王 越,王 斌,孫劉詠,王盛永,孫澤雁

(1.陜西建新煤化有限責(zé)任公司,陜西 延安 716000;2.山西科達(dá)自控股份有限公司,太原 030006)

隨著國家的不斷發(fā)展,煤炭需求量越來越大,2020年我國煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)比例為56.7%左右[1]。煤礦開采也逐漸由地面開采轉(zhuǎn)為地下開采,隨著開采深度增加,開采環(huán)境也變得復(fù)雜,對(duì)通風(fēng)安全的要求越來越嚴(yán)格,煤礦的智能通風(fēng)系統(tǒng)研究也逐漸成為井下安全生產(chǎn)的重要組成部分[2-4]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展,煤礦智能化開采技術(shù)不斷提升,煤礦開采由人工、放炮、機(jī)械化、信息化到今天的智能化開采,安全水平以及開采效率也隨之提高[5]。周福寶等[6]針對(duì)我國現(xiàn)代化礦井通風(fēng)發(fā)展的重大需求,系統(tǒng)研究了礦井智能通風(fēng)原理、關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)組成。張慶華等[7]從通風(fēng)參數(shù)測(cè)定與監(jiān)測(cè)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析與決策、通風(fēng)調(diào)控技術(shù)與裝備進(jìn)行梳理與總結(jié),指出實(shí)現(xiàn)智能通風(fēng)需解決的4大難題,為礦井智能化通風(fēng)建設(shè)建立了理論基礎(chǔ),但未應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。王斌等[8]基于文獻(xiàn)分析,綜述了煤礦智能決策與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究的主要成果,并以王樓煤礦為研究對(duì)象,分析了王樓煤礦智能化通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際作用及意義。王學(xué)芳[9]針對(duì)傳統(tǒng)的以PLC為核心的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)處置速度慢、易受環(huán)境影響等問題,提出了基于總線為主網(wǎng)絡(luò)的煤礦智能通風(fēng)控制系統(tǒng),保障了井下的通風(fēng)安全,但對(duì)于遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)等應(yīng)用的優(yōu)化較少。欒王鵬[10]以馬蘭礦為研究對(duì)象,介紹了礦井智能通風(fēng)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng),該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)的礦井通風(fēng)參數(shù)測(cè)定系統(tǒng)、百葉式自動(dòng)風(fēng)窗及其控制系統(tǒng)、抗火災(zāi)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制風(fēng)門組成等,系統(tǒng)建設(shè)較為完善,但對(duì)于主要及局部通風(fēng)機(jī)的監(jiān)測(cè)與控制能力較弱。張水平等[11]針對(duì)漂塘鎢礦通風(fēng)系統(tǒng)主要存在的風(fēng)阻不均衡,無法實(shí)現(xiàn)按需通風(fēng)的問題,調(diào)整傳感器的布置位置,變頻改造風(fēng)機(jī)和搭建智能通風(fēng)管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)試點(diǎn)通風(fēng)系統(tǒng)的智能化管理,但對(duì)于井下通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及可視化優(yōu)化較差。閆玉山等[12]針對(duì)趙樓煤礦智能化礦井建設(shè)需要,構(gòu)建了智能通風(fēng)集成管控平臺(tái),集成了礦井主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制和一鍵倒機(jī)一鍵反風(fēng)、風(fēng)井防爆帽自動(dòng)控制、智能風(fēng)門設(shè)施、三維動(dòng)態(tài)可視化等項(xiàng)目,提高了系統(tǒng)對(duì)井下工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)。白銘波等[13]以韓家灣煤礦為研究對(duì)象,構(gòu)建了基于基礎(chǔ)參數(shù)動(dòng)態(tài)感知、通風(fēng)設(shè)備智能管控、區(qū)域反風(fēng)與膠帶火災(zāi)精準(zhǔn)辨識(shí)、火災(zāi)分級(jí)預(yù)警與管控的智能通風(fēng)決策管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了井下通風(fēng)工作無人化、自動(dòng)化、智能化,但井下通風(fēng)可視化優(yōu)化較差。郭煒舟等[14]針對(duì)葫蘆素煤礦通風(fēng)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性差,通風(fēng)設(shè)施未實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控,風(fēng)量調(diào)節(jié)過程復(fù)雜低效等問題,建成了一體化通風(fēng)智能管控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井風(fēng)量的實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)、風(fēng)量遠(yuǎn)程調(diào)控和通風(fēng)系統(tǒng)故障診斷。

