煤矿多点移动式测风装置的关键技术研究

何小龙

(潞安集团 余吾煤业有限责任公司,山西 长治 046100)

煤矿多点移动式测风装置的关键技术研究

何小龙

(潞安集团 余吾煤业有限责任公司,山西 长治 046100)

为降低矿山人工测风的工作量,提高风量测试的准确率,引进以电动机为动力、丝杆为传动装置的多点移动式测风装置,着重分析该装置工作原理,改进风量测试位置和测试时间,编程控制风速传感器在水平和垂直方向的精确运动。通过多点移动、精确定位技术对矿井风量进行精确计算,优化矿井测风技术,提高矿山生产效率以及机械化程度。在某矿进行现场试验,结果表明:多点移动式测风与人工测风相比准确率为95%以上。

矿井通风;风量测定;多点移动

近年来,随着采矿技术的发展,原有的矿井通风系统已无法满足矿山生产能力的需求,现有测风方法对矿井风量数据掌握不够全面,精确度较差。本文介绍矿山测风工作原理,设计开发了多点式测风装置,于测风平面多点测量,提高测风工作效率,有利于矿山的数字化发展。

1 当前测风方法存在的问题

目前矿山常用的人工测风方法仍是沿用传统的“曲线”测风法、“四线”测风法和“十二点”测风法。但这些方法均要求测量过程中风表的不断移动、倾斜,以及在巷道断面不同的风速层次上移动风表时间的不均匀性,影响风速测量的精度;测量过程中需对单个测风点进行多次测量校验,工作量较大,工作效率较低。

矿山常用固定点测风方式为通过将风速传感器置于工作面某一位置,测试该点风速。此种方式虽然一定程度上减少了测量强度,但是受限于测量位置的选定,选定位置的不同直接影响风速测量的精确度。刘楚等提出通过测量井巷中心点最大风速来计算平均风速[1],王翰锋等提出对井巷平均风速点进行定点测量[2-3],鹿广利等提出对任意风速测量点进行校正,求得平均风速[4-6],暨朝颂等认为由于风的流动性,风速分布是不均匀的,通过单“点”测速并不能代表测风断面的风量[7-8],余跃进等认为巷道断面粗糙度,巷道半径等因素皆会影响巷道风速的计算,目前对其校准也无统一标准,容易造成极大地误差[9-10]。

2 多点移动式测风装置

引进的多点移动式测风装置通过编程设定测量轨迹和测量时间,对提前安放的风速传感器进行远程控制,采集相关数据并传至控制中心,控制中心对存储的风速数据求取平均值,从而实现用风地点的风量分配,提高矿山生产效率。

多点移动式测风装置主要由感应装置、动力装置、传动装置以及其他装置组成。感应装置主要是风速传感器,安装于测风杆端头,能够实时监测测风平面,将相关数据及时传输至控制中心;动力装置是电动机,电动机数量根据测量任务而定,其功能是为风速传感器的水平和垂直运动提供动力;传动装置的关键部件有水平和竖直丝杆,丝杆能够将电动机的旋转运动转化为风速传感器的直线运动。丝杆处于工作状态时,螺母与丝杆轨道产生相对运动,带动相连部件的运动,水平丝杆左端电动机带动丝杆旋转,竖直丝杆的旋转动力来自于上端电动机。多点移动式测风装置采用滚珠丝杆,精度比较高,误差小,降低了因测风误差产生的不利影响。测风杆、水平轨道车、水平导轨均为其他装置的部件,水平轨道车的功能是带动竖直丝杆向左或向右做直线运动,竖直丝杆的旋转会带动测风杆向上或向下做直线运动。

3 精确定位关键技术原理

3.1精确定位技术

精确定位技术是保证矿山合理分配风量的关键技术。设计开发的多点移动式测风装置使用了多圈绝对值旋转编码器,使测风装置能够精确定位。旋转编码器通过光电转化将输出轴的相关数据转化为数字,传输至控制中心,以此判别测风装置所处位置。多点式测风装置工作时,输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲数字量,绝对值编码器将所有的数字量以二进制代码输出,此种方式解决了以往人工测风时重复记忆的问题。而且,由于编码器具有极强的记忆功能,当测风装置处于停电或停机状态时,不必对原有数据重新测量,仍可准确读出停电或关机位置代码。编码器的灵敏度较高,在测风装置刚启动时便可记录当前位置的相关数据。提高了测风装置的可靠性与实时性,以及处于复杂环境中的抗干扰能力。为了防止运动机构在超负载时对装置的破坏,多点移动式测风装置安装了接近开关,当运动机构与开关位置达到阈值时,接近开关对控制中心发出信号,停止运行。

