礦用局部通風機可視化監控系統應用分析

阮夢潔

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司，山西 大同 037031）

引言

局部通風機是煤礦重要通風設備，巷道掘進過程中通過局部通風機對巷道迎頭進行供風，從而排除工作面有害氣體以及粉塵，以及提供新鮮風流，礦用局部通風機對巷道掘進安全起著重要作用；所以為了保證局部通風安全穩定運行，避免出現故障現象，在局部通風機上安裝一套監控系統，對風機運行工況進行檢查，但是傳統的監控系統無法對井下狀況進行監控，同時局部通風機出現異常時無法及時發出警報，造成預警系統延誤現象，很容易出現煤礦重大安全事故。

1 白洞礦局部通風機應用情況

晉能控股煤業集團白洞礦業公司井下目前回采301 盤區5 號煤層，該盤區共計布置1 個綜采工作面，2 個掘進工作面，掘進巷道掘進過程中主要采用FBD 型局部通風機進行供風，風機功率為55 kW，風筒直徑為1.0 m，供風量為395 m3/min 局部通風機配套設施主要由400 A 風機開關一臺、兩臺專用變壓器（660 V）、風機在線監測系統以及附屬電纜等[1-2]；傳統風機在線監測系統主要分為監測基站、風筒傳感器、氣體傳感器等部分組成；傳統在線監控系統主要對風機運行情況以及工作面氣體濃度進行檢測；但是該系統監測范圍有限，當局部通風機內部出現故障如電機發熱、電機抖動無法實時畫面監測，同時無法調節局部通風機供風風量及風壓；監控系統自動化水平低、無法對局部通風全方位進行監測，制約著工作面安全高效掘進；對此，白洞礦通過技術研究，對原井下局部通風機監控系統進行優化改進，安裝了一套可視化局部通風機在線監控系統。

2 風機可視化監控系統結構原理

2.1 可視化監控系統結構

礦用局部通風機可視化監控系統主要由可視監控裝置、在線數據監控裝置、報警裝置以及監視器四大部分組成，如圖1 所示。

圖1 局部通風機可視化監控系統安裝示意圖

1）可視監控裝置：該裝置主要由攝像頭、存儲器、無線信號接收發器等部分組成，攝像頭主要安裝在局部通風內部電機與風機殼之間，主要檢測電機運行情況；存儲器主要對攝像頭監測畫面數據上傳儲存，內存為300 G，存儲時間為7 d；無線信號接收發器主要對收集數據無線傳輸至遠程監控系統內。

2）在線數據監控裝置：在線監控裝置主要分為內部和外部監控裝置，內部監控裝置主要安裝通風管道壁上，成環形結構，主要由風速傳感器、風量傳感器以及風壓傳感器等部分組成；外部監控裝置通過螺栓安裝在管道外壁上，該裝置主要由甲烷傳感器、一氧化碳傳感器等部分組成。在線監測裝置內安裝無線數據接收模塊，主要由于數據接收以及傳送等[3]。

3）監視器：監視器由中控屏、操控平臺組成，中控屏主要對攝像頭采集的畫面以及傳感器接收的數據進行顯示，便于操作人員參閱；操控平臺主要便于操作人員對監控裝置參數設定以及數據記錄查詢等。

4）報警裝置：報警裝置分別與可視化監控裝置以及在線數據監控裝置連接，報警裝置一旦監測到局部通風機出現異常時，地面監控系統以及井下監控系統發出警報。

2.2 可視化監控系統工作原理

1）可視化監控系統在應用過程中首先將可視化監控裝置、數據監控裝置、報警裝置分別安裝在風機電機以及通風管道處，將監視器通過數據電纜與地面監控中心監視器連接。

2）正常運行過程中通過監控裝置中的攝像頭對風機運行情況進行監控，操作人員根據監控的畫面判斷風機運行狀況，由于井下光線昏暗，為了提高監控畫面質量，攝像頭自帶調節照明燈，根據攝像地面光線情況，自動調節照明燈亮度。

3）通過在線監測裝置可實時監測局部通風供風情況，如供風風量、風速、風壓等，以及通風區域內甲烷、一氧化碳等氣體濃度情況，一旦局部通風機發生異常時，監測系統中報警裝置可及時發出警報。

3 實際應用效果分析及系統優點

3.1 應用效果分析

截至2021 年7 月通過4 個月實際應用并與2204 巷進行對比分析發現，2204 巷在掘進過程中共計發生3 起通風機故障，1 起為風機電機軸承斷裂故障，2 起為風量過大導致風筒撕裂故障，傳統監控系統未達到有效監控的作用并未及時發出警報，導致故障17 min 后才安排工作面撤人，造成工作面內瓦斯濃度高達2.1%；而5201 巷在后期掘進過程中發生兩起故障，一起為風機切換失效，另一起為風機電機溫度高，兩起故障發生后2 min 內，可視化監控系統及時將故障源反饋至地面，并發出警報，10 min內檢修人員及時到達現場并處理故障，保證工作面正常通風，工作面內未出現因風機故障出現瓦斯超限現象。

3.2 監控系統優點

1）提高自動化水平：局部通風機可視化監控系統通過可視化監控裝置實時將局部通風機運行工況以視頻畫面的形式上傳地面控制時內，便于操作人員直觀地分析風機內部結構故障情況，從而提高了檢修效率；同時利用在線數據監控裝置實時將局部通風機運行參數、風量、風壓以及有害氣體濃度等上傳至地面，大大提高了局部通風機監控自動化水平，實現了對局部通風機的全面監控的目的。

2）提高風機監控效果：可視化監控系統通過可視化監控裝置提供局部通風運行視頻畫面，通過數據監控裝置提供風機運行參數，通過報警裝置對風機故障實時報警，從而大大提高了局部通風機監控效果，降低了因風機故障導致工作面有害氣體超限現象。

3）報警動作靈敏：該系統中安裝了多個報警裝置，主要對風機故障、瓦斯等有害氣體超限等進行報警，可及時提醒工作面檢修人員及時排除故障，解決了因巷道延伸長，風機出現故障后不能及時告知作業人員、作業人員不能及時撤出工作面等技術難題。

4 結論

1）可視化監控系統可準確地對井下局部通風實時運行參數進行采集，對風機運行過程中發生故障及時警報，并對故障信號間收集、分析、處理以及上傳等。

2）可視化在線監控系統功能齊全、保護動作靈敏可靠且各項監控性能安全穩定，與傳統監控自動相比自動化水平高，大大提高了風機監控效果，實現了對局部通風機全方位、多項目監控，降低了風機故障率。

3）局部通風機安裝可視化監控系統后，為局部通風機檢修維護、配件更換以及潤滑緊固等作業提供了有力得數據依據，從而大大提高了局部通風機維護效率及檢修質量。