本文針對(duì)建莊礦業(yè)井下通風(fēng)現(xiàn)狀及智能化不足,井下實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)性差,風(fēng)機(jī)、風(fēng)門和風(fēng)窗的遠(yuǎn)程控制弱,系統(tǒng)決策能力差,缺少三維動(dòng)態(tài)可視化功能的缺點(diǎn),建立智能通風(fēng)技術(shù)與裝備體系,形成集數(shù)據(jù)采集、風(fēng)網(wǎng)解算、智能控制于一體的礦井通風(fēng)智能化平臺(tái),以期為目前煤礦無法進(jìn)行原廠智能調(diào)控、井下災(zāi)害時(shí)期應(yīng)急救援困難等問題提供技術(shù)支撐。

1 智能通風(fēng)系統(tǒng)組成

建莊礦業(yè)礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)由智能通風(fēng)軟件平臺(tái)、調(diào)風(fēng)系統(tǒng)和多系統(tǒng)融合聯(lián)動(dòng)平臺(tái)3個(gè)模塊組成。智能通風(fēng)軟件平臺(tái)通過控制風(fēng)機(jī)、風(fēng)門和風(fēng)窗等設(shè)施實(shí)現(xiàn)風(fēng)網(wǎng)故障預(yù)警與分析、按需自主供風(fēng)、災(zāi)變控風(fēng)、熱塵模擬等功能。調(diào)風(fēng)系統(tǒng)由主要通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、局部通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)門調(diào)風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)窗調(diào)風(fēng)系統(tǒng)組成,實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門和風(fēng)窗的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制,具有運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)監(jiān)測(cè)及一鍵控制等功能。多系統(tǒng)融合智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù),使得能夠?qū)νL(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)顯示、系統(tǒng)故障報(bào)警提示、數(shù)據(jù)分析、災(zāi)變預(yù)警預(yù)判以及系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。成套化礦井智能通風(fēng)裝備技術(shù)可實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)系統(tǒng)智能化、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化,該技術(shù)解決了傳統(tǒng)煤礦通風(fēng)由于人工監(jiān)測(cè)、記錄、判識(shí)、調(diào)控等操作造成的決策效率低、時(shí)效性差、安全性不足等問題。其體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能通風(fēng)系統(tǒng)體系框架Fig.1 Architecture of the intelligent ventilation system

2 智能通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)體系

2.1 智能通風(fēng)軟件平臺(tái)

智能通風(fēng)軟件平臺(tái)是在地面調(diào)度中心配置通風(fēng)軟件服務(wù)器主機(jī)1套,安裝通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)仿真、解算軟件,利用虛擬服務(wù)器作為數(shù)據(jù)服務(wù)器,解算服務(wù)器通過連接數(shù)據(jù)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫,讀取風(fēng)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù),進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、計(jì)算。工控機(jī)安裝智能通風(fēng)主控軟件平臺(tái),主控軟件工控機(jī)與數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,解算服務(wù)器的解算結(jié)果經(jīng)過主控軟件的分析運(yùn)算后,從而控制主扇通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行微量調(diào)風(fēng),使通風(fēng)系統(tǒng)處于最優(yōu)化的通風(fēng)狀態(tài),以實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)狀態(tài)的三維動(dòng)態(tài)可視化、智能通風(fēng)大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和通風(fēng)系統(tǒng)智能調(diào)控,其技術(shù)框架如圖2所示。其中,利用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)流、煙流、有毒有害氣體擴(kuò)散動(dòng)畫模擬和阻力三區(qū)、災(zāi)變分級(jí)劃分、風(fēng)速和顏色梯度等展示;利用礦井三維通風(fēng)系統(tǒng)模型快速建立技術(shù),實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)圖自動(dòng)導(dǎo)入建模以實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)狀態(tài)三維動(dòng)態(tài)可視化。