3.2远程精确控制技术

为直观、形象体现多点移动式测风装置远程控制技术工作原理,对测风平面网格化,建立直角坐标系,利用理论公式对测风位置精确计算,实现多点移动平均风速的测量。

3.2.1坐标系建立

手动模式下设置x,y方向。在水平导轨中点处安装了1个接近开关,推动水平轨道车至接近开关处,此处记录为水平0点,绝对值旋转编码器记录为N0X,0点左、右侧为负、正值。在水平轨道车下方布置了1个行程开关,运动水平测风杆至行程开关,标定为y方向,此处旋转编码器返回值记为Ny1。则竖直丝杆中点处高度为0,行程开关与下水平导轨处高度分别为h/2,-h/2。

3.2.2测风装置位置精确计算

x方向位置计算:根据x方向旋转编码器返回值确定测风装置的水平坐标,设x方向旋转编码器返回值为nx,则:

x=kx(nx-nx0)/1 024 .

(1)

式中:x为测风装置水平方向的坐标,m;kx为水平丝杠的螺距,m;nx为水平旋转编码器返回值;nx0为水平旋转编码器坐标0点标定值。

y方向位置计算:计算方法与x方向位置计算原理相同。设y方向旋转编码器返回值为ny,则:

.

(2)

式中:y为测风装置竖直方向的坐标,m;ky为竖直丝杠的螺距,m;ny为竖直旋转编码器返回值;ny1为竖直旋转编码器最高点标定值。

3.3多点移动平均风速计算

1)单点测风流程。一个标准的单点流程如下:开启测风装置前确定目标测风位置以及当前测风装置位置,判断两位置间的距离,启动电动机,使测风装置向目标测风位置移动,到达目标位置后读取风速传感器数据,若两位置距离足够小,则不用移动测风装置便可直接读数。

2)多点测风运动轨迹。对预先设定的运动轨迹进行编程,控制中心远程控制测风装置按照轨迹运动,测风速然后求取平均风速。平均风速测量装置默认9点测风运动轨迹见图1,图中建立直角坐标系,外部4条黑色粗线矩形框表示测风通道框架其高度为h;内部的2条粗竖线代表左右边界,两边界之间的距离为w;测风装置运动极限位置距离左右边界和顶底板之间的距离分别为a,b。控制中心启动测风命令,测风装置根据坐标和运动轨迹分别对9点进行测风,同时将数据上传至控制中心,进而求得平均风速。

图1 多点测风运动轨迹图Fig.1 Trajectory map of multi-point mobile wind measurement

4 工程应用

将多点移动式测风装置应用于某矿测风平面,在正常运行条件下与人工测风进行多次对比试验,风量在线监测与人工实测结果对比如表1所示。

表1 多点移动式测风方式与人工实测结果对比Table 1 Comparison between multi-point mobile wind measurement and manual measurement

由表1可见,两种测风方式准确度较高,均在95%以上。所以,多点移动式测风方式与人工测风方式结果相近。

5 结论

1)多点移动式平均风量测量装置,通过编程远程控制风量测试,弥补了固定点测量风速的不足,实现了矿山机械的自动化与智能化。

2)多点移动式平均风量测量装置,由电动机作为动力,丝杆作为传动装置,提高了测量风速的准确度,使矿山测风平面能够及时有效的将风量数据传输至控制中心,提高了风速测量效率。

3)多点移动式平均风量测量装置,在精确度相近的情况下降低了人工测风强度,为井下工人的工作提供了安全保障。

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KeyTechnologyofMulti-pointMobileWindMeasurementDeviceinMines

HEXiaolong

(YuwuMiningCo.,Ltd.,Lu’anGroup,Changzhi046100,China)

To reduce the workload of manual measurement and improve the accuracy of wind volume measurement,a multi-point mobile measurement device was introduced with electromotor as the power part and lead screw as the transmission part.The paper focuses on its working principle to improve the measurement position and time.We program to control the precise movement of the sensors of the wind speed at the horizontal and vertical directions.The accurate calculation with the multi-point movement and accurate positioning technology could optimize the wind measurement and increase the working efficiency and mechanization level.The field test shows that the multi-point mobile measurement is 95% more accurate than the manual measurement.

mine ventilation; ventilation measurement; multi-point mobile measurement

1672-5050(2017)04-0057-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.017

2017-07-12

何小龙(1984-),男,山西代县人,大学本科,助理工程师,从事煤矿通风与安全管理工作。

TD723

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(编辑:薄小玲)