煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制方法及策略

陳銀龍 徐世鋒

摘 要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步推動(dòng)了我國(guó)綜合國(guó)力的提升，也使得了采礦工程建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，礦井通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于調(diào)整煤礦井下氣候，保證工人的正常活動(dòng)具有十分重要的意義。煤礦智能化中，智能通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)屬于重要的輔助系統(tǒng)之一。智能通風(fēng)部分對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)感知、通風(fēng)設(shè)備感知控制、智能通風(fēng)軟件系統(tǒng)等三方面做出了提升要求。而煤礦通風(fēng)發(fā)展現(xiàn)狀方面，現(xiàn)階段主要依靠人工和半人工的管理方式，通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化水平較低，與煤礦智能化建設(shè)要求差距較大。基于此，本文主要對(duì)煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制方法及策略做論述，詳情如下。

關(guān)鍵詞：煤礦智能通風(fēng);局部通風(fēng)機(jī);控制方法;策略

引言

掘進(jìn)工作面通風(fēng)利用局部通風(fēng)機(jī)作動(dòng)力，通過(guò)風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)的通風(fēng)方法利用壓入、抽出式或者二者混合的方式實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)，一般按照甲烷、粉塵等排出所需并考慮最小需風(fēng)量綜合設(shè)計(jì)通風(fēng)量。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中，對(duì)于沒有變頻控制的局部通風(fēng)機(jī)，選定通風(fēng)機(jī)后，一般不調(diào)整通風(fēng)機(jī)動(dòng)力或者人工更換通風(fēng)機(jī)改變通風(fēng)動(dòng)力。對(duì)于能夠變頻控制的局部通風(fēng)機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)有經(jīng)驗(yàn)的人員按照自身經(jīng)驗(yàn)不定期地對(duì)局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)動(dòng)力進(jìn)行調(diào)整。但是以上兩種調(diào)整方式的共同點(diǎn)都是依靠人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷掘進(jìn)工作面需風(fēng)量，人為改變局部通風(fēng)動(dòng)力的狀況，沒有與現(xiàn)場(chǎng)甲烷、風(fēng)速等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。所以說(shuō)局部通風(fēng)調(diào)節(jié)缺乏對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需風(fēng)量分析，無(wú)法實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)的自動(dòng)或者智能控制。

1局部通風(fēng)機(jī)控制方法

在控制器選擇方面，存在兩種控制方式，第一種是采用相對(duì)獨(dú)立的可編程邏輯控制器PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)分站實(shí)現(xiàn)通風(fēng)相關(guān)參數(shù)的采集，按照控制策略分析后向變頻器發(fā)送控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)實(shí)時(shí)控制。這種方法不要求局扇控制裝置接入煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，可移植性好，適合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)炔捎貌煌瑥S家產(chǎn)品的煤礦現(xiàn)場(chǎng)選用。已經(jīng)部署通風(fēng)系統(tǒng)平臺(tái)的煤礦現(xiàn)場(chǎng)，無(wú)需增加PLC控制柜，可通過(guò)系統(tǒng)調(diào)節(jié)的方式實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)控制?；A(chǔ)數(shù)據(jù)采集由安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，通風(fēng)系統(tǒng)地面決策模塊完成控制邏輯分析，通過(guò)系統(tǒng)分站下發(fā)控制指令給局部通風(fēng)機(jī)配套的變頻器。其優(yōu)點(diǎn)是局部通風(fēng)機(jī)自動(dòng)、智能控制實(shí)現(xiàn)方便簡(jiǎn)單，但是要求煤礦現(xiàn)場(chǎng)有較完整的安全和通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)。

2煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略

2.1礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略之一是礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性控制。煤礦的安全生產(chǎn)需要連續(xù)、可靠、穩(wěn)定的通風(fēng)，這就要求煤礦主通風(fēng)機(jī)始終保持穩(wěn)定可靠的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，以保證井道的通風(fēng)量。然而礦井環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，主通風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境伴有大量渾濁污惡的氣流，并且工作電壓較大，以至于出現(xiàn)故障的概率較大;同時(shí)在倒機(jī)停機(jī)過(guò)程中，通風(fēng)機(jī)會(huì)頻繁發(fā)生啟動(dòng)失常，以及備用風(fēng)機(jī)啟動(dòng)存在不確定性等，上述情況都不能確保通風(fēng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。設(shè)計(jì)了一種新型通風(fēng)系統(tǒng)模型，其分別從主通風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)失穩(wěn)控制和主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常通風(fēng)失穩(wěn)防范兩個(gè)方向切入，建立了礦井主通風(fēng)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的維護(hù)方案，同時(shí)確定了通風(fēng)失穩(wěn)的控制總目標(biāo)，獲得了影響工況點(diǎn)的參數(shù)響應(yīng)。同時(shí)，以此模型為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地討論了調(diào)節(jié)風(fēng)量的自動(dòng)控制方法，進(jìn)而得到控制通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)策略，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。將兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)列向布置對(duì)齊，同時(shí)分別在各自的風(fēng)道通道內(nèi)設(shè)置立風(fēng)門;當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的立風(fēng)門開啟，同時(shí)備用風(fēng)機(jī)配備的立風(fēng)門關(guān)閉，若違背上述操作，則會(huì)使風(fēng)路出現(xiàn)短路，以及減小井下的有效抽風(fēng)量。改造升級(jí)的主通風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)。為了方便實(shí)施控制，構(gòu)建“通風(fēng)機(jī)輔助通風(fēng)系統(tǒng)”的控制對(duì)象模型。在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添設(shè)了水平風(fēng)門，且備用通風(fēng)機(jī)可借助水平風(fēng)門隨時(shí)啟動(dòng)。此外，當(dāng)大氣與水平風(fēng)門連為一體時(shí)，電機(jī)將調(diào)整到全開模式，此時(shí)風(fēng)阻值約等于零。備用風(fēng)機(jī)能夠平穩(wěn)輕載啟動(dòng)，這樣就提升了電機(jī)安全平穩(wěn)啟動(dòng)的概率，進(jìn)而克服了主通風(fēng)機(jī)啟動(dòng)故障等困難。

