煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自動監(jiān)測修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計

趙 斌

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041600）

在霍寶干河煤礦中，由于煤田分布的特點以及多年開采的原因，目前井下工作面分布存在不規(guī)則且排布較為錯亂的情況，這種現(xiàn)象造成實際通風(fēng)系統(tǒng)線路是非常復(fù)雜的，以致于系統(tǒng)實際的管理難度較大，系統(tǒng)信息較多，且受到影響因素較多，不易于管理。隨著逐漸深入礦井深層，伴隨著井下情況多變，導(dǎo)致通風(fēng)的關(guān)鍵參數(shù)也在實時變化，此時系統(tǒng)的管理員由于實時獲取數(shù)據(jù)，導(dǎo)致無法有效的針對系統(tǒng)存在的安全問題及時正確采取措施，從而大大增加了各種事故同時發(fā)生的可能性。為了解決霍寶煤礦目前通風(fēng)系統(tǒng)面臨的問題，本文主要圍繞以下兩個方面展開分析[1-5]：首先通過大量采集通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量、風(fēng)壓等數(shù)據(jù)，為建立數(shù)據(jù)庫打下基礎(chǔ)；其次引進(jìn)風(fēng)網(wǎng)數(shù)據(jù)解析技術(shù)以及數(shù)據(jù)的分析處理模塊，將數(shù)據(jù)與技術(shù)相結(jié)合，搭建礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以及采集即時風(fēng)量的自修復(fù)系統(tǒng)，完成礦井通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自動采集、分析處理以及自修復(fù)的功能。目前系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入小范圍驗證階段，取得了不錯的效果。

1 礦井風(fēng)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型建立

建立風(fēng)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)前，首先應(yīng)該確定便于監(jiān)控采集的參數(shù)。根據(jù)公式h=RQ2可知，礦井的風(fēng)壓受到網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)風(fēng)量Q以及風(fēng)力阻值R的影響，其中已知兩個值就可以通過公式計算出另一個值。在這三個參數(shù)測量過程中，其風(fēng)壓參數(shù)的監(jiān)測難度較大，而且易受外界因素的影響，測量結(jié)果偏差較大，所以在實際的通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測中，通常選擇風(fēng)量監(jiān)測作為主要的監(jiān)測項，通過風(fēng)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)最終計算得出風(fēng)壓值。關(guān)于巷道中風(fēng)速已經(jīng)有了部分明確規(guī)定，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 巷道中特定風(fēng)速的要求

在通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測模塊中，其監(jiān)測風(fēng)量作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵維護(hù)參數(shù)依據(jù)，其采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響著系統(tǒng)運行的安全性。在傳統(tǒng)礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，主要由巷道通風(fēng)管理人員來完成風(fēng)量數(shù)據(jù)的采集與匯總。此種方式完全依賴于員工，對員工的要求較為嚴(yán)格，其維護(hù)人員不僅要充分了解井下巷道的構(gòu)造以及通風(fēng)機(jī)的位置與布局，通過固定時間的巡檢完成機(jī)器的維護(hù)和數(shù)據(jù)的采集，同時還需要了解數(shù)據(jù)的波動規(guī)律，可以第一時間對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，因此此項工作難度較大，實施效果并不理想。

面對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集弊端，煤礦嘗試引進(jìn)了風(fēng)網(wǎng)數(shù)據(jù)解碼計算管理軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以輔助技術(shù)人員科學(xué)快速地對通風(fēng)系統(tǒng)實現(xiàn)管理。將該系統(tǒng)應(yīng)用于傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)中，可以通過數(shù)據(jù)的對比分析，預(yù)測設(shè)備將要出現(xiàn)的故障，對其進(jìn)行修復(fù)處理；可以對系統(tǒng)的布局進(jìn)行檢驗，檢查布局是否合理；可以在系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后立即啟用緊急模式，啟動備用機(jī)器同時報警，第一時間發(fā)給維護(hù)人員位置，實現(xiàn)故障的及時處理。

2 通風(fēng)系統(tǒng)自動監(jiān)測修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計

2.1 礦井通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)

礦井智能通風(fēng)監(jiān)測管理系統(tǒng)整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

監(jiān)測系統(tǒng)是由各種傳感器組合交匯，實現(xiàn)其風(fēng)量的監(jiān)測功能。其中傳感器主要由光敏等元件、轉(zhuǎn)介元件和信號處理元件組成。在風(fēng)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理軟件的正確指導(dǎo)下合理安排檢測的位置以及區(qū)域，敏感元件可以將監(jiān)測點的參數(shù)采集，同時經(jīng)過轉(zhuǎn)介頻率后完成傳輸，最終到達(dá)監(jiān)測站。監(jiān)測站通過音視頻的實時接收、分析實現(xiàn)了與井下監(jiān)測站的信息互聯(lián)。同時為了減少故障發(fā)生時信息不及時的現(xiàn)象，搭建了現(xiàn)場總線監(jiān)控管理平臺，通過井上的工作總機(jī)可以直接向傳感器發(fā)號施令，實現(xiàn)了真正的互聯(lián)。不斷加強(qiáng)分站管理技術(shù)，實現(xiàn)分站各自管理，各自上傳數(shù)據(jù)到總站，總站對其統(tǒng)一分級管理，將不同地點的各級工作站緊密相連，實現(xiàn)真正的消息互聯(lián)。