圖2 智能通風(fēng)軟件平臺(tái)邏輯框架Fig.2 Logical framework of the intelligent ventilation software platform

2.2 調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

1)主要通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)利用現(xiàn)有系統(tǒng),通過接口、協(xié)議轉(zhuǎn)換讀取主扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù),集成到通風(fēng)平臺(tái)軟件,讀取現(xiàn)場(chǎng)主扇通風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓、振動(dòng)、頻率、電流、運(yùn)行狀態(tài)等,生成整個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工藝流程,提供清晰的、人性化的人機(jī)界面,全中文顯示,適應(yīng)操作人員習(xí)慣。

2)局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)利用局扇點(diǎn)與工業(yè)環(huán)網(wǎng)對(duì)接,將各掘進(jìn)工作面局扇風(fēng)機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳至地面調(diào)度中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)井下各掘進(jìn)工作面局扇風(fēng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè),并可以在授權(quán)狀態(tài)下遠(yuǎn)程集控風(fēng)機(jī)啟停;平時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行,應(yīng)急情況下可以在調(diào)度中心對(duì)各風(fēng)機(jī)進(jìn)行工作狀態(tài)干預(yù);局扇風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到對(duì)饋電開關(guān)、變頻器、環(huán)境傳感器、視頻畫面的采集與傳輸,并實(shí)現(xiàn)控制信令的下達(dá)。

3)風(fēng)門調(diào)風(fēng)系統(tǒng)采用PLC控制技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)通訊技術(shù),并具有485通訊接口,對(duì)井下各處風(fēng)門進(jìn)行無人值守自動(dòng)控制;利用上位機(jī)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及遠(yuǎn)程控制,可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及報(bào)警功能;利用工業(yè)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到地面生產(chǎn)調(diào)度中心,從而極大程度地提高響應(yīng)時(shí)間。

4)風(fēng)窗調(diào)風(fēng)系統(tǒng)采用了可調(diào)風(fēng)窗、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、隔爆兼本安型PLC控制箱、傳感器、攝像儀等硬件,實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗智能化監(jiān)測(cè)和調(diào)控。系統(tǒng)配置工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口,通過與井下環(huán)網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)地面集控、調(diào)度的統(tǒng)一管控。

3 智能通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 礦井概況

陜西煤業(yè)集團(tuán)黃陵建莊礦業(yè)采用中央分列式通風(fēng)方式,抽出式通風(fēng)方法,設(shè)置主斜井、副斜井兩個(gè)進(jìn)風(fēng)井,設(shè)置一個(gè)回風(fēng)立井?；仫L(fēng)立井安裝兩臺(tái)FCZNO25.0/1250(I)型防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)。井下各掘進(jìn)頭采用對(duì)旋軸流壓入式局部通風(fēng)機(jī)。礦井瓦斯等級(jí)為低瓦斯,煤層自燃傾向性為二類自燃煤層,煤塵具有爆炸性。

3.2 礦井智能通風(fēng)現(xiàn)狀

建莊礦業(yè)已實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)在線監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程集控功能,井下局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能,但是仍達(dá)不到智能通風(fēng)的功能要求。因此必須在現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步完善智能通風(fēng)系統(tǒng)功能。緊扣國家及公司對(duì)煤礦智能通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合礦井通風(fēng)安全管控需要和實(shí)際現(xiàn)狀,構(gòu)建基于風(fēng)網(wǎng)解算及通風(fēng)管控的礦井智能通風(fēng)管控系統(tǒng)。

3.3 智能通風(fēng)軟件平臺(tái)功能

3.3.1井下通過狀態(tài)三維動(dòng)態(tài)可視化

1)二維圖形進(jìn)入三維可視化圖形,界面更形象。

2)動(dòng)態(tài)模擬風(fēng)流方向,顯示風(fēng)路的斷面、形狀、摩擦阻力系數(shù)等基本參數(shù)。如圖3(a)所示。

3)強(qiáng)大的設(shè)置功能,可以根據(jù)不同礦井地質(zhì)環(huán)境確定模型的工程環(huán)境、空氣可壓縮性、地?zé)崽荻取鷰r比熱容等相關(guān)參數(shù),提高礦井三維可視化模型的模擬精度,如圖3(b)所示。

