矿井通风安全预警体系的研究.pdf

2019 年第 5 期2019 年 5 月 0引言 随着煤炭综采技术的不断发展，现代煤炭的综采 作业深度不断获得突破，特别是千米级深采的进行， 对矿井通风系统工作的可靠性和安全性提出了更高的 要求，一旦煤矿通风系统在工作时出现故障，将导致井 下空气流通中断，既无法为井下综采作业人员提供新鲜 空气，也无法将有毒有害气体排出井下，因此极易导致 瓦斯、粉尘爆炸事故，甚至导致人员伤亡，给煤矿生产 企业造成巨大的经济损失和恶劣的社会影响[1]。因此迫 切需要建立一套矿井通风安全预警体系，使其能对通 风系统的工作情况进行监测，及时判明异常并发出报 警信号，同时需要能根据井下空气情况对矿井通风系 统工作时的风量和风压进行调整，确保井下的通风安 全。本文对一种基于 PLC （ 可编程逻辑控制器 ） 系统的 矿井通风安全预警体系进行了论述，对其的应用极大 地提升了煤矿通风系统运行的安全性和可靠性。 1通风安全预警体系总体结构 矿井通风安全预警体系的总体结构如图 1 所示。 由图 1 可知，该通风安全预警体系主要包括信息采集 部分、预警推理系统、安全评估决策系统、预警指标 体系、预警应急预案。系统在工作时首先通过信息采 集部分对指标体系中所选定的各监测目标进行数据采 集，然后将采集并初步分析的数据通过预警监测系统 发送给预警推理系统，对矿井通风系统的运行情况进 行初步的推理、评估。在这个过程中系统的安全评估 决策系统将根据系统预先设定的威胁等级来对各危险 因素对煤矿安全的威胁程度进行安全系数标定，最后 根据评估结果来进行相应等级的安全预警，当系统发 出预警后，控制中心将根据各种监测结果对危险源进 行判别并自动启动应急处理预案。总的来说，该安全 预警系统主要是通过监测系统对供电、风机运行及井下 空气环境进行监测和综合判断，对通风系统的运行情况 进行判断，及时发出警报并自动进行应急处置。 图 1矿井通风安全预警体系总体结构 2矿井通风预警体系的风机启动流程监测 以晶鑫煤业为例，其采用的为对旋轴流式通风机， 在工作时首先将井下风门进行关闭，同时将地面上的 进风风门打开。当风机正常启动，运行正常后将地面 上的风门关闭，同时打开地下的风门，进入供风程序。 在该对旋轴流式风机中，2 个电机容量相等，在电机进 收稿日期2019-03-16 作者简介孟鹏飞，1983年生，男，山西晋城人，2013年毕业于太 原理工大学采矿工程专业，工程师。 矿井通风安全预警体系的研究 孟鹏飞 （ 山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，山西 晋城 048000 ） 摘要 根据煤矿通风系统运行可靠性的要求，提出了一种基于PLC系统的矿井通风安全预警体系，并对该体系的总体 结构、风机启动流程监测、算法流程及监控系统进行了探讨。该体系极大地提升了煤矿井下通风的安全性和可靠性，具 有较大的应用推广价值。 关键词 矿井；通风安全；预警体系；PLC 中图分类号 TD724文献标识码 A文章编号 2095-0802-201905-0135-02 Study on Mine Ventilation Safety Early Warning System MENG Pengfei Jingxin Coal Industry Co., Ltd., Yangcheng Yangtai Group of Shanxi, Jincheng 048000, Shanxi, China Abstract According to the requirement of operation reliability of mine ventilation system, this paper put forward a mine ventila- tion safety warning system based on PLC system, and discussed the overall structure, fan start-up process monitoring, algorithm process and monitoring system of the system. The system greatly improves the safety and reliability of underground ventilation in coal mines, and has great application and popularization value. Key words