礦用局部通風機遠程監控系統應用分析

殷 浩

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司， 山西 大同 037031）

1 5114 巷概述

晉能控股煤業集團白洞礦業公司5114 巷位于301 盤區南部左翼的最北部。工作面東部為井田邊界，西部為盤區的皮帶、材料、回風巷，南部為實煤區，北部為301 盤區東部的皮帶、軌道及回風巷。

5114 巷設計長度為1 316 m，巷道為矩形斷面，斷面規格為寬×高=4.5 m×3.7 m，巷道掘進煤層為石炭系5 號層，301 盤區南部煤層基本呈一單斜構造，本工作面前800 m 煤層走向近于E-W，傾向近于N，傾角約為3°，以后走向變為北西、南東向，傾向北東，傾角變大到150°。工作面范圍內煤層情況見表1 所示。

表1 工作面范圍內煤層情況

5114 巷采用綜合機械化掘進工藝，采用EBZ260 型掘進機掘進，采用SSJ-800 型帶式輸送機運煤，巷道掘進期間在距巷口20 m 新鮮風流處安裝兩臺FBD 型局部通風機，風機功率為55 kW，供風量為394 m3/min，風機通過直徑為1.0 m 柔性風筒將新鮮風流引入工作面；局部通風機采用雙回路供電方式，風機配套設備主要包括400 A 聯鎖開關、聯鎖斷電器、風筒傳感器等。

由于在巷道掘進過程中風機運行周期長、安全管理維護不到位等，導致風機在運行過程中經常出現故障，主要表現在風流中粉塵濃度高，增加了新鮮風流中粉塵濃度，風機電機溫度高，主風機故障后無法及時切換風機等。對此，白洞礦通過研究決定對井下局部通風機安裝一套遠程故障監控系統[1-2]。

2 風機遠程故障監測系統結構

1）局部通風機遠程監控系統主要由地面控制系統、網絡系統、PLC 控制器、泡沫抑塵系統、故障監測系統以及降溫裝置等組成，如圖1 所示。

圖1 礦用局部通風機遠程故障監控系統結構示意圖

2）地面控制系統主要包括上位機系統、顯示器、信號接口等部分組成，控制系統主要對井下集控系統數據收集，具有打印報表、實時監控等功能。

3）PLC 控制器是整個系統控制核心，控制器分別與聯鎖開關、故障監測系統連接，主要用于數據收集、信號處理以及指令發送等動作。

4）故障檢測系統主要由各類傳感器組成，主要包括粉塵濃度傳感器、切換故障傳感器、溫度傳感器等部分組成；粉塵濃度傳感器安裝在風機吸風口前方5.0 m 處，設定的粉塵質量濃度動作保護值為15 mg/m3，切換故障傳感器與原風機切換裝置連接；溫度傳感器設定溫度動作值為80 ℃，安裝在風機電機與機罩之間。

5）泡沫抑塵系統主要由電控液閥、泡沫生產器、旋轉噴頭等部分組成，電控液閥分別與聯鎖開關以及泡沫生產器連接，通過聯鎖開關控制可實現電控液壓開關動作。

6）降溫裝置主要安裝在電機護罩壁上，通常采用風冷方式進行降溫，該降溫裝置主要由5 kW 驅動電機、供風管路等部分組成，降溫裝置與聯鎖開關連接。

3 風機遠程故障監測系統工作原理

3.1 風機降溫原理

1）局部通風機在運行過程中，當風機電機溫度達80 ℃時通過溫度傳感器監測后，及時將收集的溫度數據上傳至PLC 控制器內，控制器接收信號后對降溫器傳送“開啟”指令，以及對局部通風機400 A聯鎖開關傳送“切換”指令。

2）降溫器開啟后及時對主風機電機進行降溫，同時局部通風機400 A 聯鎖開關通過風機切換作用，對主副風機進行切換，保證工作面正常供風。

3）當主風機電機降溫至40 ℃以下時，溫度傳感器再次將信號傳送至PLC 控制器內，控制器及時對降溫器發送“關閉”指令，降溫器接收指令后停止對風機電機風冷降溫處理；同時同聯鎖開關控制作用主副風機自動切換。

3.2 泡沫降塵工作原理

1）風機在運行過程中，當風機前方粉塵濃度傳感器檢測到新鮮風流中粉塵質量濃度達15 mg/m3時，粉塵濃度傳感器將收集數據及時上傳至PLC 控制器內，控制器接收信號后通過聯鎖開關對泡沫抑塵系統中的電控液閥進行供電，電控液閥供電后及時對泡沫生產器內高壓供水。

2）泡沫生產器內添加發泡劑、穩泡劑，在高壓水流作用下產生高濃度的泡沫顆粒，并在風壓作用下將泡沫通過分配器、高壓旋轉噴頭噴出，從而對新鮮風流進行降塵作用。

3）當進風流中的粉塵質量濃度低于10 mg/m3時，粉塵濃度傳感器再次將數據信號傳送至PLC 控制器內，控制器接收信號后對數據進行處理分析，并對泡沫除塵系統中的聯鎖開關發送“關閉”信號，聯鎖開關接收信號后對電控液閥進行斷電動作，泡沫抑塵裝置停止工作。

3.3 切換故障工作原理

傳統局部主副風機之間存在自動切換功能，即當主風機停止供風后通過自動切換功能自動打開副風機繼續供風；但是當主風機電機出現故障但處于非正常供風狀態，風機無法正常自動切換，從而導致采掘工作面出現供風不足現象，而通風機遠程監控系統中，切換故障傳感器安裝在主風機上，主要對主風機故障進行監測，一旦發現主風機出現故障但仍處于供風狀態下，故障傳感器將故障信號發送至PLC 控制器，控制器通過聯鎖控制作用強制關閉主風機電源，實現主副風機自動切換。

3.4 地面控制系統工作原理

PLC 控制器對各類數據處理后將數據信號轉換為電信號，并通過電纜傳送至井底車場網絡交換站內，井底網絡交換站與井口網絡交換站之間通過工業以太網進行信號傳遞，并實時上傳至地面上位機系統內，并采用專用組態軟件將各類信號進行成像處理，并通過顯示器進行顯示，便于操作人員遠程對集控系統運行狀況、故障情況等進行實時監測[3-5]。

4 結論

對白洞礦5104 巷局部通風機安裝一套遠程故障監測系統后，通過3 個月實際應用，取得了顯著應用成效：

1）該系統自動化水平高，監測動作靈敏可靠，實現了風機實時無人值守監控，提高了監控效率，降低了人工監控室勞動作業強度。

2）該系統能夠對風機電機溫度、進風流粉塵濃度以及切換故障進行監測，并及時作出動作保護指令，大大降低了局部通風機故障率，保證了風機安全高效運輸。

3）5104 巷局部通風機安裝該套監控系統后，巷道在后期掘進過程中進風流平均粉塵質量濃度控制在8 mg/m3以下，提高了供風風流質量；未出現一起因主風機電機高溫導致的電機燒毀等事故，保證了局部通風故障快速切換，取得了顯著的應用成效。