自動化控制技術在煤礦通風系統(tǒng)中的融合運用

邵靖文

（山西寧武大運華盛老窯溝煤業(yè)有限公司 山西省寧武縣 036700）

在煤礦開采的過程中，通風系統(tǒng)的運行質(zhì)量對于礦井安全生產(chǎn)具有非常重要的影響，為了提升煤礦開采過程中通風系統(tǒng)的運行質(zhì)量，就需要合理運用自動化控制技術，將自動化控制技術與通風系統(tǒng)相結合，不僅可以提高煤礦開采過程中的通風效果，還可以減少煤礦開采過程中的安全隱患，有效提升礦井通風系統(tǒng)運行質(zhì)量。

1 自動化控制技術簡述

自動化控制技術是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，通過利用傳感器、控制器以及執(zhí)行器等裝置，將生產(chǎn)過程中的一些參數(shù)、狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息進行實時采集，并通過一定的算法，將所采集到的數(shù)據(jù)信息進行計算、分析以及處理，并在此基礎上自動實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制。自動化控制技術主要應用到工業(yè)生產(chǎn)中的自動化檢測、設備控制等方面，通過自動化控制技術可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中的動態(tài)信息進行實時采集、處理與分析[1]。

在煤礦通風系統(tǒng)中，自動化控制技術可以有效降低煤礦井下工作人員的勞動強度，保證其工作效率。煤礦井下作業(yè)環(huán)境相對復雜，并且存在較大的安全隱患，應用自動化控制技術能夠有效解決這些問題。例如在通風系統(tǒng)中應用自動化控制技術，可以對礦井井下環(huán)境進行實時監(jiān)控，當環(huán)境溫度過高或過低時，都會觸發(fā)自動報警裝置，并通過 LED 顯示屏幕顯示出報警信息。當監(jiān)測到礦井中存在有害氣體時，還可以啟動自動通風系統(tǒng)，同時對通風設備進行自動開啟或者關閉?？梢哉f在煤礦井下作業(yè)環(huán)境中應用自動化控制技術是十分必要的。

2 煤礦通風自動化控制系統(tǒng)構成

在煤礦通風自動化控制系統(tǒng)中，自動化控制技術是一種重要的基礎技術，在整個自動化控制系統(tǒng)中占據(jù)著重要地位。一般情況下，自動化控制技術主要由傳感器、控制器、執(zhí)行機構等部分構成。其中，傳感器是自動化控制系統(tǒng)中的關鍵部分，能夠直接與外界環(huán)境進行交流，并將相關信息反饋到控制器中。另外，控制器能夠對傳感器采集的信息進行處理，并將其轉化為具體的數(shù)值反饋到傳感器中，從而對煤礦通風系統(tǒng)進行有效控制。其中，傳感器主要負責測量煤礦通風系統(tǒng)運行過程中的相關參數(shù)；控制器主要負責對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行分析與處理；執(zhí)行機構則是利用電機驅動裝置來對煤礦通風系統(tǒng)進行控制；最后將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)娇刂剖抑?，具體如圖1 所示。

圖1：煤礦通風自動化控制系統(tǒng)示意

3 煤礦通風自動化控制系統(tǒng)的主要功能

（1）自動監(jiān)控功能。系統(tǒng)的監(jiān)控功能是通過計算機軟件實現(xiàn)的，根據(jù)系統(tǒng)本身的特點，有針對性的采用了多種監(jiān)控方式，可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和記錄、遠程監(jiān)測、參數(shù)顯示、歷史查詢等多種功能。通過對煤礦通風系統(tǒng)相關參數(shù)的分析，可以自動調(diào)節(jié)風機的運行狀態(tài)，包括風機運轉參數(shù)和風量參數(shù)，同時也能根據(jù)需要自動進行調(diào)節(jié)。具體的調(diào)節(jié)方法有：調(diào)節(jié)風機轉速和風機出口風壓，使其滿足相關標準；對風機出口風量和風壓進行調(diào)整，使其符合相關標準；根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊惹闆r對風機運行參數(shù)進行調(diào)整，使其滿足相關標準。

（2）智能控制功能。在對煤礦通風系統(tǒng)進行控制時，可采用多種方式實現(xiàn)智能化控制，如： PLC 技術、變頻調(diào)速技術、模糊控制技術等。其中 PLC 技術具有體積小、功耗低等優(yōu)點；變頻調(diào)速技術具有運行速度快、控制精度高等優(yōu)點；模糊控制技術具有應用范圍廣、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。

