煤矿通风系统中的自动化控制技术应用

董晋

（西山煤电西曲矿通风科通风五队，山西古交030200）

引言

在煤矿安全生产管理中煤矿通风系统的建立，以及通风系统自动化控制技术的应用，是其重要的组成部分。运用高效的监控系统来控制煤矿内的通风，可提高煤矿内通风的整体运行能力，从而进一步减少通风系统建设的运营成本，提高井内安全系数。对于煤矿井内的安全隐患，可由通风系统来进行有效的排节，以此来降低安全事故的发生率，保障井内人员的生命安全。基于TCP/IP的自动化控制技术在通风系统中的应用情况进行分析，明确基于该自动化控制技术下，煤矿井内的整体通风能力、通风速度、通风运量的运行提高和完善情况，明确自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用价值与应用前景的可推广性[1]。

1 基于TCP/IP协议设计的通风自动化系统在煤矿通风中的应用

1.1 系统工作原理

本系统的建立多考虑煤矿整体的环境情况，结合环境情况的分析，采取分层的设计方案，计算出煤矿自动化系统的硬件所需，将整体框架经测算搭建而成，这一自动化系统中还应用了光纤的传输功能，囊括了计算机网络技术，以先进的运行数据思维，为煤矿量身定制了自动化系统，为通风系统的运行数据提供可靠性实施技术，增强通风系统的安全运行通力[2]。

1.2 系统风量计算原则

全自动化的风量测算是根据矿井的不同环境进行实际推算，不同地点与不同环境的供风量有所不同，以国家规定的风量计算标准予以计算，对不同地点及不同区域内风量需求进行单独计算，最终将几个不同部分风量的测算结果集合相加，形成总和，再对备用风量予以计算相加，形成煤矿通风所用供风量的整体性需求计算结果。计算原则为由内向外逐级进行[3]。以下是基于TCP/IP协议设计的采煤通风量计算公式。

式中：Q综采为综合煤采工作区域需要的通风量，m3/s；Q机采为机器采煤的工作区域需要的通风量，m3/s；Q炮采为炮采工作区域需要的通风量，m3/s；Q其他为其他开采法工作区域需要的通风量，m3/s；Q备为备用工作区域需要的通风量，以生产工作面所需风量的1/2进行计量，m3/s；n为各种开采法工作区域的数量，个；炮采工作面所需风量，应按下列因素分别进行计算，取其最大值。

本文以某矿区的真实情况进行测算，最终预计风排瓦斯量每分钟4.12 m3。以下是矿井总风量的计算:

式中：Qm为矿井总进风量，m3/min；∑Qwi为采煤工作面实际需要风量总和，m3/min；∑Qhi为掘进工作面实际需要风量总和，m3/min；∑Qri为硐室实际需要风量总和，m3/min；∑Qoi为矿井中除采煤、掘进和硐室以外其它井巷需要通风量总和，m3/min；Km为矿井通风系数（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）宜取1.15～1.25。

由上述公式可知，系统可根据不同区域的工作程度来分配风量，如井下作业难度大，在全面封闭的工作环境内，所提供的风量相对较多。具体分配原则可参见以下原则：

1）系统按需分配，将总风量测算完毕后，可进行各用点区域的分配，各区域内的风量分配必须高于所计算风量，在分配风量的同时，还要保证矿井每个地点的瓦斯浓度不得超标，必须符合《煤矿安全规程》的相应标准[4]。

2）首先在遵循矿井总风量计算的前提下，以区域布置图为准，对不同工作面分配风量，再从总风量中减去分配不同位置的风量，余下风量由自动化系统分配到其他采矿区内。这部分风量的分配，由自动化系统进行执行，用以保证出入通道及行人的安全。

3）自动化系统按各地需求量的不同自动分配风量，还可以对煤矿内的通风系统予以仿真模拟，从而实现上、下限的风速稳定，并以此为基础，将风量予以分配，自动化系统通过仿真模拟可进行自动校核，根据不同地点自动校核风量的供给是否充足，进而完善自动化系统的风量分配指导航标。

2 实现煤矿通风系统变频自动化的基本前提和原理

对传统的通风系统进行有机改造，才能够真正实现变频自动化。运行原理是以传统控制机理与变频控制机理相结合，形成并联，用变频器来操控通风主机，进而实现变频与工频的并行回路及自动切换。本系统主要采用2套自动变频器，分别由一个自动控制逆变器和传统的油门控制阀箱并行，自动化控制系统由可程控制器通过变频控制柜进行控制通风系统，实现煤矿的通风量测算与供给[5-6]。通风变频布置图，如图1所示。

图1 变频通风布置示意图

3 煤矿通风系统自动化技术的安全应用措施

煤矿自动化控制技术，拥有远程监控的能力，可在监控视频内直接反馈矿井内的情况以及粉尘污染量，通过测算自动发出预警信号，以此来提示监测人员对煤矿内采取相应的控尘措施。通过自动化系统的鉴定数据，可以有效降低矿井内煤与瓦斯发生的突发事故，预防控制煤层内的自燃发火现象，有效降低煤尘爆炸出现的危险事件。全自动系统可根据矿井水文地质条件的反馈，有效测算煤层顶板的稳定性。进而保证矿井内有效安全技术措施的实施，预防灾害事故的发生[7]。

4 煤矿通风系统变频自动化改造效果

矿井通风系统自动频率变换的作用：一是实现控制的原始频率和频率互锁，在整个控制频率系统技术的帮助下，实现风扇的自动控制方法，主要有自动、微机和局部控制，实现真正的自动运行模式。当逆变器发生故障时，可以立即切换到主扇，从而合理调整风速[8]。在减少PSP、降低电机温度、减少噪声的机械操作原理基础上，延长电机的使用寿命；二是创建更好的节能效果，节电率可以实现到40%，为企业节约电能实现经济效益的最大化，也保证了煤矿安全生产的高效运行能力。变频原理如图2所示。

图2 变频原理图

5 结语

通过自动化技术的全面性分析，对煤矿通风系统的应用有了进一步了解，分析中表明，自动系统在风量计算、粉尘污染、风量所需点等部位的控制非常有效，且系统指导意义较强，在煤矿内部可以根据不同的水文地质环境以及煤层的变化等情况，精确风量的分配，有效提高煤矿安全生产的运行能力，在同类煤矿的通风系统中值得广泛应用。

[1]郭晓川.浅析煤矿通风系统中的自动化控制技术[J].人间，206（12）：53-54.

[2]蒋兴法.煤矿通风系统中自动化控制技术的应用研究[J].内蒙古煤炭经济，2015（4）：52.

[3]孙灏.煤矿通风系统中自动化控制技术的应用研究[J].科技创新与应用，2017（15）：134.

[4]房保成.煤矿通风系统中自动化控制技术应用初探[J].能源与节能，2017（1）：110-111.

[5]张文鹏.煤矿通风系统中自动化控制技术的应用研究[J].商品与质量，2015（46）：52.

[6]宋梁亮.浅谈自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用[J].工程技术，2017（1）：299.

[7]王建军.自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用分析[J].能源与节能，2015（7）：13-14.

[8]杨建,王彦林,赵建明.分析自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用[J].建筑工程技术与设计，2016（15）：98-99.