2.2自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)

煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略之二是自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。井下瓦斯?jié)舛茸詣?dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)控制系統(tǒng)由PLC智能控制系統(tǒng)、變頻器、局部通風(fēng)機(jī)及各個(gè)按鈕和警報(bào)信號(hào)燈等組成。既可以人工控制也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，整個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用PLC智能控制，以井下瓦斯?jié)舛葹閰⒖甲兞繉?shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)風(fēng)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該控制系統(tǒng)由PLC控制器、變頻器、通風(fēng)機(jī)和瓦斯?jié)舛葌鞲衅鹘M成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，該閉環(huán)控制系統(tǒng)以給定的瓦斯?jié)舛葹檩斎胫噶?，比較控制環(huán)節(jié)為PLC控制器，控制器控制變頻器來(lái)控制通風(fēng)機(jī)通風(fēng)量，被控對(duì)象為井下瓦斯等危害氣體的濃度，反饋環(huán)節(jié)為瓦斯等危害氣體的濃度傳感器，同時(shí)也要考慮到溫度對(duì)井下瓦斯?jié)舛鹊母蓴_，合理的通風(fēng)量是隨著礦井下瓦斯等危害氣體的濃度改變而改變的?？刂圃頌椋鹤詣?dòng)檢測(cè)時(shí)，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鲗⑼咚節(jié)舛葌魅隤LC單片機(jī)，處理后與給定的瓦斯?jié)舛戎诞a(chǎn)生偏差，該偏差傳遞給PLC控制模塊，通過(guò)PLC控制模塊自動(dòng)調(diào)整變頻器頻率來(lái)控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行風(fēng)速，當(dāng)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳒y(cè)得瓦斯?jié)舛雀邥r(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)俗加大，瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳒y(cè)得瓦斯?jié)舛鹊蜁r(shí)，風(fēng)機(jī)風(fēng)速減小，最后實(shí)現(xiàn)隨著瓦斯?jié)舛鹊淖兓詣?dòng)控制風(fēng)機(jī)風(fēng)速的效果。自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置在礦井下實(shí)現(xiàn)了不同瓦斯?jié)舛蕊L(fēng)機(jī)風(fēng)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)，也考慮了礦井下溫度對(duì)瓦斯?jié)舛鹊挠绊懀幢ＷC了瓦斯在規(guī)定濃度范圍內(nèi)，也避免了風(fēng)速過(guò)大引起的灰塵和溫度引起的瓦斯?jié)舛茸兓?。以往大多?shù)礦井下的瓦斯排放都是人工檢測(cè)排放，這樣存在很大的安全隱患，對(duì)工人的安全有很大的威脅。自動(dòng)化檢測(cè)調(diào)節(jié)瓦斯?jié)舛葘?shí)現(xiàn)后，減少了工人的檢測(cè)，也減少了人為引起的檢測(cè)結(jié)果誤差，工人礦井下工作安全性大大增加。

2.3煤礦局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真

煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制策略之三是煤礦局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速設(shè)計(jì)與仿真。目前，煤礦井下局部通風(fēng)機(jī)普遍采用“一風(fēng)吹”工作模式，最大程度滿足通風(fēng)需求，但長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)存在安全隱患、穩(wěn)定性不高、節(jié)能效果差。有些煤礦采用基于PID控制的局部通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，但無(wú)法根據(jù)井下瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)調(diào)節(jié)局部通風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)速算法落后。因此，研究煤礦局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于提高煤礦井下生產(chǎn)安全性、改善井下工作環(huán)境、節(jié)約電能具有重要的意義。隨著國(guó)家智能化礦井建設(shè)的不斷推進(jìn)，模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)逐漸應(yīng)用于煤礦智能調(diào)速控制系統(tǒng)。基于T-S模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的局部通風(fēng)機(jī)智能調(diào)速方案在實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、跟隨性方面表現(xiàn)優(yōu)越，調(diào)速效果較好。

結(jié)語(yǔ)

總之，通過(guò)煤礦智能通風(fēng)中局部通風(fēng)機(jī)控制，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒的使用壽命以及節(jié)能降耗的目的，滿足井下實(shí)際使用要求，可以進(jìn)一步在更多設(shè)備中研發(fā)并增加使用數(shù)量。

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