煤矿井下风门漏风监测系统的应用研究

张利忠

（华阳集团山西新元煤炭有限责任公司，山西 晋中 045400）

引言

煤炭开采时受到瓦斯涌出、冒顶、粉尘等多种不安全因素制约，给矿井生产带来严重影响，如何避免井下出现安全事故是煤炭回采时首先需要解决的问题[1-2]。近些年来，随着矿井生产能力的不断提升，煤炭开采量随之加大，井下通风路线长度显著增加，通风系统结构更趋复杂，井下布置的通风设施数量也不断增多[3-5]。风门是井下常用的通风设施，在风量调节中起到显著作用。由于风门两侧存在有压差，风门漏风会降低通风设施应用效果甚至会导致通风系统短路，给井下生产安全带来显著威胁[6-7]。为此，提出一种井下风门漏风监测系统，以期能提高风门漏风监测自动化水平，并提高井下通风系统可靠性。

1 风门漏风监测系统结构组成

1.1 监测原理

现阶段风门漏风常用的监测方法包括示踪气体法、风表直接测定法、风阻法等，针对山西某矿井下实际情况，并综合不同漏风测定方法测定特点，提出采用压差法对风门漏风情况进行测定。在风门两侧位置各布置一个风压传感器，具体布置见图1。将压力传感器高、低压口分别布置在风门两侧，当测定的风压差值超过预先设定阈值后，则判定风门存在漏风，则漏风监测系统会发出漏风警报，提醒工作人员及时前去处理；当测定风压在阈值内时，则监测系统持续进行监测。

图1 风压传感器布置示意图

1.2 风门漏风监测系统构成

风门漏风监测系统主要结构包括有数据采集模块、环境监测模块、信号处理模块以及信息通信模块等，其中信息通信采用RS485 方式，并预留有无线通信接口。在风门内布置的风压传感器外壳采用结构坚硬的铝合金保护，主要结构为OEM硅压阻式差压芯体，高、低压接口采用旋塞以及M10 螺纹结构。具体风压传感器接线方式见图2 所示。

图2 风压传感器接线方式

2 风门漏风监测系统应用分析

2.1 矿井通风系统概况

山西某矿生产能力为180 万t的现代化矿井，通风方式为中央并列式，在回风井布置的2 台型号均为FBCNo26.5/1600的主要通风机，配合使用的电动机功率为1 400 kW。随着矿井开采范围的不断增加，现阶段井下布置有多处风门，但是由于某些风门未能及时进行修整，导致漏风量较大，从而使得矿井通风系统工作效率较低。若采用人工测量方式对风门是否漏风进行测定，不仅需要耗费大量的人力而且时间耗时较长。为此，矿井提出采用风门漏风监测系统对风门是否漏风进行监测，并根据监测结果提出风门修整技术措施。

2.2 风门漏风监测系统设备配置

根据井下风门布置情况以及对通风系统可靠性、稳定性影响程度，决定在现阶段主采区内的风门布置漏风监测系统，从而降低生产投入。现阶段矿井生产集中在五采区，采区内共有车场联络巷风门、3个联络巷（1 号至3 号）风门等4 个风门。在风门内布置风压传感器可实时对风门两侧风压差进行监测，并将监测结果传输至地面通风部以及监控中心。当风门正常工作面时，风门两侧风压压差处于相对稳定状态，一旦风门出现较为明显的漏风时，则风门内外压差出会降低，当降低幅度超过设定阈值时，表明风门漏风量较大，此时风门漏风监测系统会发出警报信号。井下漏风风门位置、地面监控中心以及通风部均会收到报警信息，从而实现对重要风门漏风情况的实时监测。

2.3 风门漏风监测系统安装

在五采区进风巷内布置一台PLC 控制器，用以对采区内布置的4 台风压传感器监测结果数据传输及处理。PLC 采集到的风压传感器监测结果通过井下布置的工业以太网环网传输至地表。

风门漏风监测系统工作精准性的关键在于风压传感器工作精度。因此，为了降低风压传感器测定结果误差，在风压传感器高、低压接口连接的胶皮管高低应确保一直，安装完成后应定期对风压传感器进行校核并检查胶皮管是否出现破损，确保监测设备可以平稳运行。在风门位置布置的风压传感器应按下述要求安装：在风压传感器安装之前采用遥控器对数据进行调零处理；风压传感器应垂直布置，同时安装时应避免受到振动或者强烈冲击影响；风压传感器布置在位置牢靠，顶板无淋水、完好，并且附近围岩无变形位置。

2.4 应用效果分析

在井下五采区进主要风门布置风门漏风监测系统后对系统运行情况进行考察分析，发现该系统可实现对主要联络巷风门实时在线监测，当监测到风门两侧压差小于设定阈值后，即会发出预警信息，矿井多次发现五采区风门严重漏风情况，后通过采取紧急应对措施后，风门漏风情况得以显著改善，可见在一定程度上提升了矿井通风系统可靠性及稳定性。

3 结论

1）采用风门漏风监测系统风压传感器对风门两侧风压值进行测定，当监测到风门两侧风压压差小于设定阈值时，则该系统会发出预警信息，表示监测位置的风门存在漏风。

2）在山西某矿应用该风门监测系统后，实现了对主要风门漏风监测，从而提升了矿井有效风量率。现场测试发现矿井有效风量率由86.2%提升至92.5%，井下通风系统通风阻力有2 189 Pa 降低至1 823 Pa，取得显著的应用效果。