2.2 礦井通風(fēng)自修復(fù)監(jiān)測分析系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

實現(xiàn)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的搭建之后，需要對礦井通風(fēng)自動化修復(fù)智能監(jiān)測信息分析管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，如圖2。該系統(tǒng)分為三部分，分別是礦井智能監(jiān)測傳輸管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸管理子系統(tǒng)以及井下自動監(jiān)測采集管理子系統(tǒng)。礦井井上監(jiān)測傳輸系統(tǒng)采用大屏顯示模組可以非常直觀地清晰展示井下智能監(jiān)測區(qū)域化管理的優(yōu)勢以及風(fēng)網(wǎng)解碼數(shù)據(jù)分析的優(yōu)點。數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)則是采用光纖以及專用的交換機(jī)來實現(xiàn)信息的互通與傳輸，其將井下監(jiān)測點與井下監(jiān)測站以及井上監(jiān)測總站連成一片，打造了一張通風(fēng)系統(tǒng)的信息網(wǎng)，實現(xiàn)了井上井下實時互聯(lián)的景象，將采集的信息以及處理的對策及時無誤地傳輸?shù)礁髯怨ぷ鞯狞c上。自動監(jiān)測采集系統(tǒng)是通過風(fēng)網(wǎng)預(yù)測的監(jiān)測點設(shè)置傳感器，經(jīng)過轉(zhuǎn)換實時將信息上傳至監(jiān)測站，監(jiān)測站實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理完成預(yù)測的功能。

圖2 礦井風(fēng)網(wǎng)自修復(fù)系統(tǒng)總體設(shè)計框架圖

2.3 系統(tǒng)的程序設(shè)計

設(shè)計的礦井通風(fēng)自動修復(fù)監(jiān)測系統(tǒng)，主要工作就是可以自動完成礦井通風(fēng)系統(tǒng)的整體風(fēng)量自動監(jiān)測，通過風(fēng)網(wǎng)前期處理，預(yù)設(shè)風(fēng)量的安全值，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏離系統(tǒng)風(fēng)量安全的設(shè)定值時，立即開啟自動修復(fù)監(jiān)測模塊功能，第一時間對系統(tǒng)進(jìn)行自動調(diào)整。在調(diào)整的同時還會通過風(fēng)網(wǎng)解碼管理軟件對前期設(shè)定的安全值進(jìn)行重新評估調(diào)整，實現(xiàn)整個系統(tǒng)風(fēng)量監(jiān)控的有效性。本系統(tǒng)較傳統(tǒng)的礦井風(fēng)量通風(fēng)自動監(jiān)測管理軟件不同的是，本軟件系統(tǒng)不僅可以對礦井風(fēng)量自動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析進(jìn)行自動優(yōu)化，并能在風(fēng)量監(jiān)測數(shù)據(jù)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)定的風(fēng)量監(jiān)測值之間誤差大小超過極限時自動調(diào)用到通風(fēng)網(wǎng)自動解調(diào)計算本系統(tǒng)并能進(jìn)行自定義修復(fù)自動調(diào)整。

伴隨著煤礦采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，井下通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系以及巷道總分之間的通風(fēng)阻發(fā)生著很大的變化。隨著井下工作面的不斷推進(jìn)井下的環(huán)境也在不斷地發(fā)生著變化，其系統(tǒng)設(shè)備的性能參數(shù)以及主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)都不能處于靜態(tài)不變，其安全值以及設(shè)備的設(shè)定值需要根據(jù)井下的實施情況進(jìn)行動態(tài)的調(diào)整，如此一來才能保證通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量收集以及故障預(yù)測處理的準(zhǔn)確性。風(fēng)網(wǎng)自修復(fù)模塊設(shè)計框架圖如圖3。

圖3 風(fēng)網(wǎng)自修復(fù)模塊設(shè)計框架圖

3 結(jié)論

為了解決目前通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)網(wǎng)解算數(shù)據(jù)滯后，時效性差，不能對安全隱患進(jìn)行及時報警，造成事故出現(xiàn)的問題，通過結(jié)合理論基礎(chǔ)，對通風(fēng)系統(tǒng)的自修復(fù)模塊進(jìn)行了設(shè)計分析，完成了對井下通風(fēng)系統(tǒng)自我修復(fù)系統(tǒng)的設(shè)計，不僅做到了風(fēng)量數(shù)據(jù)的實時化采集，還可以在采集過程中對其進(jìn)行優(yōu)化處理，為企業(yè)營造一種安全生產(chǎn)的氛圍。目前該系統(tǒng)在霍寶煤礦第一采區(qū)進(jìn)行了小范圍驗證，驗證期間，通風(fēng)系統(tǒng)的故障率較之前降低80%，處理故障時長由之前的5 h 降低到2 h，同時降低了維修工作人員的工作難度，提高了準(zhǔn)確度，為采區(qū)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。目前系統(tǒng)暫未穩(wěn)定仍在檢測中，等系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定后，參數(shù)確定好，后續(xù)會持續(xù)跟進(jìn)系統(tǒng)的優(yōu)化升級，最終實現(xiàn)煤礦的全覆蓋。