（3）故障診斷與處理功能。在煤礦通風系統(tǒng)運行過程中會產(chǎn)生多種故障現(xiàn)象，比如：風機運轉不正常、電機過熱等問題。如果出現(xiàn)這些問題時，則需要對故障的類型進行分析，然后有針對性的采取處理措施[2]。

（4）信息管理功能。在煤礦通風自動化控制系統(tǒng)運行過程中，還可以對通風設備的運行狀況進行監(jiān)測與管理。比如：對風機設備運行參數(shù)進行檢測并記錄；對其故障狀況進行診斷；對系統(tǒng)內(nèi)存在的故障進行記錄與處理；及時發(fā)現(xiàn)礦井中存在的安全隱患；對系統(tǒng)內(nèi)存在的安全隱患及時預警。

（5）在煤礦通風自動化控制系統(tǒng)中應用遠程監(jiān)控功能時，可以利用計算機系統(tǒng)建立監(jiān)控中心，并在網(wǎng)絡上建立數(shù)據(jù)平臺，利用視頻監(jiān)視、網(wǎng)絡傳輸?shù)确绞綄崿F(xiàn)遠程監(jiān)控功能。通過該功能可以實現(xiàn)通風系統(tǒng)的實時監(jiān)控和遠程操作。

4 自動化控制技術在煤礦通風系統(tǒng)中的融合運用

在煤礦開采過程中，礦井通風系統(tǒng)是一項非常重要的基礎工程，對煤礦的安全生產(chǎn)和高效開采起到關鍵作用。近年來，隨著自動化控制技術不斷發(fā)展，在煤礦通風系統(tǒng)中應用自動化控制技術，能夠有效提高礦井通風的效率與質(zhì)量，減少人為操作對煤礦生產(chǎn)的影響，為煤礦企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。自動化控制技術應用到煤礦通風系統(tǒng)中時，應根據(jù)礦井實際情況選擇合適的控制方式，通過對礦井通風系統(tǒng)進行合理優(yōu)化，提高其運行效率，具體如下：

4.1 傳感器方面

傳感器是自動化控制技術在煤礦通風系統(tǒng)中融合運用的重要組成部分，主要是為了確保煤礦通風系統(tǒng)中的風量、風壓以及溫度等參數(shù)能夠在安全范圍內(nèi)進行監(jiān)測，因此，傳感器的選擇非常重要，對其進行合理的選擇，能夠有效提升煤礦通風系統(tǒng)的工作效率。傳感器主要分為氣體傳感器、溫度傳感器以及濕度傳感器三種類型，其中氣體傳感器主要是針對礦井中不同的工作環(huán)境進行監(jiān)測，將礦井中存在的有害氣體進行檢測，然后將數(shù)據(jù)進行分析處理，最后將處理后的數(shù)據(jù)傳送給計算機系統(tǒng)。溫度傳感器則是針對礦井中不同區(qū)域溫度進行監(jiān)測，確保煤礦開采過程中工作人員能夠感受到適宜的溫度環(huán)境，而濕度傳感器主要是針對煤礦開采過程中空氣濕度進行監(jiān)測，確?？諝庵胁粫嬖谶^多水汽，保證煤礦開采工作能夠順利進行。除此之外，還需要對煤礦井下供電系統(tǒng)進行有效監(jiān)測[3]。

4.2 監(jiān)測、收集和整合數(shù)據(jù)

在煤礦通風系統(tǒng)中應用自動化控制技術，能夠實現(xiàn)對礦井中各種環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測，包括礦井的風量、風速、風壓等。除此之外，還能夠通過系統(tǒng)實時檢測的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對煤礦通風系統(tǒng)的調(diào)控，提高煤礦開采的安全性。同時，自動化控制技術還可以對數(shù)據(jù)進行有效整合，包括瓦斯?jié)舛取L量、溫度等。在瓦斯?jié)舛葯z測環(huán)節(jié)中，自動化控制技術可以實現(xiàn)對礦井瓦斯?jié)舛鹊膶崟r監(jiān)測，根據(jù)煤礦井下環(huán)境溫度和濕度等參數(shù)進行實時分析，對礦井中不同位置的瓦斯?jié)舛冗M行精確計算，為工作人員提供精準數(shù)據(jù)信息。在風量檢測環(huán)節(jié)中，自動化控制技術能夠根據(jù)礦井中不同位置的風量進行自動調(diào)控。在溫度檢測環(huán)節(jié)中，自動化控制技術可以對礦井內(nèi)部溫度進行準確監(jiān)測，根據(jù)檢測結果及時調(diào)整工作人員的通風操作方式，為煤礦開采工作人員提供優(yōu)質(zhì)的服務。

