礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析與應(yīng)用

鄧 強(qiáng)

（大同煤礦集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司， 山西 懷仁 038300）

引言

井下綜采及掘進(jìn)工作面正常生產(chǎn)時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)是員工生命安全的保障。通風(fēng)系統(tǒng)不完善不僅會(huì)給員工的安全工作造成巨大隱患，還會(huì)直接威脅井下人員的生命安全，導(dǎo)致井下正常的掘進(jìn)及綜采生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行，最終對(duì)煤礦的經(jīng)濟(jì)效益造成損失。在礦井各工作面安裝自動(dòng)化通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)孪锏赖娘L(fēng)壓、風(fēng)速及溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保工作地點(diǎn)人員的安全。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，在煤礦安裝自動(dòng)化通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)后，能夠有效地對(duì)各個(gè)工作面的各類(lèi)通風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免由于井下通風(fēng)系統(tǒng)達(dá)不到要求造成的瓦斯集聚或爆炸事故，全面提升了整個(gè)礦井的安全系數(shù)。

1 通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)主要存在的問(wèn)題

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)功能不強(qiáng)

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)主要由以下4 部分組成：通風(fēng)動(dòng)力設(shè)備、風(fēng)流控制、監(jiān)測(cè)設(shè)備、通風(fēng)裝置。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的主要目的是能夠與煤礦規(guī)程及措施結(jié)合，對(duì)井下工作面的風(fēng)速及風(fēng)量進(jìn)行有效控制，滿足井下工作人員的安全。目前，我國(guó)礦井由于技術(shù)水平不夠，自動(dòng)化通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)還沒(méi)有充分使用，井下通風(fēng)設(shè)備及相關(guān)通風(fēng)數(shù)據(jù)還不完善，這都會(huì)造成井下通風(fēng)效率不高，達(dá)不到理想的通風(fēng)效果。在通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)水平不足、井下環(huán)境惡劣、地質(zhì)構(gòu)造受阻的多重影響下，通風(fēng)系統(tǒng)各項(xiàng)功能不完善，達(dá)不到預(yù)定的通風(fēng)效果，給礦井生產(chǎn)造成巨大的安全隱患。

1.2 傳感器質(zhì)量差

傳感器的穩(wěn)定性對(duì)礦井通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性有直接的影響。傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及參數(shù)的準(zhǔn)確性是衡量礦井通風(fēng)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。井下監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器能夠?qū)录淄?、一氧化碳、二氧化碳、氧氣濃度、風(fēng)壓、風(fēng)速、巷道風(fēng)門(mén)的開(kāi)合狀態(tài)、電源開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，這些傳感器雖然能夠滿足現(xiàn)在礦井的通風(fēng)需求，但是井下工作環(huán)境惡劣、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，這些都會(huì)造成傳感器壽命降低、效率變差。

1.3 可集成性和防爆性差

由于通風(fēng)系統(tǒng)都是在井下工作，對(duì)設(shè)備防爆性的要求比較高，而這些設(shè)備生產(chǎn)廠家多、種類(lèi)雜亂，使用的統(tǒng)一性差，沒(méi)有統(tǒng)一的安裝標(biāo)準(zhǔn)，而且不同廠家的設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，井下通風(fēng)設(shè)備不兼容，發(fā)生故障后配件不能相互替換，這就導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)在井下發(fā)生事故后不能由其他設(shè)備代替，系統(tǒng)的新增功能不能得到充分?jǐn)U展，配件相互之間不能互換，這種發(fā)展趨勢(shì)不利于礦井的可持續(xù)發(fā)展。

2 通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2.1 系統(tǒng)組成

1）通風(fēng)系統(tǒng)分為地面與井下兩套系統(tǒng)。地面系統(tǒng)由通信接口、主系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、從控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)組成。主系統(tǒng)及從控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)分別安裝于通信接口，且可以在兩者之間切換。當(dāng)主系統(tǒng)發(fā)生故障后，通信接口能夠在較短的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)自動(dòng)切換到從控系統(tǒng)，待主系統(tǒng)故障恢復(fù)后，再將通信接口切換到主系統(tǒng)，這樣能夠確保系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)傳感器信號(hào)不丟失[1]。

2）井下系統(tǒng)由各類(lèi)傳感器、分線中繼器、電源組成。各類(lèi)傳感器能夠按照需求井下多個(gè)位置進(jìn)行安裝，最多可以接250 個(gè)。分線中繼器可以根據(jù)傳感器的安裝地點(diǎn)進(jìn)行增、減，確保整個(gè)系統(tǒng)的通信穩(wěn)定。地面計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)通過(guò)通信接口再由監(jiān)控電纜傳遞到井口分線中繼器，在通過(guò)光纖傳遞到其他分線中繼器及各類(lèi)傳感器。

2.2 工作原理

井下自動(dòng)化通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)的使用對(duì)礦井工作面的安全生產(chǎn)具有重要意義。通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，各類(lèi)傳感器將收集到的信號(hào)傳遞到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，當(dāng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)所有的傳感器及地址進(jìn)行定義，系統(tǒng)完成定義操作后的內(nèi)容需與實(shí)際相符，待系統(tǒng)對(duì)所有傳感器完成定義后，操作系統(tǒng)可以通過(guò)命令控制所有傳感器進(jìn)入監(jiān)控模式，同時(shí)使用通信程序?qū)⑺袀鞲衅魇占男盘?hào)進(jìn)行采集并傳遞到系統(tǒng)的主控制界面，主控系統(tǒng)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并形成動(dòng)態(tài)曲線，方便工作人員的查看。當(dāng)傳感器收集的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控功能[2-3]。

2.3 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）系統(tǒng)采用總線仲裁技術(shù)：根據(jù)接收數(shù)據(jù)的重要性設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)，如一個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到多個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞來(lái)的信號(hào)后，優(yōu)先級(jí)別低的節(jié)點(diǎn)暫停發(fā)送，而優(yōu)先級(jí)別高的節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)要先與低級(jí)別的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)優(yōu)先級(jí)別高的節(jié)點(diǎn)發(fā)送完畢后，低級(jí)別方可發(fā)送，其他節(jié)點(diǎn)可以在空閑的時(shí)候依次進(jìn)行發(fā)送，這樣能夠保證優(yōu)先級(jí)別高的節(jié)點(diǎn)不受影響，又不會(huì)造成總線數(shù)據(jù)沖突。

2）數(shù)據(jù)的每一幀的最多有8 個(gè)有效字節(jié)數(shù)。由于使用光纖進(jìn)行傳遞，數(shù)據(jù)的抗干擾性低、傳送時(shí)間短。通過(guò)使用CRC 校驗(yàn)及檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)的誤碼率也較低。

3）當(dāng)其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)異常時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)關(guān)閉該節(jié)點(diǎn)上傳功能，防止其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸。

4）通信線采用光纖傳輸，能夠達(dá)到10 km 的傳遞距離，最多可以接250 個(gè)節(jié)點(diǎn)[4-5]。

3 結(jié)語(yǔ)

大同煤礦集團(tuán)挖金灣虎龍溝煤業(yè)有限公司通風(fēng)隊(duì)針對(duì)礦井傳統(tǒng)通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)靈敏度低、監(jiān)控效果差、故障率高等技術(shù)難題，通過(guò)技術(shù)研究對(duì)原通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用的是總線掛接式結(jié)構(gòu)、CAN 現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式并采用智能傳感器設(shè)備，該系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，監(jiān)測(cè)靈敏度高，可實(shí)時(shí)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，有效保障了煤礦井下通風(fēng)安全，取得了顯著的應(yīng)用成效。