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矿井智能通风系统优化研究

发表时间：2020/7/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：敖选俊

[导读] 摘要：矿物风机在矿物生产中起着重要作用。

        煤炭工业石家庄设计研究院.贵州分院贵州贵阳 550000
        摘要：矿物风机在矿物生产中起着重要作用。它不仅为井下的作业场所提供新鲜空气，而且适合有效地应对气体聚集、粉尘聚集、热开发等领域的灾害。尤其是近年来，随着许多煤炭输送阶段继续进入地下工程阶段，矿山的土壤开发、通风系统日益复杂、土壤流失分布不足、空气流通不足、空气污染等严重危害井下工作人员安全的因素不断发展。改善工人工作条件，提高矿井经济效益，保证生产安全，矿山深入发展，改进井下通风系统的实时准确监测和测量，保证通风系统正常运行。为此，本文结合引脚多年的经验，提出了优化矿物通风系统研究的建议。
        关键词：矿井；智能通风系统；优化分析
        引言
        强化矿井通风系统研究，实现通风参数精准测量与监控、确保通风系统平稳可靠运行，对保证矿井生产安全以及效益提升都有显著促进意义。提出了一种基于总线技术的通风网络系统设计优化措施。该系统具有可靠性高、响应快、实时监测等特点。能够提高矿井通风系统的实用性和可行性。
        1、PLC通风控制系统优缺点分析
        1.1优点分析
        在PLC技术广泛应用于矿井通风系统之前，井下通风设备的管理往往采用继电控制装置。在运行过程中，PLC控制系统的工作原理如下：1）首先通过布置在地下各处的传感器采集地下隧道的风量、风压、瓦斯浓度、温度等参数，经EM235模块编辑、模数转换和数据存储后，将相关数据信息传送到下位机进行分析处理；2）采用RS485作为数据信号，接口传输到上位机配置的fameview软件（射流控制组态软件）进行分析处理，根据分析结果发出相应指令，对井巷状态进行动态响应，并将相关数据传输到下位机进行处理；3）根据动态响应结果，控制相应执行模块发出的操作指令，然后远程控制井下风机、通风结构等，调整井下通风。
        1.2缺点分析
        基于PLC控制系统的煤矿监控系统，可以实现对风机运行关闭状态的一键控制、通风风量的实时调节、通风装置的联锁控制等，而且整个通风控制系统结构简单，操作方便，极大地促进了通风系统的高效连续运行。但随着矿山生产规模的不断扩大，地下巷道的不断延伸，地下通风管网的复杂性不断提高，井下生产中通风系统的遥控分析等问题不准确，通风响应慢，生产联动不够快，风量调节不当逐渐显现，PLC控制系统已不能满足现代地下生产的需要。其具体表现在三个方面：1）监测数据不足。受PLC监控系统自身扩展的限制，随着矿山生产规模的不断扩大，监控系统已不能对整个矿山井下生产系统进行全面监控，监控数据不足，使系统分析结果失真，与实际情况有偏差。2）随着矿井通风线路的不断延长，井下数据采集、传输、分析、处理和指挥调度所需的响应时间明显增加，导致通风系统调度和运行联动效率低下。
        2、基于现场总线技术的智能通风系统
        针对某矿原有通风控制系统在使用中存在的不足，设计并提出了一套基于现场总线技术的优化改进方案。改进后的系统由四个独立的模块组成，即数据采集模块、操作执行模块、危险报警模块和冗余设计模块。各模块通过以太网技术传输数据，通过CAN总线进行网络调节。其工作原理是：1）各感测装置采集通风设备运行和工作环境的数据，将采集到的数据传送到现场监控装置，再通过以太网传送到监控中心；2）监控中心对采集到的数据进行全面、智能化的分析，从而达到为了准确判断矿井的实际情况，进而确定相应的处置决策，并借助以太网将决策命令传送到现场控制设置；3）现场计算机将决策命令传送到每个CAN节点，然后CAN节点对指令进行分析，根据说明书内容控制设备做出相应动作，并对动作后设备的运行进行监控。

