智能化通风控制系统在掘进工作面中应用_许珍珍.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 1概述 霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤 矿 2112 巷位于井田 830 水平南翼，东与 830 南翼皮 带巷相通， 西至井田边界， 南为实体煤， 北与 9- 109 回 采面相邻 （正在回采 ） 。 2112 巷开口位于 830 南翼皮带巷内 6 导线点 前 21.7m，以 270方位角，沿 9 煤层顶板施工 1157m到工作面切巷位置。 施工巷道断面规格为宽 高 4.83.0m，巷道采用综合机械化掘进施工工艺， 截至目前巷道已掘进 480m。 2112 巷掘进期间工作面采用局部通风机进行供 风，共计安装两台功率为 55kW 型号为 FBD 型局部 通风机， 风机安装在巷道开口以北 20m 进风流中； 局 部通风机配套一套 200A 开关、 一台 120A 联锁开关， 风机专用电源连接于 1 配电点 660V 移变及 3 高 压配电开关；备用电源连接于 2 配电点 660V 移变 及 8 高压配电开关；风机连接风筒直径为 1.0m， 风 筒长度为 10m， 风筒出风口距工作面不大于 10m。 2112 巷在掘进期间巷道内每隔 50m安装一道喷 雾洒水降尘装置， 该装置主要利用巷道内静压作用将 水源通过高压喷头进行雾化实现巷道降尘目的， 每道 降尘装置单位时间洒水量为 0.5m3/min。 2原通风防尘系统主要存在的问题 1 ） 通风控制自动化水平低 原通风系统中局部通 风机无法自动实现切巷需人工每班定时进行切换实 验， 风机切巷时无法实现倒机不停风功能， 风机供风 过程中出现故障不能及时发出预警； 同时风机在工作 过程中地面操控室无法对风机运行安全参数进行实 时监测， 通风系统自动化水平低， 故障率高。 2 ） 风流温度无法控制 原通风系统中利用局部 风机直接将巷道内新鲜风流压入工作面，由于店坪 矿通风路线长，矿井内风流平均温度在 17℃， 2112 巷在前期掘进阶段工作面温度相对较低，在后期开 拓延伸后工作面稳定相对较高，供风风流温度不能 满足施工要求。 3 ） 风速无法调节 2112 巷在前 200m 范围内掘 进时风筒漏风系数、 风阻小， 工作面风速达 2.1m/s， 工作面掘进后高速风流使工作面产生高浓度粉尘， 不利于生产， 在后期掘进过程中随着巷道开拓延伸， 巷道内风阻加大， 当工作面掘进至 500m 处时， 工作 面风速降低为 0.7m/s， 虽然降低了工作面扬尘浓度， 但是回风流中风速逐渐降低， 造成巷道污风扩散慢， 影响施工。 （4 ） 降尘效果差 2112 巷在掘进时巷道回风流中 智能化通风控制系统在掘进工作面中应用 许 珍 珍 （霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿 ，山西 吕梁 033100 ） 摘要 为了保证矿井通风稳定性， 提高采掘工作面通风自动化水平， 霍州煤电集团吕梁山煤电有限 公司方山店坪煤矿通风科通过技术研究， 对 2112 巷原通风系统主要存在的问题进行分析， 并对其进 行优化， 采用智能化通风控制系统， 该系统实现了工作面温度、 风速、 回风流中粉尘浓度自动控制， 远 程操控等目的， 取得了显著成效。 关键词 掘进巷道 ； 通风系统 ； 温度控制 ； 风速控制 ； 自动降尘 ； 远程控制 中图分类号 TD63文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0121- 03 Application of Intelligent Ventilation Control System in Driving Face XU Zhenzhen （Huozhou coal group Liangshan Coal Co., Fangshan Lu Dian PingCoal Mine , Lvliang 033100 ，china） Abstract in order to ensure the stability of ventilation in mine and improve the level of ventilation automation in mining face, the ventilation Department of Fangshandianping coal mine of Fuzhou coal power group luliangshan coal power