煤矿局部通风监控系统的设计与研究

煤矿局部通风监控系统的设计与研究

王科文

山西兰花科技创业股份有限公司伯方煤矿分公司，山西省晋城市048400

摘要：目前井下测风的监测参数主要是通过通风员利用机械风表和秒表进行人工采集，最后将测量的数据带到井上进行汇总分析。该方法存在较大的误差，且存在分析滞后的问题，而且有的巷道环境相当恶劣，存在较大的风险。因此，利用智能通风系统不仅可以保证通风系统实时监测的准确性，还能有效降低通风技术人员的劳动量。从相关矿难的统计数据显示，近七成通风设备故障受通风管理不畅引发，而鉴于事故后果的严重性，通过设计建模投产的煤矿局部通风监控系统的设计与研究，成为确保煤矿采集掘进作业局部通风机稳定控制的有效路径，本研究就相关设计具体阐述如下，以为相关煤矿安全掘进提供可行性借鉴。

关键词：高瓦斯煤矿；采掘工程；通风技术；安全管控

1煤矿通风安全监测监控系统分析

1.1系统的运行原理

①系统监测主机可以与系统的各个分站进行通信，而分站接收到传感器信号之后会自动检测信号并变换信号。②系统的各个分站在接收到监测主机的询问后会第一时间将测点信号传输到监测主机当中。③在控制井下设备时，监测主机会向分站传输控制命令与巡检信号，之后再利用分站远动开关控制井下设备。④监测主机会自动处理和保存接收到的实时信号并在外设所显示信号。

1.2系统构成

煤矿通风安全监测监控系统主要是由地面监控主机、数据库、服务器、控制执行器、监测用传感器以及通风接口等诸多部分共同构成的，其中传感器可以监测煤矿井下通风的各项参数指标。

1.3系统特性

①煤矿通风安全监测监控系统在正常运行状态下具有良好的开发性与收缩性，且可以通过模块化方式进行设计，从而满足不同系统的实际监测监控需求。②系统利用了标准的网络协议构建通信网络，可以及时传输和保存系统各项数据。③可以利用数据库与服务器保存各项参数，并整理监测项目，为后续信息利用提供帮助。④当前煤矿中应用的系统有效实现了图形与文字的结合，可以更直观地显示数据信息。

1.4系统参数指标

煤矿通风安全监测监控系统的主要监测对象是矿井通风系统的风速、烟雾、瓦斯浓度以及一氧化碳浓度。同时，系统可以结合监测数据判断自身的运行状况，减少上述因素对系统的影响，保障系统的安全运行。

2煤矿局部通风监控系统的设计

基于CAN总线的局部风机监控系统,实现了对矿井瓦斯、矿井局部通风机的状态监控,确保了煤矿井下的安全,同时与煤矿企业的其他信息系统集成,实现了煤矿企业的信息化。以神东寸草塔二矿掘锚队局部通风机远程控制系统作为实例分析。该系统可实现对移动变电站、组合开关和局部通风机的运行状态进行实时监测,通过设备就地控制、工作面集中控制和调度中心远程控制的三级控制对设备操作,实现井上、井下实时联动。

瓦斯监控系统通风设计需求管理阶段，监控系统重点防控阶段，井下对局部通风机供电采用专用变压器、专用开关、专用线路，以确保供电相对稳定;掘进工作面瓦斯电闭锁和风电闭锁，即当掘进工作面瓦斯浓度超限时，声光报警并自动切断被控设备电源，安全系列化准备必须齐全、可靠、运行稳定。

而监控重心作为信息数据反馈真实性和信号连续性的重要运行指标和信号反馈系统的中心认定体系，都有其具体标识。瓦斯检必须依照技术规定进行定时检查。在掘进采集作业中，严禁两道防突风门同时敞开，放炮时必须把反向风门关上。

系统设计基本方案：该技术方法涉及：模式检查步骤、操作识别步骤、学习步骤等三方面内容。具体来讲，涉及检查局部通风系统是否处于自动模式，识别局部通风系统在自动模式下是否被手动操作、手动操作时设置并存储至少一个手动操作值以及根据手动操作值来操作系统。

