠距離遙控用于分配傳到，確保相關系統功能的順利實現。

2.自動化控制技術在煤礦通風系統中的應用

如圖1所示，為通風自動化控制技術的應用原理，其采用了分散監測、集中控制的理念，首先，設置若干個監測裝置來實時測量煤礦中各處的風壓、風量、瓦斯含量以及空氣的溫度等等，將這些信息經由銅芯電纜來回傳到通風主站上，經過集中的管理。在通風主站將這些數據全部接收之后，就推算出煤礦風力分布情況，進而選擇最佳的風量控制方案，之后再轉化成控制指令，及時向不同的奮戰控制系統進行反饋，例如經由變頻裝置來對通風機風量進行控制，進而實現通風自動化。在設計通風自動化系統的過程中，需要重視三個方面的功能模塊，分別是傳感器、通風系統以及中央控制系統。

圖1 煤礦通風系統中自動化控制技術的應用原理圖

(1)傳感器系統

傳感器系統是通風自動化管理系統的基礎，通風自動化控制系統需要接收不同類型的信號，其中不僅有各種指令，也有監測數據。多路信號傳輸的方式一般可以分為兩種，分別是時分制與頻分制，其中前者是按照不同的時序來依次傳輸各類信號，而后者則是按照不同的頻率來進行信號的收發。一般來說，由于頻分制系統較為穩定，不容易出現故障，且電路安裝較為簡單，所以應用更為廣泛。在頻分制系統當中，其頻率收發都是經由定型生產的在頻期來完成的，經由特定專用線來進行信號傳輸，即可獲取對應設備的具體數據。為了能更好地控制通風風量，就需要及時收集風壓、風量、瓦斯濃度以及溫度等數據，所以就需要在巷道當中布設各種傳感器，例如用于測量風壓的傳感器是差壓變送器，用于測定風速的是恒流式風速儀、熱式風速儀等等，而探測井下瓦斯濃度和一氧化碳濃度的則一般是光干涉法、紅外線吸收法等等，而溫度的測量則是通過紅外線輻射來實現的。圖2為模糊控制系統結構原理圖，圖3為模糊控制風窗自動調節系統原理圖。

圖2 模糊控制系統結構原理圖

圖3 模糊控制風窗自動調節系統原理框圖

(2)通風系統的設計

通風系統設計當中最為重要的就是調節風量，目前用于風量調節的方式大概有兩種：其一是經由對風門或者葉片的角度來進行變化，從而實現對風量的控制，在這個過程中，需要在頻率發送器的作用下，來轉變風門或葉片的運動狀態，進而控制風速；第二種則是直接控制通風機電機的轉速來控制風量，其需要在設備上裝設變頻裝置，進而實現對電機轉速的控制。

與此同時，也可借助于定時器設備和爆破開關，這樣就可以實現爆破之后即可進行自動通風。放眼國際領域，也有部分國家直接將檢測元件用于對局部通風機轉速控制上，這種操作方式是將作業設備運行過程中所產生的部分氣體的濃度或產生的溫度變化作為依據，來實現控制。雖然在該領域我國尚沒有相應的技術儲備和實際操作經驗，但也可以作為一種新的思路。

(3)關于中央空調的設計

中央空調控制系統的核心設備可以采用微型計算機，其作為中央空調控制系統的核心優勢非常明顯，其具有較強的擴展性能，具有數量眾多的接口，所以可以完成很多種操作任務，將其用于自動控制，有著更快的運行速度和控制精度，同時也可以對自動化控制的流程進行優化，適應了煤礦通風自動化控制系統的功能需求。中央控制系統的主要工作內容為收集監測站的數據并進行處理，從而對通風量進行動態化的調整和控制。與此同時，系統的監控功能和報警功能也是在中央控制系統的支持下完成的。中央控制系統具體的功能包括有：監控指令的收發、對監控信息的反饋、處理監控數據、監控設備的工作狀態，如有需要，也應當進行報警處理或啟動處理程序。

除此之外，系統還應當設置安全機制，例如明確地劃分操作權限，對于部分不符合操作權限的情況，則拒絕進行操作，進而讓系統本身的牢固性和可靠性都得到提升。并結合參數的上下限來確定報警條件，在報警內容發出之后，就需要技術人員及時排查系統故障，進一步提高系統的安全穩定性，避免頻繁維修設備而導致額外支出。

3.總結

在前文分析中不難發現，通風系統對于煤礦開采工作而言意義重大，經由通風設備的作用，可以將地表的新鮮空氣輸送進來，并且輸出礦井中的廢棄，改善礦井生產環境的同時，也可以避免瓦斯爆炸事故。在煤礦通風工作當中，應用自動化技術，不僅可以讓通風的安全性和穩定性得到保障，也可以經由設備控制技術的引入，來提高生產效率。