煤矿主通风机系统自动控制的功能与应用.pdf

煤矿主通风机系统 自动控制 徐辉 冀中能源 邯矿集团 聚隆矿业有限公司， 河北 邯郸 0 5 6 0 0 0 的功能与应用 摘要 通风机是煤矿生产中重要的机电设备 ， 是实现井下空间正常通风换气， 预防瓦斯气体堆积 ， 确保矿井安全生 产的关键。随着近年来机电一体化技术的不断发展， 自动控制技术在矿井通风机系统中也得到了广泛的应用， 实现了矿 井通风机系统的自动化、 智能化运行， 提高了矿井通风系统的运行受全系数。本文主要对基于 P L C技术的煤矿主通风机 自动控制系统的设计功能与应用进行探讨。 关键词 煤矿通风机 ； 自动控制技术 ； 设计与实现 中图分类号 F 4 0 6 ． 3； T D 7 2 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 7 l 8 0 0 4 1 0 2 煤 矿井下生产过程 中， 如果通风不足 的话 ， 则 有可能造成井下人 员的缺氧窒息 ， 或是瓦斯浓度 增加 ， 引发各类安全 生产事故。矿井 通风机系统 在矿井生产中承担着向井下输送新鲜空气， 确保 井下空气循环流通以及降低井下瓦斯、 煤粉尘浓 度的重要任务。由于通风机工作负荷较大， 工作 环境恶劣， 因此出现故障的可能性也比较大， 人工 管理方式往往由于未能及时发现通风机故障， 或 操作失误而给事故发生留下了隐患。在近年来机 电自动控制技术快速发展的推动下， 煤矿通风机 系统也逐渐由自动控制取代了过去的人工管理 ， 实现了对矿井环境和通风机运行状况的实时监控 和自动控制。提高了通风机系统运行的可靠性， 保障 了矿井正常通风 和安全生产 ， 预 防和减少 了 矿井安全事故 的发 生， 并在一定程度 上提高 了通 风机系统运行的经济性 。 1 通风机 自动控制 系统的组成及控制过程分 析 煤矿主通 风机 自动 化控 制系 统主要 由传 感 器、 中央控制系统和通风系统三部分组成。传感 器系统包括风压、 风量传感器， 瓦斯浓度传感器， 温度传感器， 振动传感器等， 主要负责对这些数据 的实时采集和传输； 中央控制系统包括微型计算 机 、 P L C 、 变频器等 ， 它们是整个通风机系统的 自动 化控制中枢， 主要负责对传感器数据的接收、 处 理， 并根据其数据变化， 及时向执行机构发出相应 的控制指令 ， 以控制风机转速等， 满足矿井通风需 要 。此外 ， 中央控制 系统还负责控制声光报警 电 路 ， 在矿井 内某个参数超标 或是风机系 统出现故 障时进行声光报警； 通风机系统主要是指通风机， 由中央控制系统指令控制下执行相应的送风指 令。为提高通风机系统的 自动化控制水平， 基于 P L C的控制系统往往将 P L C与变频器相结合， 以 实现对异步电机的变频调速控制。通常情况下， 主要有开关指令 、 模 拟量控 制和 R S一4 8 5三种控 制方式 ， 以满足不 同工况下对通风机 系统 自动控 制的要求 。 系统的 自动化控 制过程 可分 为以下 几个环 节 ①各类传感器对环境信息的采集和传输； ②微 计算机对采集信息的处理； ③P L C根据实时数据 和已编好的内部程 序 ， 向变频器和声光 报警器等 发出控制信号指令； ④由风机和声光报警仪完成 相应的控制指令 。 2通风机自动监测控制 系统实现的功能和应 用 2 ． 