王慧杰

（山西省汾西礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司雙柳煤礦， 山西 柳林 033300）

0 引言

井下壓風(fēng)機為煤礦井下多種設(shè)備以及工作場所提供動力，壓風(fēng)機需要24 h 不間斷運行。對壓風(fēng)機控制系統(tǒng)進行智能化改造，提高壓風(fēng)機運行可靠性并降低運行能耗，對提高煤礦安全生產(chǎn)保障能力及經(jīng)濟效益有一定促進意義[1-3]。遠程控制技術(shù)可實現(xiàn)壓風(fēng)機運行無人值守，同時實現(xiàn)運行遠程監(jiān)控、故障實時監(jiān)測；智能化可對壓風(fēng)機運行參數(shù)智能分析，對存在的隱患進行智能分析、識別，提供實時預(yù)警信息，同時智能化可自動采集工作參數(shù)，構(gòu)成標準化數(shù)據(jù)，并根據(jù)井下壓風(fēng)需要調(diào)整壓風(fēng)機運行，降低壓風(fēng)機運行能耗[4-7]。本文就以山西某礦地面壓風(fēng)機為例，根據(jù)現(xiàn)場情況提出將遠程智能控制技術(shù)應(yīng)用到壓風(fēng)機運行控制中，在提升井下壓風(fēng)質(zhì)量同時降低壓風(fēng)機運行能耗。

1 工程概況

山西某礦設(shè)計產(chǎn)能180 萬t/a，采用斜井開拓方式，主采煤層包括3 號、5 號、7 號、13 號等，采用綜采開采工藝。礦井使用的壓風(fēng)機為3 組型號LGS-68/10G 螺桿式空壓機，單組空壓機額定排氣量、排氣壓力分別為68 m3/min、1.0 MPa，配套的電機功率為450 kW?？諌簷C運行時需安排人員專門值守，常規(guī)生產(chǎn)情況下，1 組空壓機運行即可滿足采掘作業(yè)面壓風(fēng)需要；在高負荷生產(chǎn)條件下，需要安排3 組空壓機同時啟動。在空壓機同時運行時，需要安排工作人員依據(jù)工況風(fēng)量需要調(diào)節(jié)壓力，而煤礦井下各工作地點壓風(fēng)需求量會有一定差異，若采用人工開停壓風(fēng)機方式調(diào)節(jié)風(fēng)壓時，存在風(fēng)壓調(diào)節(jié)不及時或者供風(fēng)不穩(wěn)定等問題，不利于壓風(fēng)機管理；現(xiàn)場管理時，需工作人員實時測量風(fēng)量，不僅增大工作量，而且存在一定測量偏差，同時頻繁開啟空壓機不僅增加設(shè)備磨損而且增大電能消耗?，F(xiàn)有的空壓機未安裝監(jiān)測系統(tǒng)，無法實現(xiàn)空壓機工作狀態(tài)監(jiān)測，若出現(xiàn)故障時，無法及時預(yù)警?，F(xiàn)有的礦井壓風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 礦井壓風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 遠程智能控制技術(shù)思路及恒壓供風(fēng)技術(shù)

2.1 總體遠程智能控制技術(shù)思路

通過定時開關(guān)、傳感器以及感應(yīng)裝置等構(gòu)建壓風(fēng)機運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并以視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人工調(diào)度系統(tǒng)等為基礎(chǔ)構(gòu)成視頻監(jiān)控系統(tǒng)，以標準化管理、大數(shù)據(jù)分析以及精準管控為目標構(gòu)建遠程精準控制系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控以及遠程精準控制構(gòu)成閉環(huán)的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)。通過在空壓機上應(yīng)用遠程智能控制技術(shù)，初步實現(xiàn)空壓機運行無人值守及自動化運行，同時通過監(jiān)控中心可掌握空壓機運行參數(shù)、遠程控制空壓機運行[8-9]。具體關(guān)鍵技術(shù)如下：

1）進水、排水系統(tǒng)遠程智能控制。用電動進水球閥替換原有手動進水球閥，以便實現(xiàn)壓風(fēng)機進水遠程控制，由于壓風(fēng)機排水無壓力因此保持原有排水球閥類型不變；在熱水池及冷卻水池中均增設(shè)1 組水位傳感器，實時監(jiān)測水池液位；用無底閥水泵替代原有離心泵，并對水泵運行進行自動化遠程改造；在水泵進水管路上增設(shè)水壓傳感器，監(jiān)控中心可掌握壓風(fēng)機上水情況；水泵總管上增設(shè)水溫傳感器，以便為報警系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等遠程智能化控制提供數(shù)據(jù)支持。

2）儲氣裝置遠程智能控制。在各儲氣裝置上增設(shè)溫度傳感器，用以實時監(jiān)測儲氣裝置內(nèi)溫度；將污球閥類型由手動控制改為遠程電動控制，并安裝智能定時開關(guān)與遠程控制中心進行通信，實現(xiàn)每天自動排污，同時遠程控制中心可實時掌握排污數(shù)據(jù)。

3）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)壓風(fēng)機運行畫面實時監(jiān)測，以便更好地應(yīng)對突發(fā)情況。

