礦用局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分析

殷 浩

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司， 山西 大同 037031）

1 5114 巷概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)白洞礦業(yè)公司5114 巷位于301 盤區(qū)南部左翼的最北部。工作面東部為井田邊界，西部為盤區(qū)的皮帶、材料、回風(fēng)巷，南部為實(shí)煤區(qū)，北部為301 盤區(qū)東部的皮帶、軌道及回風(fēng)巷。

5114 巷設(shè)計(jì)長度為1 316 m，巷道為矩形斷面，斷面規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.7 m，巷道掘進(jìn)煤層為石炭系5 號(hào)層，301 盤區(qū)南部煤層基本呈一單斜構(gòu)造，本工作面前800 m 煤層走向近于E-W，傾向近于N，傾角約為3°，以后走向變?yōu)楸蔽?、南東向，傾向北東，傾角變大到150°。工作面范圍內(nèi)煤層情況見表1 所示。

表1 工作面范圍內(nèi)煤層情況

5114 巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)，采用SSJ-800 型帶式輸送機(jī)運(yùn)煤，巷道掘進(jìn)期間在距巷口20 m 新鮮風(fēng)流處安裝兩臺(tái)FBD 型局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)功率為55 kW，供風(fēng)量為394 m3/min，風(fēng)機(jī)通過直徑為1.0 m 柔性風(fēng)筒將新鮮風(fēng)流引入工作面；局部通風(fēng)機(jī)采用雙回路供電方式，風(fēng)機(jī)配套設(shè)備主要包括400 A 聯(lián)鎖開關(guān)、聯(lián)鎖斷電器、風(fēng)筒傳感器等。

由于在巷道掘進(jìn)過程中風(fēng)機(jī)運(yùn)行周期長、安全管理維護(hù)不到位等，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要表現(xiàn)在風(fēng)流中粉塵濃度高，增加了新鮮風(fēng)流中粉塵濃度，風(fēng)機(jī)電機(jī)溫度高，主風(fēng)機(jī)故障后無法及時(shí)切換風(fēng)機(jī)等。對(duì)此，白洞礦通過研究決定對(duì)井下局部通風(fēng)機(jī)安裝一套遠(yuǎn)程故障監(jiān)控系統(tǒng)[1-2]。

2 風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要由地面控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、PLC 控制器、泡沫抑塵系統(tǒng)、故障監(jiān)測系統(tǒng)以及降溫裝置等組成，如圖1 所示。

圖1 礦用局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程故障監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2）地面控制系統(tǒng)主要包括上位機(jī)系統(tǒng)、顯示器、信號(hào)接口等部分組成，控制系統(tǒng)主要對(duì)井下集控系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集，具有打印報(bào)表、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。

3）PLC 控制器是整個(gè)系統(tǒng)控制核心，控制器分別與聯(lián)鎖開關(guān)、故障監(jiān)測系統(tǒng)連接，主要用于數(shù)據(jù)收集、信號(hào)處理以及指令發(fā)送等動(dòng)作。

4）故障檢測系統(tǒng)主要由各類傳感器組成，主要包括粉塵濃度傳感器、切換故障傳感器、溫度傳感器等部分組成；粉塵濃度傳感器安裝在風(fēng)機(jī)吸風(fēng)口前方5.0 m 處，設(shè)定的粉塵質(zhì)量濃度動(dòng)作保護(hù)值為15 mg/m3，切換故障傳感器與原風(fēng)機(jī)切換裝置連接；溫度傳感器設(shè)定溫度動(dòng)作值為80 ℃，安裝在風(fēng)機(jī)電機(jī)與機(jī)罩之間。

5）泡沫抑塵系統(tǒng)主要由電控液閥、泡沫生產(chǎn)器、旋轉(zhuǎn)噴頭等部分組成，電控液閥分別與聯(lián)鎖開關(guān)以及泡沫生產(chǎn)器連接，通過聯(lián)鎖開關(guān)控制可實(shí)現(xiàn)電控液壓開關(guān)動(dòng)作。

6）降溫裝置主要安裝在電機(jī)護(hù)罩壁上，通常采用風(fēng)冷方式進(jìn)行降溫，該降溫裝置主要由5 kW 驅(qū)動(dòng)電機(jī)、供風(fēng)管路等部分組成，降溫裝置與聯(lián)鎖開關(guān)連接。

3 風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

3.1 風(fēng)機(jī)降溫原理

1）局部通風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，當(dāng)風(fēng)機(jī)電機(jī)溫度達(dá)80 ℃時(shí)通過溫度傳感器監(jiān)測后，及時(shí)將收集的溫度數(shù)據(jù)上傳至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號(hào)后對(duì)降溫器傳送“開啟”指令，以及對(duì)局部通風(fēng)機(jī)400 A聯(lián)鎖開關(guān)傳送“切換”指令。

2）降溫器開啟后及時(shí)對(duì)主風(fēng)機(jī)電機(jī)進(jìn)行降溫，同時(shí)局部通風(fēng)機(jī)400 A 聯(lián)鎖開關(guān)通過風(fēng)機(jī)切換作用，對(duì)主副風(fēng)機(jī)進(jìn)行切換，保證工作面正常供風(fēng)。