4.3 及時發(fā)現(xiàn)和改進問題

（1）對通風系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，當檢測到礦井通風系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，及時采取措施對問題進行處理。當檢測到礦井通風系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以根據(jù)自動化控制技術的實際情況，通過設置自動控制和人工控制兩種方式對其進行處理。在解決煤礦通風系統(tǒng)故障的過程中，要將自動化控制技術和人工控制兩種方式有機結合起來。同時，針對煤礦通風系統(tǒng)出現(xiàn)故障的頻率比較高的情況，要進行重點監(jiān)測和管理，保證其正常運行。

（2）對煤礦通風系統(tǒng)進行完善。在自動化控制技術應用到煤礦通風系統(tǒng)中時，要根據(jù)礦井具體情況對其進行完善，包括在礦井中設置通風監(jiān)控中心、建立自動化監(jiān)控系統(tǒng)等。同時還要建立完善的安全管理制度、制定安全管理措施、落實安全責任制度等，保證煤礦安全生產(chǎn)。

（3）將自動化技術與其他技術有機結合。自動化控制技術與其他技術相結合可以使煤礦通風系統(tǒng)變得更加高效和便捷。例如將計算機技術、傳感器技術等與自動化控制技術相結合，可以使其更加智能化、自動化。

4.4 通風設計

在煤礦通風系統(tǒng)中應用自動化控制技術，能夠在很大程度上降低人工成本，提升煤礦生產(chǎn)效率，更好地促進煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在設計初期就需要對通風系統(tǒng)的參數(shù)進行計算，包括風量、風壓、風機型號等。通風設計過程中主要考慮的問題是風量的大小和風機的選擇。對于通風系統(tǒng)風量設計來說，主要需要考慮的因素有：礦井下總需風量、礦井下某一地點所需風量以及礦井下某一地點所需總風量。在設計過程中，首先要計算出礦井下某一地點所需總風量，再根據(jù)該地點所需總風量以及其他環(huán)境因素，對需要選取的風機型號進行確定。在確定風機型號時，需要綜合考慮風壓、效率、功耗等因素，確定采用何種型號風機[4]。

在確定了風機型號后，還要對其進行性能計算，包括額定功率、額定電壓以及額定轉速等。然后再根據(jù)其性能計算出所需風量。在對通風系統(tǒng)進行設計時，還要對礦井下某一地點所需總風量進行計算。根據(jù)其風壓、效率、功耗等因素確定其所需總風量。在實際工作過程中，還需要對風機運行過程中的各項參數(shù)進行記錄，如溫度、壓力以及電機功率等。利用自動化控制技術能夠對這些參數(shù)進行記錄，并利用相應的算法對各項參數(shù)進行處理，最終計算出所需總風流量以及所需風壓等。利用自動化控制技術可以對這些參數(shù)進行處理后得出的結果能夠直接反映出通風系統(tǒng)運行狀況和通風效果，有利于工作人員對煤礦通風系統(tǒng)進行管理和維護工作，為煤礦企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供動力支持。

4.5 控制系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)中的風機。通風系統(tǒng)中的風機是整個通風系統(tǒng)運行的基礎，只有保證風機正常運行才能夠確保煤礦開采作業(yè)順利進行。在安裝風機時要確保其滿足礦井需求，同時要注意其工作環(huán)境，避免對設備造成損壞，影響其使用壽命。

（2）自動控制系統(tǒng)。在自動化控制技術的應用下，整個礦井通風系統(tǒng)實現(xiàn)了自動化控制，提高了工作效率，避免了人工操作帶來的各種問題。在進行控制時，首先要對各個子系統(tǒng)進行合理設置，實現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的相互配合，使整個控制系統(tǒng)達到高效運行。

（3）礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)（如圖2）。安全監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦通風系統(tǒng)的重要組成部分之一，在自動化控制技術的應用下，能夠實現(xiàn)對各個礦井通風過程中的數(shù)據(jù)進行收集整理，同時對數(shù)據(jù)信息進行分析處理，判斷礦井內(nèi)的瓦斯、二氧化碳濃度是否滿足相關標準要求。為煤礦安全開采提供了有力保障。