1数据 的 实时监 测 自动控制系统通过各种传感器可实现对井下 环境中各项数据参数的实时监测于采集， 这也是 通风机 自动控制的前提 ， 包括对井下风量、 风压和 瓦斯浓度的监测和采集等等。这些监测数据的采 集都是通过各种传感器来实现的， 具体参数数据 也可通过显示屏显 示， 从而可以帮助人们在不用 亲临现场的情况下， 及时准确地掌握矿井环境和 风机工作的各项参数， 同时还可随时对这些参数 查看和进行汇总分析， 以对风机系统运行和矿井 安全生产进行改进。 2 ． 2 自动控 制 与 自动报 警 当风机处于变频工作状态时 ， 自动控制系统 能够根据井 下环境 实际情况， 自动地进行转速和 风量的调节， 以维持井下足够风量， 满足安全生产 的需要。当监测系统监测到井下通风不足 ， 瓦斯 浓度超标时 ， 系统会 自动发出声光报警 ， 同时对通 风机发出相应的控制信号 ， 改变通风机的风量和 风压输出， 以加强井下通风， 降低瓦斯浓度。风机 的自动报警系统还包括对风机运行状态的实时监 测， 并对风机的电量参数、 前后轴温、 振动情况等 进行显示， 当这些风机运行参数超出设定值时， 系 统会控制报警 电路 ， 发 出声光报警 ， 提醒操作人员 风机运转不正常， 为安全生产做好预警预防。 2 ． 3故 障 的检 测 与诊 断 收稿日期 2 0 1 7 0 7 2 5 作者简介 徐辉 1 9 8 7一 ， 男 ， 中共党员 ， 毕业于河北工程大学科信学院机械设计制造及其自动化专业， 邯矿集团聚隆 矿业有限公司制修厂技术员。 41 自动控制系统还具 备故障 自动检测和处理功 能， 当通风机系统出现故障时， 系统能够触发故障 处理 ， 发出相应 的控制指令 ， 进行风机运行状态 的 切换， 增大其他风机风量或启动备用风机， 以保证 矿井正常通风 。此外 ， 自动控制系统还具 备故 障 存储功能， 对故障发生的原因、 类型、 时间等内容 信息进行存储， 方便了维保人员对故障的分析和 对设备的维护检修， 确保设备正常使用。 2 ． 4人 机 交互 人机交互能够实现风机工频运行状态 的 自动 和手动两种控制模式 的切换 ， 允许 已授权 的操作 人员通过上位机 界面对 报警信号进行 紧急处理 ， 以及直接控制风机 的启停等操作 ； 此外人机交互 下控制人员还可对系统控制程序进行修改， 例如 调整报警下限等， 从而实现人工对 自动控制的干 预， 以使自 动控制更具灵活性， 能够更好地适应生 产实际情况的变化。人力交互系统还能够按需求 记录实时监测数据 并记录报警事件 ， 将 监测数据 在模拟运行画面上 动态 显示同时 ， 同时支持对数 据报表的打印 ， 方便对风机系统的管理 。 2 ． 5节能降耗 变频调速是 自动化控制的一大特点， 是通过 改变电动机定子的供电频率来实现风机速度的同 步调节 。变频调速可以实现通风机的软启动和无 极平滑调速 ， 有利于降低通风机 启动和运行时 的 电能消耗， 延长电动机和风机使用寿命。 参考文献 [ 1 ] 高俊祥， 高孝亮． 自 动化控制技术在煤矿通风系统 中的应用[ J ] ． 煤矿安全， 2 0 1 l ， 1 1 ． [ 2 ] 朱秀斌． 基于变频调速和 P L C的风机控制系统研 究[ J ] ． 制造业 自动化， 2 0 1 l ， 2 4 ． 责任编辑 陈凌霄 上接第 3 8页 将除尘喷雾装置安装在掘进机摇臂的两侧， 提高 喷雾的面积和降尘的效果。 