在煤矿井下通风系统智能监控系统中，智能系统可对地面、地下、传送机操作设备、通风系统设备的通停状态进行实时监控，更能在智能控制技术领域中，以其串联网络系统结构的集成化和能动化控制，在相关的运行环境中，以煤矿井下作业体系的实时控制、监测和管理功能一体化控制目标为己任。在PIC和CAN系统性控制策略中，以相关采掘效率提升和排查效果，及早实现系统化、可靠性建模。

在火灾警报系统和瓦斯超标系统的智能化和联动作业平台理念构筑中，基础面的上升的远程控制端口的设置，以相关的自动化和警报化软硬件自动操作，实现对井下通风状况的瞬时掌握。在网络化动态化实时交互平台中，对相关细则的深化研究和深度开发，具备应用价值上的实时效果。

基于CAN总线的局部风机监控系统，以井下工业以太网的CPU中央管控系统功能应用，控制系统、高低压闸门、工作电流、故障状态、制动闸开停及其动态监控。在监控的保护层落实中，以技术性应用优势，对潜在的煤尘和瓦斯爆炸等危险做好警报和预防。

本次设计在参阅了大量技术参考文献的基础上,将PIC测控系统、CAN总线及智能控制算法融入到自动化网络技术发展中，联动电控系统和传感器执行器开关，实现对局部通风系统由点对点的联结方式到井下电控装置的线路连接。从整体运行思路和运行效率来看，对提高系统可靠性和故障诊断水平，实现中央集成控制下数据资源共享,建构开放式CAN总线及智能控制算法控制系统的标准化模块化结构设计,将井下网络CAN总线技术全面推行到采掘作业中。

在进行设计时，通过CAN总线设计，对局部通风系统的工艺进行组分加工，明确该系统设计为井下作业带来便利。基于CAN总线及智能控制算法控制系统架构:采用通用微控制器(MCU)整车控制节点和局部通风系统智能节点为核心的节点循环，完成与井下系统之间的通信和控制。该系统由局部通风压榨机为控制芯片的直流变转速局部通风控制器的运行，并且整个局部通风系统电气隔离实现了节能减排。

本次系统设计架构研究中，参照SAEJ1939协议制定了系统的整套通信协议,CAN总线技术设计要求。整机实现了SJA1000和PCA82C250的分布式井下温度调控。在关键技术试运行中，忽略了一种结构化和目标化的设计理念，尤其是以设计建模探寻设计价值和设计可行性分析中关键节点控制技术。

该系统控制技术整合了井下局部通风控制系统的先进工艺，对相关系统组件的设计安装，不仅实现了对压缩机、冷凝器、储液干燥器、蒸发器、膨胀阀等元器件的一体化设计，同时这一整套的工艺流程为智能控制结算，节约生产成本，实现对井下局部通风控制系统的集成化作业系统研究深化。同时整个过程设计考虑了车体围护结构传入热量、太阳辐射、人体散热、室外空气带入热量、发动机室传入热量、制冷系统与加热器带入热量以及干扰等诸多因素的影响，并进行相应的应对处理联动控制。不仅提高了仿真验证效果，同时也在相应的控制策略分析中，营造了，局部通风节点的控制器的理想操作。在本研究未涉足的设计领域内，一整套设施的应用，实现了准确性、可靠性和扩展性效果。

技术优势分析：基于CAN总线及智能控制算法，从元器件基本特点，到电路输入和输出都实现了自动化操作，减少了反馈时间和调控时间，同时中央控制系统的研发设计，还降低了燃料能耗，同时已具备先进生产经验和生产优势的高性能系统，同传统控制系统相比，实现了控制技艺提升。从整机运行效益来看，智能控制算法还联动了相关数据的实时信息反馈。

3结论

针对矿内通风系统分散度高，难以实现对各通风单位运行情况进行自动监测的问题，以局部掘进工作面对风机控制的系统性接线中，满足掘进工作面瓦斯电闭锁和风电闭锁，即当掘进工作面瓦斯浓度超限时，声光报警并自动切断被控设备电源，安全系列化准备必须达到齐全、可靠、运行稳定的设计应用目标。

参考文献

［1］邵良杉，于保才，陈晓永.矿井智能通风关键技术[J].煤矿安全，2020，51（11）：121-124.

［2］刘剑.矿井智能通风关键科学技术问题综述[J].煤矿安全，2020，51（10）：108-111+117.