圖2：礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

4.6 繪制趨勢曲線

通過對礦井通風系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，并對其進行曲線繪制，就能夠清楚地看到礦井通風系統(tǒng)的運行情況，這對于礦井通風系統(tǒng)的維護和管理是非常有幫助的。根據(jù)不同的實際情況，需要繪制不同的趨勢曲線，這樣就能夠清楚地看到礦井通風系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)的問題和不足之處。另外，還需要根據(jù)不同的情況，對其進行相應的處理。當出現(xiàn)問題時，能夠根據(jù)具體情況采取針對性措施。在繪制趨勢曲線時，需要使用到一定的工具，比如 Excel 表格，通過 Excel 表格繪制趨勢曲線能夠更好地實現(xiàn)自動化控制。

通過對自動化控制技術在煤礦通風系統(tǒng)中運用情況的分析可知，該技術可以幫助煤礦企業(yè)解決很多問題，提高了企業(yè)運行效率。因此，煤礦企業(yè)應該將這一技術運用到實際工作中去，積極探索和研究該技術在煤礦通風系統(tǒng)中融合運用的問題與解決方案。只有這樣才能保證煤礦生產(chǎn)工作順利進行。另外，這一技術還可以促進自動化控制技術在煤礦通風系統(tǒng)中不斷發(fā)展和完善。

4.7 安全機制的設置

在煤礦開采的過程中，安全問題始終是企業(yè)最大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的人工巡檢存在著較大的安全隱患。人工巡檢是煤礦行業(yè)普遍采用的一種方式，工作人員在煤礦井下進行工作，當檢測到危險時，就會將信息反饋給工作人員，但是人工巡檢也有其弊端。一方面工作人員會受到主觀意識的影響，對于危險的判斷不夠準確，另一方面工作人員也會出現(xiàn)疲勞作業(yè)現(xiàn)象，導致安全隱患增多。自動化控制技術的應用可以有效改善這一問題，將瓦斯、一氧化碳等數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心進行監(jiān)控，當檢測到數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時就會自動報警。此外，自動化控制技術還可以監(jiān)測到礦井中各個位置的空氣質(zhì)量以及溫度情況，一旦出現(xiàn)異常就會發(fā)出警報信息。

自動化控制技術還可以在采煤工作面安裝一氧化碳傳感器、溫度傳感器以及粉塵傳感器等設備，當?shù)V井中出現(xiàn)一氧化碳、粉塵濃度超標時就會自動報警。此外，在采煤工作面安裝自動化控制系統(tǒng)還能及時監(jiān)測到工作面瓦斯?jié)舛茸兓闆r和其他數(shù)據(jù)信息。通過對自動化控制技術與煤礦通風系統(tǒng)的融合運用，可以實現(xiàn)通風系統(tǒng)中瓦斯?jié)舛群惋L量的實時監(jiān)測、實時反饋、實時調(diào)節(jié)以及實時報警。在自動化控制技術的作用下煤礦井下作業(yè)人員可以實現(xiàn)遠程操控和精準控制通風系統(tǒng)工作狀態(tài)以及風量。在確保礦井安全生產(chǎn)的前提下提高煤礦開采效率，同時還能降低人工成本以及成本消耗[5]。

5 結語

煤礦通風系統(tǒng)中應用自動化控制技術，可以在一定程度上對煤礦通風系統(tǒng)的運行情況進行檢測，實時監(jiān)測井下環(huán)境變化，使井下環(huán)境更加安全。利用自動化控制技術可以在煤礦通風系統(tǒng)中將井下溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)進行采集，對溫度實時監(jiān)測，進而為煤礦生產(chǎn)提供科學依據(jù)，同時也能夠為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。自動化控制技術的應用能夠將井下環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，同時也能夠在一定程度上對通風系統(tǒng)進行檢測，對通風系統(tǒng)運行情況進行實時監(jiān)控。在煤礦生產(chǎn)過程中，通風系統(tǒng)承擔著重要的工作任務，隨著煤礦開采范圍不斷擴大，礦井下溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)會隨之發(fā)生變化，需要對通風系統(tǒng)進行不間斷檢測與運行。而自動化控制技術的應用可以對煤礦生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)進行有效監(jiān)控，進而保證煤礦生產(chǎn)安全。隨著科技水平不斷提高，自動化控制技術應用到煤礦通風系統(tǒng)中時，要不斷完善系統(tǒng)功能、提升系統(tǒng)運行效率。未來要繼續(xù)加強對自動化控制技術的研究與開發(fā)力度，以推動我國煤礦企業(yè)實現(xiàn)健康、可持續(xù)發(fā)展。