2 ． 5煤炭生产降尘新技术设备 目前， 煤矿生产常用的清水喷雾降尘效果较 差 ， 对于可吸入性粉尘的降尘率不到 3 0 ％ 。新型 ．气水喷雾为雾化原理的装备可以有效提高喷雾 的降尘效果。应用于煤炭生产实践的气水喷雾最 开始为气液两相流体的混合物， 当气液比条件发 生变化时， 高速气流会对水流进行冲击使其发生 破碎， 这时气体为连续相而液体为分散相， 原有的 混合空间内充满分散相 的液滴和连续相 的气 流 ， 液体得以充分雾化。该技术应用的关键在于喷嘴 前方气泡两相流的形成。为了提高气水喷雾的效 果 ， 要对装置的供水压 力、 喷嘴结构形式以及气液 比等参数进行计算和确认。巷道、 综采工作面以 及综掘工作面等粉尘的产生点和扩散区域都可以 应用气水喷雾设备。 4 2 2 ． 6煤炭 生产 降尘新材 料 我国煤矿生产 的降尘措施 大多与水有关 ， 水 与粉尘之 间的作 用成为影 响降尘 效果 的主 要因 素。可 以通过 防尘水 中添 加降尘材料的手段 ， 提 高粉尘与防尘水的亲和性， 从而促进喷雾降尘效 果的增加。 目前 ， 我国 已经研发 出了降尘性 能出 色、 环保且添加剂量较低的粉尘捕捉剂， 并且在煤 矿生产中得 到 了实践。对 综掘 机正 常作 业条 件 下， 相似工况条件下的测尘点粉尘浓度进行对比， 其中一组为清水喷 雾降尘 ， 另一 组为添加粉 尘捕 捉剂的清水喷 雾降尘措施 ， 结果显示没有其 他防 尘措施的条件 下 ， 添加粉尘捕捉剂 的清水喷 雾降 尘效果要显著 高于对 照组 ， 粉尘 浓度也 比较 低。 粉尘捕捉剂的添加可以提高可吸入粉尘的防治效 果， 井下作业人员可以明显感受到粉尘浓度降低 造成的视野、 呼吸的感官变化。 3粉尘成套防治技术模块化应用 结合煤炭 生产过程种粉 尘的产生、 运动 和迁 移特点， 可以对粉尘治理技术进行 综合利用 ， 利用 模块化的方法整合粉尘治理 技术 ， 构建 出科学合 理的粉尘治理技术体系， 为粉尘治理提供技术保 障。目前， 已经有煤炭企业采用了本文所述的粉 尘治理技术体系 ， 并且根 据本企业 的生产规模和 粉尘产生、 运移 的特 点进行 了相应的防尘技术设 计 ， 采用了新型的气水动力喷雾装置 、 煤层注水技 术、 煤炭生产粉尘检测技术和新型的降尘材料 ， 实 践中综合防尘成套技术的现场综合降尘率超过 9 0 ％， 可以充分满足煤矿生产粉尘防治的需求， 煤 炭开采的井下作业条件得到了显著的改善， 对于 煤炭生产质量 的提高以及作业人员的安全保障具 有重要的意义 ， 因而分成成套 防治技术模块化体 系具有推广应用的价值 。 4结束语 煤矿生产的粉尘防治建设要秉持源头控尘 的 理念， 加强粉尘发生源的防控 ， 通过适量的煤层注 水降低粉尘 的产 生量， 还可以通过新型 防尘材料 和喷雾设 备的 引用提 高煤 矿生产 的粉尘 防控 效 果。煤炭企业在进行粉尘综合化成套防治体系的 建立中， 要结合现有的技术设备和煤炭生产特点， 合理组合降尘技术模块 ， 提高粉尘治理成效 ， 促进 煤炭生产安全性的提高。 参考文献 [ 1 ] 王连富． 掘进工作面粉尘综合治理新技术在 白庄 煤矿的实践与应用[ J ] ． 山东工业技术， 2 0 1 7 ， 1 2 ． [ 2 ] 李元武． 矿井综掘工作面粉尘治理技术的研究与 应用[ J ] ． 能源技术与管理， 2 0 1 7 ， 2 ． 责任编辑 陈凌霄l