3）當(dāng)主風(fēng)機(jī)電機(jī)降溫至40 ℃以下時(shí)，溫度傳感器再次將信號(hào)傳送至PLC 控制器內(nèi)，控制器及時(shí)對(duì)降溫器發(fā)送“關(guān)閉”指令，降溫器接收指令后停止對(duì)風(fēng)機(jī)電機(jī)風(fēng)冷降溫處理；同時(shí)同聯(lián)鎖開關(guān)控制作用主副風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換。

3.2 泡沫降塵工作原理

1）風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，當(dāng)風(fēng)機(jī)前方粉塵濃度傳感器檢測到新鮮風(fēng)流中粉塵質(zhì)量濃度達(dá)15 mg/m3時(shí)，粉塵濃度傳感器將收集數(shù)據(jù)及時(shí)上傳至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號(hào)后通過聯(lián)鎖開關(guān)對(duì)泡沫抑塵系統(tǒng)中的電控液閥進(jìn)行供電，電控液閥供電后及時(shí)對(duì)泡沫生產(chǎn)器內(nèi)高壓供水。

2）泡沫生產(chǎn)器內(nèi)添加發(fā)泡劑、穩(wěn)泡劑，在高壓水流作用下產(chǎn)生高濃度的泡沫顆粒，并在風(fēng)壓作用下將泡沫通過分配器、高壓旋轉(zhuǎn)噴頭噴出，從而對(duì)新鮮風(fēng)流進(jìn)行降塵作用。

3）當(dāng)進(jìn)風(fēng)流中的粉塵質(zhì)量濃度低于10 mg/m3時(shí)，粉塵濃度傳感器再次將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送至PLC 控制器內(nèi)，控制器接收信號(hào)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，并對(duì)泡沫除塵系統(tǒng)中的聯(lián)鎖開關(guān)發(fā)送“關(guān)閉”信號(hào)，聯(lián)鎖開關(guān)接收信號(hào)后對(duì)電控液閥進(jìn)行斷電動(dòng)作，泡沫抑塵裝置停止工作。

3.3 切換故障工作原理

傳統(tǒng)局部主副風(fēng)機(jī)之間存在自動(dòng)切換功能，即當(dāng)主風(fēng)機(jī)停止供風(fēng)后通過自動(dòng)切換功能自動(dòng)打開副風(fēng)機(jī)繼續(xù)供風(fēng)；但是當(dāng)主風(fēng)機(jī)電機(jī)出現(xiàn)故障但處于非正常供風(fēng)狀態(tài)，風(fēng)機(jī)無法正常自動(dòng)切換，從而導(dǎo)致采掘工作面出現(xiàn)供風(fēng)不足現(xiàn)象，而通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，切換故障傳感器安裝在主風(fēng)機(jī)上，主要對(duì)主風(fēng)機(jī)故障進(jìn)行監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)主風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障但仍處于供風(fēng)狀態(tài)下，故障傳感器將故障信號(hào)發(fā)送至PLC 控制器，控制器通過聯(lián)鎖控制作用強(qiáng)制關(guān)閉主風(fēng)機(jī)電源，實(shí)現(xiàn)主副風(fēng)機(jī)自動(dòng)切換。

3.4 地面控制系統(tǒng)工作原理

PLC 控制器對(duì)各類數(shù)據(jù)處理后將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過電纜傳送至井底車場網(wǎng)絡(luò)交換站內(nèi)，井底網(wǎng)絡(luò)交換站與井口網(wǎng)絡(luò)交換站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)傳遞，并實(shí)時(shí)上傳至地面上位機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，并采用專用組態(tài)軟件將各類信號(hào)進(jìn)行成像處理，并通過顯示器進(jìn)行顯示，便于操作人員遠(yuǎn)程對(duì)集控系統(tǒng)運(yùn)行狀況、故障情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測[3-5]。

4 結(jié)論

對(duì)白洞礦5104 巷局部通風(fēng)機(jī)安裝一套遠(yuǎn)程故障監(jiān)測系統(tǒng)后，通過3 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著應(yīng)用成效：

1）該系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，監(jiān)測動(dòng)作靈敏可靠，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)無人值守監(jiān)控，提高了監(jiān)控效率，降低了人工監(jiān)控室勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。

2）該系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)電機(jī)溫度、進(jìn)風(fēng)流粉塵濃度以及切換故障進(jìn)行監(jiān)測，并及時(shí)作出動(dòng)作保護(hù)指令，大大降低了局部通風(fēng)機(jī)故障率，保證了風(fēng)機(jī)安全高效運(yùn)輸。

3）5104 巷局部通風(fēng)機(jī)安裝該套監(jiān)控系統(tǒng)后，巷道在后期掘進(jìn)過程中進(jìn)風(fēng)流平均粉塵質(zhì)量濃度控制在8 mg/m3以下，提高了供風(fēng)風(fēng)流質(zhì)量；未出現(xiàn)一起因主風(fēng)機(jī)電機(jī)高溫導(dǎo)致的電機(jī)燒毀等事故，保證了局部通風(fēng)故障快速切換，取得了顯著的應(yīng)用成效。