Co., Ltd. analyzed and optimized the main problems in the ventilation system oflane 2112 and adopted intelligent ventilation control system. The systemachieves the purpose oftemper- ature, wind speed, automatic control ofdust concentration in the return air, and remote control, and has achieved remarkable results. Key words diggingintothe roadway; Ventilation system; Temperature control ; Wind speed control ; Automatic dusting; Remote control 121 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 粉尘浓度达 132mg/m3，采用传统的喷雾洒水进行降 尘时，降尘效果差，喷雾降尘后粉尘浓度高达 90mg/m3， 能见度不足 15m； 同时传统喷雾洒水装置 洒水量大， 不仅造成巷道内积水量， 降低了巷道质量 标准化，而且对积水不利于巷道机电设备安装及安 全运行。 3智能化通风控制系统应用 为了弥补 2112 巷传统通风系统不足，店坪煤矿 通风科决定对原通风系统进行优化， 安装一套智能化 通风控制系统。 3.1智能化通风控制系统结构 （1 ） 智能化通风控制系统主要由地面操控系统、 智能化供风系统、 PLC 控制器、 联锁开关 （120A ） 、 温 度风速控制系统、 降尘系统等部分组成， 如图 1 所示。 图 1智能化通风控制系统结构示意图 2 ） 地面操控系统主要包括地面网路交换站、 工业 千兆以太网、 上位机控制系统； 地面网路交换站主要 利用以太网已井下交换站进行信息交换作用； 上位机 控制系统主要包括主机、 显示器、 打印机， 主机内安装 FameVice 组态软件，可在利用显示器远程显示通风 控制系统运行状态。 3 ） 智能化供风系统主要包括多功能变频风机两 台， 功率为 50kW， 风机开关、 温度控制器等部分组 成， 变频风机与 PLC 控制器连接， 该风机可对频速进 行自动调节， 实现风速控制作用。 4 ） 温度风速控制系统主要包括温度传感器、 风速 传感器、 基站等部分组成， 温度、 风速传感器安装在掘 进工作面迎头， 基站与 PLC 控制器连接， 通过 PLC 控 制器可对温度、 风速传感器保护值进行设定。 5 ） 降尘系统主要包括粉尘浓度传感器、 集控器、 泡沫抑尘装置等部分组成， 泡沫抑尘装置主要包括电 控液阀、 泡沫生成器、 旋转高压喷头等部分组成； 集控 器分别与泡沫抑尘装置、 PLC 控制器、粉尘浓度传感 器连接。 3.2智能化通风控制系统工作原理 3.2.1温度风速控制系统工作原理 1 ） 通过 PLC 控制器将工作面温度传感器、 风速 传感器保护值进行设定，温度传感器保护值设定在 22℃， 风速传感器保护值设定在 1.5m/s。 2 ） 当工作面内温度低于 22℃时， 温度传感器及 时将收集数据传递至基站， 基站将数据转换成信号传 递至 PLC 控制器， 控制器接收信号后及时将 “加热” 指令信号传递至联锁开关， 联锁开关接通风机温控器 中防爆电热阻丝电源， 温控器对风机引入空气进行加 热，保证工作面温度控制在 22℃ （温差控制2℃范 围内 ） 。 3 ） 当工作面内温度高于 22℃时， PLC 控制通过 信号处理后将 “制冷” 指令传递至联锁开关， 联锁开关 及时打开温控器半导体制冷机电源， 温控器对风机引 入风流进行制冷， 降低工作面温度。 4 ） 当工作面风速低于或高于 1.5m/s 时， 风速传 感器收集数据通过基站转换及时将数据信号传递 PLC控制器， 控制器通过信号处理后对多功能变频风 机频速进行调节， 保证工作面风筒出风口风速控制在 1.5m/s （误差控制在0.2m/s ） 。 3.2.2回风流降尘系统工作原理 1 ） 通过 PLC 控制器将粉尘浓度传感器保护动作 值设定在 15～50mg/m3，降尘系统每隔 200m 安装一 套， 系统中旋转高压喷头安装在距顶板 0.8m处。 2 ） 当巷道回风流中粉尘浓度超过 50mg/m3时， 集 控器及时将传感器收集数据传递至 PLC 控制器， 控 制器接收信号后将 “开启” 指令发送至联锁开关， 联锁 开关及时打开泡沫抑尘装置电控液压电源， 泡沫抑尘 装置进行高压喷沫降尘。 