4)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)模擬,風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)庫可以編輯、添加和刪除模型中所有風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù),支持在線互聯(lián)網(wǎng)查找風(fēng)機(jī),動(dòng)態(tài)顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線及數(shù)據(jù)。

5)模擬礦井風(fēng)網(wǎng)中主通風(fēng)機(jī)不同風(fēng)量及負(fù)壓下的運(yùn)行情況,模擬風(fēng)機(jī)變頻、不同葉片角度下礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。

6)模擬局部通風(fēng)機(jī)在掘進(jìn)頭中的運(yùn)行情況,也可以在同一巷道中對(duì)多臺(tái)局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行模擬。如圖3(c)和3(d)所示。

圖3 智能通風(fēng)軟件平臺(tái)可視化功能圖Fig.3 Visualization function diagram of the intelligent ventilation software platform

7)對(duì)長遠(yuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)判。表現(xiàn)如下:①巷道及工作面貫通模擬,風(fēng)量變化如圖4(a)所示;②新建風(fēng)井井筒直徑及風(fēng)機(jī)選型模擬,如圖4(b)所示;③觀察采區(qū)巷道封閉后對(duì)相關(guān)風(fēng)機(jī)和巷道的影響,預(yù)模擬巷道封閉后可能出現(xiàn)的通風(fēng)問題及相應(yīng)解決方案, 如圖4(c)所示;④設(shè)計(jì)采區(qū)通風(fēng)困難時(shí)期需風(fēng)量模擬;⑤風(fēng)機(jī)反風(fēng)演習(xí)模擬;⑥精準(zhǔn)調(diào)整通風(fēng)設(shè)施,調(diào)整前后如圖4(d)所示;⑦污染物及氣體擴(kuò)散模擬;⑧構(gòu)建風(fēng)路,將AutoCAD礦山采掘工程平面圖直接轉(zhuǎn)化成風(fēng)路實(shí)體巷道。

圖4 長遠(yuǎn)通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)和預(yù)判功能圖Fig.4 Function diagram for forecasting and predicting with the long-term ventilation system

8)對(duì)風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行整體分析。表現(xiàn)在:①能利用扇形統(tǒng)計(jì)圖對(duì)井筒和大巷等能量損失進(jìn)行分析,并形成風(fēng)網(wǎng)報(bào)告,如圖5(a)所示;②對(duì)礦井風(fēng)網(wǎng)快速模擬解算,生成風(fēng)網(wǎng)運(yùn)行報(bào)告及圖表,如圖5(b)所示。

圖5 風(fēng)網(wǎng)分析界面圖Fig.5 Wind network analysis interface diagram

9)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化。表現(xiàn)如下:①經(jīng)濟(jì)性模擬功能,幫助礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化風(fēng)路斷面、節(jié)約整個(gè)礦井服務(wù)周期的成本,如圖6(a)所示;②將礦井的總通風(fēng)成本輸入到模型中,分析采礦掘進(jìn)成本、通風(fēng)能耗成本、風(fēng)機(jī)購置成本、礦井服務(wù)年限、折舊率;③系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中包含風(fēng)路年通風(fēng)成本的數(shù)據(jù),如圖6(b)所示。

圖6 軟件平臺(tái)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化功能圖Fig.6 Function diagram of software platform economic optimization

3.3.2通風(fēng)系統(tǒng)智能調(diào)控

1)局部控風(fēng)遠(yuǎn)程調(diào)控與閉環(huán)自動(dòng)調(diào)控。對(duì)工作面、掘進(jìn)面配置可調(diào)風(fēng)窗,設(shè)置反饋傳感器,輸入需要風(fēng)量,進(jìn)行比較,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控。根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)檢測(cè)輸出風(fēng)量,自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率或增減單機(jī)、雙機(jī)運(yùn)行,滿足實(shí)際用風(fēng)需求。

2)對(duì)主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控。實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程一鍵啟停、故障切換、一鍵反風(fēng)、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置,滿足應(yīng)急或?yàn)?zāi)害情況下的礦井總供風(fēng)調(diào)整。