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与原有的PLC通风控制系统相比，优化改进后的系统具有以下优点：1）系统的四个模块均独立运行，任何模块的任何功能不影响其他模块的运行；2）系统的数据传输采用以太网和现场CAN总线2前者用于井内和井下的信息交换，后者用于井下设备的现场计算机操作控制，最大限度地保证了系统的快速准确运行；3）针对通风系统的不断扩展会导致突发性问题增多的情况，智能系统设置了专用冗余系统，当井下通风设备或构筑物发生事故时，可立即调用备用设备投入生产，以保证矿井通风安全。
        3、现场应用测试分析
        矿井于某年2月开始使用智能通风系统，为对该系统可靠性、稳定性进行测试，在井下回采工作面以及掘进工作面进行CO2释放测试分析，从而判断通风系统应对井下异常情况的自动调节能力。
        3.1测试方案
        在回采工作面、煤巷掘进工作面同时测试，具体的测试步骤为：在测试地面所有的通风构造物（主要为1~4号风门、E~H号风窗）均处于关闭状态（0表示关闭、1表示开启），地面风井主要通风机工作频率为30Hz；在测试地点用稳压阀将CO2缓慢释放至M点及N点，CO2浓度增加3000×10-6表示“慢速”灾害、浓度增加5000×10-6表示“快速”灾害；在最短时间以及最小风速下对有害气体浓度进行稀释，并对通风设备及通风构筑物运行进行调整，具体遵循原则为优先调节风门，其次调节风窗，最后才调整通风机运行状态，通过调整风门、风窗开度以及风机运行频率，达到最佳通风控制策略；井下用通风风速控制在0.7~2.7m/s，稀释后的CO2浓度控制在2000×10-6以下。
        3.2测试结果分析
        （1）回采工作N点释放CO2测试结果分析。当CO2释放类型为慢速时，风门、风窗状态分别为0111、0110，通风机工作频率为30Hz，通风系统可以在124s将释放点的CO2浓度降低至1924×10-6，整个耗时时间为124s；当CO2释放类型为快速时，若仅仅通过改变风门、风窗状态无法实现降低CO2浓度目的，需要将通风机工作频率由30Hz调整至60Hz，风门、风窗状态分别为0110、0111通风系统可以在236s将释放点的CO2浓度降低至1930×10-6。（2）轨道巷M点释放CO2测试结果分析。当CO2释放类型为慢速时，保持通风量及降低CO2浓度最佳的通风系统调整策略为：风门、风窗状态为0110、0101，主要通风机工作频率为30Hz，可以在131s时间内将CO2浓度从3000×10-6降低至1955×10-6；当CO2释放类型为快速时，需要将主要通风机工作频率调整至60Hz，风门、风窗状态为0100、0111，此时通风系统通过243s可以将CO2浓度从5000×10-6降低至1968×10-6。（3）M点、N点同时释放CO2测测试结果分析。在M点、N点同时释放CO2浓度为5000×10-6，通风调节风门、风窗以及主要通风机运行状态达到最优通风策略，智能通风控制系统将风门、风窗状态调整为0110、0110，主要通风机工作频率提升至60Hz，回采工作面以及轨道巷掘进工作面分别用时190s、192s将CO2浓度降低至运行范围内。
        结束语
        总而言之,通风安全是保证矿井安全生产的有效手段，对提高矿井综合效益具有积极意义。矿山管理者应高度重视相关问题，积极运用现代化手段提高通风系统在生产中的调节效果，实现通风调节的智能化运行，为矿山生产的持续安全提供坚实保障。
        参考文献
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        [3]罗红波,李俊桥,李雨成.矿井通风智能决策支持系统研究[J].现代矿业,2019,35(07):209-212.
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