3 ） 当回风流中粉尘浓度低于 20mg/m3时， 集控器 及时将传感器收集数据传递至 PLC 控制器，控制器 接收信号后将 “关闭” 指令发送至联锁开关， 联锁开关 及时关闭泡沫抑尘装置电控液压电源， 泡沫抑尘装置 停止工作。 3.2.3远程操控系统工作原理 1 ）PLC 控制器能够实时将风机运行状态、工作 面风速、 温度、 回风流中粉尘浓度等参数， 通过信号线 122 ChaoXing （上接第 120 页 ） 3 结论 1 ） 通过研究分析了突出煤层的煤样水分与煤坚 固性系数 f 值的关系， 随着煤样水分的增大， 坚固性 系数 f随之增大。初始阶段， 水分对坚固性系数的影 响显著， 坚固性系数 f 值增长迅速， 随着水分的逐渐 增加， 坚固性系数增加会越来越小。 2 ） 煤样水分对坚固性系数的测定有显著影响， 随 着水分的增加可以软煤的坚固性系数由临界值之下 增加到临界值以上， 从而可能将原本具有突出危险性 的煤层鉴定为非突出危险煤层， 为矿井安全生产带来 隐患。 建议进行坚固性系数测定前先对煤样进行干燥 处理， 提高精确度。 参考文献 [1] 俞启香， 程远平．矿井瓦斯防治[M]．徐州 中国矿业大 学出版社， 2012 [2] 蔡成功, 王魁军. 煤坚固性系数 f 测定中若干问题的探讨 [J]. 中国矿业大学报,19960284- 88. [3] 吴爱军, 赵文斌, 蒋承林. 温度对煤体坚固性系数的影响 试验[J]. 安全与环境学报, 2015,1504 103- 107. [4] 吕平洋,付帅,魏怡航,牟林桐. 煤的坚固性系数影响因素 分析[J]. 华北科技学院学报, 2015, 1203 45- 48. 作者简介 童翀翀 （1981-） ， 女， 汉族， 山西太原人， 本科学历， 助理 工程师， 现工作于山西煤矿安全监察局安全技术中心， 从事 煤层瓦斯基本参数检测工作。 （收稿日期 2019- 5- 6） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 上传至井底车场网路交换站；交换站利用工业以太 网以及井筒内信号基站传送至井口网路交换站； 交 换站利用信号线将数据信号上传至地面操控室主机 系统内。 2 ） 地面操控室主机安装了一套 FameVice 组态软 件， 该软件利用显示器可直观的对智能化通风控制系 统各部件运行状态进行显示， 操作人员可通过界面远 程操控系统， 并可修改系统中相关参数； 同时可利用 打印机绘制处系统运行状态曲线图。 4结束语 霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤 矿通风科通过技术研究，对 2112 巷在前期掘进阶段 通风系统主要存在的问题进行分析，并进行优化改 造， 安装了一套智能化通风控制系统， 通过实际应用 取得了显著成效。 1 ） 自动化水平高 智能化通风控制系统自动化水 平高， 提高了掘进工作面通风系统稳定性， 保证了工 作面安全快速掘进； 而且该系统应用后无需井下专人 值守通风系统， 降低了劳动强度。 2 ） 实现风速、 温度调控 该系统可自动对工作面 风流温度、 风速井下自动调节控制， 保证了 2112 巷在 掘进过程中风速在 1.5m/s， 温度在 22℃， 为施工人员 创造了有利的施工环境。 3 ） 提高了降尘效果 与传统喷雾洒水降尘装置相 比， 该系统降尘装置采用泡沫吸附粉尘， 吸附力强， 降 尘效果好， 通过实际应用发现， 泡沫抑尘后回风流中 粉尘浓度平均在 20mg/m3以下， 而且避免了静压水浪 费， 解决了喷雾洒水过程中巷道污水积水量大等技术 难题， 提高了巷道质量标准化。 参考文献 [1] 闫满志.长距离独头巷道掘进通风系统优化设计[J].现代 矿业， 2012 （09） 118- 120. [2] 龚向楠.煤矿通风系统优化研究及应用[J].机械管理开发， 2018 （07） 165- 166. [3] 侯华利.浅谈矿井通风系统优化技术的应用[J].陕西煤炭， 2017 （02） 125- 126. [4] 常伟伟.煤矿基建时期通风方案探索与实践[J].煤炭科技. 2016 （03） 52- 54. [5] 朱雷.济宁二号煤矿通风系统优化[J].煤矿机械.2015 （04 ） 208- 211. 作者简介 许珍珍 （1982.07-） ， 男， 毕业于山西大同大学煤矿开采 技术专业， 大专， 助理工程师， 现就职于霍州煤电集团吕梁山 煤电有限公司方山店坪煤矿通风科，从事通风技术管理工 作。 （收稿日期 2019- 4- 23 ） 123 ChaoXing