mine; ventilation safety; early warning system; PLC （总第 164 期） 技术研究 CO浓度 CH4浓度 煤尘浓度 温度 排风量 积水区水深 下位 机执 行 事故 处理 对策 制订 事故 处理 方案 危险状态 应急预案 煤 矿 安 全 预 警 推 理 系 统 煤 矿 安 全 评 估 决 策 系 统 KJ95N 监 测 系 统 信 息 采 集 明确原因 警戒状态 正常 状态 预警模型 （指标体系） 135 2019 年第 5 期2019 年 5 月 能源知识 行转动时，设置为相反转动，为了将风机在开启时对 矿山供电系统的冲击降低到最小，当一个风机启动一 定的时间后再开启另一个风机，在矿井通风安全预警 体系中，通过对风机启动流程的监测，能在第一时间 判明风机的工作状态，为安全处置预留充足的时间。 风机的启动流程如图 2 所示[2]，其中 N 表示未正常运 行，Y 表示正常运行，T0表示风机启动时间。 图 2风机启动流程示意图 3矿井通风安全预警体系的算法流程 为了提高对矿井通风安全预警的准确性，本文采用 了模糊逻辑控制理论对预警体系的数据处理过程进行控 制[3]，其主要包含了监测数据的输入、模糊控制器及被控 对象等，在该控制系统中一个二维的平面控制模型的参 考量为系统的输入误差 e 及系统输入误差的改变量吟e。 在进行矿井通风安全预警计算时，首先利用模糊 逻辑控制理论建立适合的模糊神经网络系统，根据预 设的输入数据、输入节点数量及系统设定好的各个节 点函数的数据处理逻辑等，实现对各监测数据的集中 汇总和综合分析。然后根据数据参数样本来对控制系 统的网络进行训练并修正，再次对监测数据进行分析， 最终实现对矿井通风安全预警体系的准确预警，确保 煤矿通风安全。基于模糊控制的矿井通风安全预警体 系的逻辑算法流程如图 3 所示。 4矿用通风安全预警体系监控系统 监控系统是矿用通风安全预警体系的核心，其主 要作用是对各预警体系的评价参数进行检测、分析[4]， 及时获取异常的状态信号并将其传输给控制中心，实 现对故障信息的“被动应对”到“主动收集” ，该监控 系统的结构框图如图 4 所示。 5结语 提出了一种新的矿井通风安全预警体系，并对该 体系的总体结构、算法流程及监控系统等进行了论述， 结果表明a 安全预警系统主要是通过监测系统对供 电、风机运行及井下空气环境进行监测和综合判断， 对通风系统的运行情况进行判断，及时发出警报并自 动进行应急处置；b 该预警体系采用模糊逻辑控制理 论对预警流程进行处理，具有运算速度快、可靠性高 的特点；c 该预警体系的监控系统能实现对故障信息 的“被动应对”到“主动收集” ，具有较高的可靠性。 参考文献 ［1］ 穆荣， 赵安新， 施秉莉.煤矿预警监测信息系统的研究技术与 创新管理 ［J］ .技术与创新管理， 2008， 292 203-205. ［2］ 李艳强， 王福生， 柳晓莉， 等.矿井粉尘危害综合评价指标体系 与应用研究 ［J］ .中国矿业， 20055 100-103. ［3］ 高强， 宋祎， 杜忠晓.基于模糊神经网络的信息融合在赤潮预 测预警中的应用 ［J］ .海洋技术， 2006， 252 103-106. ［4］ 贾真.神经网络在煤矿瓦斯预警系统中的应用研究 ［D］ .长春 长春工业大学， 2007. （ 责任编辑高志凤 ） 启动1号通风机电动机 启动2号通风机电动机 开1号、 2号风门， 关1号地门 风门开关到位 开始 启动完成 完成 初始化程序 T0定时时间 N N N Y Y Y 系统建模 构建合适的模糊神经网络 模糊神经网络初始化 模糊神经网络训练 训练结束 测试数据 模糊神经网络训练 模糊神经网络预测 模糊神经网络预测 模糊神经网络构造 图 3安全预警体系的模糊算法流程示意图 图 4安全预警体系的监控系统 传感器1 传感器2 传感器3 传感器N KJ95N 数 据 筛 选 数 据 存 储 组 态 软 件 控 制 器 PLC控制中心 水煤浆 水煤浆是 20 世纪 70 年代兴起的煤基液态燃料， 可 作为炉窑燃料或合成气原料， 具有燃烧稳定、 污染排放 少等优点。它是由煤、 水和化学添加剂按一定的要求配 制成的混合物， 具有较好的流动性和稳定性， 易于储存， 可雾化燃烧， 是一种燃烧效率较高和低污染的较廉价的 洁净燃料。水煤浆是由大约 65的煤、 34的 H2O 和 1 的添加剂通过物理加工得到的一种可管道输送的代油 煤基流体燃料。它改变了煤的传统燃烧方式， 显示出了 巨大的环保节能优势， 已成为替代油、 气等能源的最基 础、 最经济的洁净能源。 136