大運華盛莊旺煤業礦井通風控制系統的優化分析

劉榮卿

(山西寧武大運華盛能源集團莊旺煤業有限公司，山西 寧武 036000)

華盛莊旺煤業屬于低瓦斯礦井，礦井的范圍大、井下風機數量多，其運行的穩定性和可靠性直接關系到井下綜采作業人員的人身安全。目前井下通風系統采用了“三專兩閉鎖”的管理模式，通風系統、礦井供電系統均處于獨立工作的狀態，而且各個區域的通風機分散度高，無法進行集中的控制，因此為了確保通風安全，只能在每個區域內配置專業的風機運行狀態監控和維護人員，便于及時處理風機運行故障，確保風機運行安全。據統計整個華盛莊煤業的風機運行狀態看護人員數量高達156人，不僅人員數量多而且人工對風機運行狀態進行監控的方案效率低、可靠性差，無法滿足井下通風安全的需求。

為了解決以上問題，提升通風系統的智能化和自動化水平，開發了一套新的礦井通風控制系統，將地面控制中心、變電所和各個風機進行聯動控制，實現了整個礦區風機運行狀態的自動監測、智能報警和聯動調控，極大地提升了通風系統的運行安全。根據實際應用表明該系統能夠將井下巡查人員數量降低67%，將風機運行故障率降低87.6%，為實現通風系統的智能控制奠定了基礎，具有極大的應用推廣價值。

1 礦井通風控制系統

根據煤礦井下的實際情況，要求該通風控制系統具有以下功能[1]：

1) 能夠實現對井下風量、風速、瓦斯濃度、粉塵濃度的智能監測；

2) 能夠實現對各個風機運行轉速、振動情況和風機溫度的智能監測；

3) 能實現遠程信息交互和控制，滿足遠距離對通風機運行狀態進行調整的需求；

4) 系統能夠自動實現漏電監測、閉鎖試驗監測等，當監測到運行故障信號后能夠自動對故障位置進行定位和分析，將故障結果傳遞給地面控制中心，幫助操作人員能夠進行故障的快速定位和解決。根據以上需求，華盛莊煤業所提出的新的礦井通風控制系統的整體結構，如第98頁圖1所示。

由圖1可知，華盛莊煤業礦井通風控制系統整體結構包括了地面控制中心、井下變電所以及井下風機組三個部分，地面控制中心主要用于顯示井下各通風機的運行狀態，便于監控人員能夠第一時間掌握相關信息，同時該控制中心還能夠通過控制終端向對應的風機發出運行調節指令，滿足遠程人工干預控制需求。井下變電所控制中心主要是匯總煤礦井下所有風機的監測數據，對數據進行分析后傳遞到計算機中心，實現對通風機監測數據的集中控制和采集。井下風機組是整個礦井通風控制系統的基礎，主要是對風機的運行狀態和井下環境狀況進行監測，根據監測結果自動實現對區域內通風情況的智能調整。

2 通風系統供電結構優化

為了滿足礦井通風系統集中供電和控制的需求，華盛莊煤業對采區的供電系統進行了優化，將區域內變電所的專用高壓配線裝置轉移到風機配電點1回專用移動變電站和2回專用移動變電站處[2]。在采區內布置一個監控計算機，通過RS485通信協議和標準通信接口將區域內所有設備進行連接，滿足集中供電和集中數據采集分析的需求。實現對供電系統故障的及時預警和故障分析，優化后的通風系統供電結構，如圖2所示。

圖1 礦井通風控制系統結構示意圖

圖2 通風系統供電系統布置結構示意圖

3 礦井通信系統結構優化

為了滿足礦井通風系統數據傳輸的需求，華盛莊煤業對數據通信系統進行了升級，將各類傳感器設備利用通信電纜進行連接，其控制方式采用RS485通信協議，在各個采區內分布的控制器則利用光纖進行連接和數據通信，滿足數據傳輸效率和安全性的需求[3]，優化后的礦井通信系統結構，如圖3所示。

由圖3可知，在該通信系統中，當傳感器設備對風機和電網系統的運行數據進行采集分析后，將其傳輸到通信接線盒內進行數據信號轉換，轉換完成后將數據傳輸到控制箱內緊湊存儲，并通過光纖傳遞給交換機，進行數據信號的二次交換，最終將數據傳輸到地面調度中心內，滿足數據傳輸的快速性和安全性需求。

圖3 礦井通風系統數據通信結構示意圖

該數據通信系統和老系統相比，優點在于采用了總線控制和模塊化組合的思想，實現了數據通信系統根據井下的實際風機分布來進行靈活布置，同時能夠最大限度地利用井下現有的通信光纜，降低通信系統的改造難度。

4 礦井通風系統應急預案

通過對礦井通風系統運行情況的分析，其最常見的故障為主回路斷電故障[4]，一旦發生將導致整個通風系統的運行失效，因此為了滿足在緊急情況下的通風安全需求，華盛莊煤業提前設置了礦井通風系統應急預案。

主回路斷電應急預案，根據礦井通風供電系統結構，在正常情況下兩組風機的運行由開關AI和BI控制，若1回路出現故障斷電，則系統自動對開關AII進行合閘，確保回路1上風機的正常運行，此時監控系統將顯示回路1故障并持續發出語音報警，提醒巡查人員及時處理。

5 優化效果分析

該系統研制成功后，華盛莊煤業對礦井通風、供電控制系統進行了優化，實現了對地面控制中心、礦井變電所以及井下風機進行集中監測和集中控制，根據對優化前后的應用情況對比，優化后井下風機管理人員的數量由156人降低到了目前的52人，人員數量減少了66.7%，礦井通風系統的故障數量由最初的16次/月降低到了目前的1.98次/月，平均降低了87.6%，顯著地提升了礦井通風安全性。

6 結語

針對華盛莊煤業礦井通風系統風機分散無法進行集中控制、人員巡查效率低、可靠性差的不足，提出了一種新的礦井通風控制系統，對該通風系統的結構、供電系統、通信系統的優化方案進行了分析，根據實際應用表明：

1) 礦井通風系統應具有自動監測、故障識別、故障定位和遠程控制功能；

2) 礦井通風控制系統整體結構包括了地面控制中心、井下變電所以及井下風機組三個部分，能夠根據監測結果自動實現對區域內通風情況的智能調整；

3) 該系統能夠將井下巡查人員數量降低67%，將風機運行故障率降低87.6%，為實現通風系統的智能控制奠定了基礎，具有極大的應用推廣價值。