4）升級控制系統(tǒng)。在原有的PLC 控制系統(tǒng)中增設(shè)視頻輔助監(jiān)控模塊、傳感器監(jiān)測模塊、遠程精準控制模塊、數(shù)據(jù)分析報警模塊以及閉環(huán)管理系統(tǒng)等，以便提升遠程智能控制系統(tǒng)應(yīng)用可靠性。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊構(gòu)成示意圖

2.2 恒壓供風(fēng)技術(shù)

在供風(fēng)系統(tǒng)中，多組壓風(fēng)機串聯(lián)使用可有效解決單組壓風(fēng)機使用時存在的供風(fēng)壓力不穩(wěn)定問題。通過使用聯(lián)控壓風(fēng)機組恒壓供風(fēng)技術(shù)，實現(xiàn)井下壓風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)壓力平穩(wěn)。恒壓供風(fēng)技術(shù)主要通過在供風(fēng)系統(tǒng)終端布置風(fēng)壓傳感器實現(xiàn)風(fēng)壓數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，控制系統(tǒng)依據(jù)原先設(shè)定的風(fēng)壓指標來動態(tài)調(diào)節(jié)壓風(fēng)機組各設(shè)備單元運行狀態(tài)、監(jiān)測壓風(fēng)機組運行參數(shù)、儲氣管溫度以及高壓柜電流信號等，并經(jīng)遠程控制系統(tǒng)進行綜合分析，將報警信息、控制信息以及結(jié)果信息等均顯示到遠程智能控制系統(tǒng)位于監(jiān)控中心的調(diào)度顯示屏上。

通過傳感器實時監(jiān)測壓風(fēng)總管壓力，并通過實時變頻調(diào)壓、調(diào)整同時運行的壓風(fēng)機數(shù)量，實現(xiàn)風(fēng)量精準控制、降低電能消耗。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

3.1 節(jié)能降耗分析

通過采用遠程智能控制技術(shù)，壓風(fēng)機組可實現(xiàn)智能化運行，降低空轉(zhuǎn)時間以及能耗，電能消耗約節(jié)約10%，空壓機組年可直接節(jié)省電能消耗約190 MWh，年可減少電費投入約10 萬元。同時壓風(fēng)機運行時無須安排專人進行值守，在壓風(fēng)機房不需要布置操作崗位、監(jiān)測崗位，通過地面集中監(jiān)控中心實現(xiàn)壓風(fēng)機運行日常管理，現(xiàn)場減少工作人員4 名，每年直接節(jié)省人力資源投入超過14.4 萬元。將冷卻水泵類型改為無底閥水泵后，水泵維護工作量更小、運行效率更好，年直接節(jié)省設(shè)備維護費用超過1 萬元。綜上，通過在壓風(fēng)機組上使用遠程智能控制技術(shù)后，年可直接節(jié)省空壓機運行、管理及維護等費用超過26 萬元。

3.2 安全保障能力分析

1）采用遠程智能控制技術(shù)后，可實現(xiàn)空壓機組運行狀態(tài)的遠程監(jiān)測以及運行控制，提高壓風(fēng)機組運行可靠性及安全保障能力。在遠程智能控制技術(shù)應(yīng)用后，壓風(fēng)機組曾出現(xiàn)電動機前軸溫度過高情況，系統(tǒng)及時發(fā)出預(yù)警信息，避免電動機出現(xiàn)燒毀或者高溫引起火災(zāi)事故等情況。

2）在監(jiān)控中心，工作人員可實時掌握空壓機組運行參數(shù)，以便快速應(yīng)對突發(fā)事件。遠程智能控制技術(shù)可依據(jù)各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)以及壓風(fēng)機管網(wǎng)壓力實時調(diào)整風(fēng)壓機組工作狀態(tài)，實現(xiàn)壓風(fēng)機組平穩(wěn)運行。多臺壓風(fēng)機組聯(lián)合運行提升壓風(fēng)系統(tǒng)供風(fēng)能力，并可根據(jù)井下用風(fēng)需求調(diào)整供風(fēng)量，避免出現(xiàn)供風(fēng)過剩或者供風(fēng)能力不足等問題。對遠程智能控制技術(shù)應(yīng)用2 年內(nèi)運行參數(shù)進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)井下壓風(fēng)供風(fēng)效果得以有所提升，有助于提升井下生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

空壓機智能化控制是煤礦智能化管理的重要組成單元，為提高壓風(fēng)機運行可靠性、提升壓風(fēng)質(zhì)量，提出將遠程智能化控制技術(shù)應(yīng)用到空壓機運行控制中。采用先進的信息化技術(shù)、恒壓供風(fēng)技術(shù)，以及通信系統(tǒng)、傳感器監(jiān)測技術(shù)等，實現(xiàn)壓風(fēng)機組遠程控制。現(xiàn)場應(yīng)用后，空壓機組可實現(xiàn)自動化、無人值守控制，監(jiān)控中心可實時掌握空壓機組運行情況，同時空壓機組在運行期間維護工程量小、運行穩(wěn)定，取得較好應(yīng)用效果。通過將遠程智能化控制技術(shù)應(yīng)用到壓風(fēng)機組運行控制中，在一定程度上提升了井下壓風(fēng)質(zhì)量，有助于提升采掘工作效率。