3)應(yīng)急模式下的通風(fēng)調(diào)控。在出現(xiàn)設(shè)備故障、火災(zāi)、瓦斯超限等緊急模式時(shí),可以根據(jù)預(yù)案遠(yuǎn)程實(shí)施設(shè)備聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控。

4)實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)感應(yīng)開閉風(fēng)門、自動(dòng)閉鎖。所有風(fēng)門實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)并可以遠(yuǎn)程監(jiān)控,如圖7(a)所示。

5)實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。通過遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)風(fēng)窗,配合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),完成給定數(shù)據(jù)的風(fēng)窗遠(yuǎn)程閉環(huán)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)風(fēng),如圖7(b)所示。

圖7 通風(fēng)系統(tǒng)智能調(diào)控功能圖Fig.7 Intelligent control function diagram of the ventilation system

3.4 調(diào)風(fēng)系統(tǒng)功能

3.4.1主要通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

建莊礦業(yè)主要通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)界面,如圖8所示。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能。

1)風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度、振動(dòng)、頻率等數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè),增加視頻監(jiān)控和風(fēng)機(jī)狀態(tài)感知傳感器,安裝具有遠(yuǎn)程變頻控制功能的主通風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)變頻調(diào)節(jié)風(fēng)量。

2)通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制功能,達(dá)到“一鍵啟?！薄耙绘I倒機(jī)”“一鍵反風(fēng)”等目的。

3)具有故障分析、預(yù)警功能。

4)根據(jù)風(fēng)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及解算結(jié)果調(diào)控主扇風(fēng)機(jī)在最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行。

5)根據(jù)風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及解算結(jié)果實(shí)現(xiàn)主扇風(fēng)機(jī)故障預(yù)警和維檢推送。

6)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并智能解算,使主通風(fēng)機(jī)高效安全供風(fēng),避免浪費(fèi)。

圖8 主要通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)界面圖Fig.8 Air regulation system interface diagram of main ventilator

3.4.2局部通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

建莊礦業(yè)局部通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)界面,如圖9所示。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)以下功能。

圖9 局部通風(fēng)機(jī)監(jiān)控界面圖Fig.9 Monitoring interface diagram of local ventilators

1)通過自動(dòng)控制程序在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)設(shè)備的集中管控、遠(yuǎn)程調(diào)度和自動(dòng)巡檢、人工遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)相結(jié)合。

2)具備一鍵啟動(dòng)、倒機(jī)功能,增加視頻監(jiān)控和風(fēng)機(jī)狀態(tài)感知傳感器,實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程啟停和切換。

3)地面集中管控平臺(tái)設(shè)有集中管控局部通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的界面,除集控室的技術(shù)人員(具備操作局部通風(fēng)機(jī)權(quán)限的人員)外,其他有關(guān)人員可以根據(jù)權(quán)限通過IE瀏覽井下局部通風(fēng)設(shè)備的運(yùn)行情況,并根據(jù)不同權(quán)限,獲得相關(guān)數(shù)據(jù),并向相關(guān)人員發(fā)送信息。

4)采用智能化通風(fēng)控制裝置與變頻器組成的控制系統(tǒng),對(duì)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)調(diào)控,達(dá)到“實(shí)時(shí)預(yù)警、人機(jī)雙控、按需供風(fēng)、防災(zāi)減災(zāi)”的效果,節(jié)能省電。

3.5 風(fēng)門調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

圖10為風(fēng)門調(diào)風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。智能通風(fēng)調(diào)控風(fēng)門的功能如下:

圖10 風(fēng)門系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.10 Network structure diagram of air door system

1)手-自-遠(yuǎn)程無擾切換功能。每套風(fēng)門監(jiān)控均由“自動(dòng)模式”“手動(dòng)模式”“遠(yuǎn)程模式”3種模式組成,每個(gè)風(fēng)門分站可獨(dú)立設(shè)置工作模式,互不影響。

2)擴(kuò)展功能。風(fēng)門分站具有以太網(wǎng)接口,可隨時(shí)擴(kuò)展監(jiān)控分站,如可集成自動(dòng)噴霧降塵、風(fēng)門自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗等系統(tǒng)的監(jiān)控。

3)巷道風(fēng)門系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)、統(tǒng)一管理功能,可以隨時(shí)掌握各巷道人員車輛通行情況。

4)根據(jù)風(fēng)網(wǎng)解算結(jié)果調(diào)整風(fēng)門狀態(tài),使通風(fēng)系統(tǒng)處于最優(yōu)狀態(tài)。

5)利用風(fēng)門工藝模擬結(jié)合視頻監(jiān)控實(shí)時(shí)觀察了解通風(fēng)設(shè)施狀況。

6)風(fēng)門位置索引功能。在礦井總體巷道圖中對(duì)各套風(fēng)門的監(jiān)測(cè)和操控可通過地圖索引中的圖標(biāo)自由切換。

3.6 風(fēng)窗調(diào)風(fēng)系統(tǒng)

風(fēng)窗調(diào)風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)5套風(fēng)窗,1 000 mm×600 mm建設(shè)3套,300 mm×600 mm建設(shè)2套。風(fēng)窗類型為百葉風(fēng)窗,其適用于現(xiàn)場(chǎng)潮濕、粉塵環(huán)境,易于開關(guān)。智能風(fēng)窗調(diào)控系統(tǒng)由風(fēng)窗、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、防爆PLC控制箱、不間斷電源、傳感器及配套控制軟件組成,實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗智能化監(jiān)測(cè)、調(diào)控。動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置通過減速機(jī)連接風(fēng)窗旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),帶動(dòng)百葉風(fēng)窗,實(shí)現(xiàn)開度變化;隔爆兼本安型PLC控制箱檢測(cè)傳感器信號(hào),分析判斷,輸出信號(hào)控制動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置,進(jìn)而控制風(fēng)窗開度變化,調(diào)控現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)量大小,整個(gè)系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng),有輸入設(shè)定和反饋,內(nèi)部運(yùn)算控制邏輯,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能控制。配置防爆攝像儀,實(shí)現(xiàn)對(duì)井下風(fēng)窗的遠(yuǎn)程監(jiān)視,另外,系統(tǒng)配置工業(yè)以太網(wǎng)傳輸接口,通過與井下環(huán)網(wǎng)連接,實(shí)現(xiàn)地面集控、調(diào)度的統(tǒng)一管控。

智能通風(fēng)調(diào)控風(fēng)窗的功能如下:

1)就地、遠(yuǎn)控、自動(dòng)控制功能,可以自由切換,具有數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)設(shè)置功能。

2)風(fēng)窗系統(tǒng)集成在同一平臺(tái),可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)各處通風(fēng)情況。

3)根據(jù)監(jiān)測(cè)的風(fēng)量數(shù)據(jù)及風(fēng)網(wǎng)解算結(jié)果實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)窗開度。

4)特殊情況下遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)風(fēng)窗開度,達(dá)到預(yù)案要求。

5)具有視頻監(jiān)控功能,任意選擇一處風(fēng)窗,可查看攝像儀的監(jiān)控畫面,了解風(fēng)窗的運(yùn)行狀況。

6)系統(tǒng)具有自診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)中傳感器、執(zhí)行器、分站、傳輸接口等設(shè)備發(fā)生故障時(shí),報(bào)警并記錄故障時(shí)刻和故障設(shè)備,以供查詢。

7)調(diào)節(jié)風(fēng)窗實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)及自動(dòng)智能調(diào)節(jié),安裝百葉窗式自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗及自動(dòng)控制設(shè)備,建立風(fēng)窗風(fēng)量精準(zhǔn)調(diào)控模型,通過遠(yuǎn)程調(diào)控微調(diào)執(zhí)行器,實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗過風(fēng)面積大小的調(diào)節(jié)。

3.7 多系統(tǒng)融合智能聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

本文對(duì)建立的智能通風(fēng)軟件平臺(tái)及多個(gè)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行多系統(tǒng)融合智能聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)相關(guān)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)顯示、故障報(bào)警提示、數(shù)據(jù)分析、災(zāi)變預(yù)警預(yù)判及相關(guān)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。具體表現(xiàn)如下:

1)建設(shè)風(fēng)門遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、風(fēng)門及風(fēng)窗遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)控及就地控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)風(fēng)門遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和自動(dòng)開閉。

2)主通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和一鍵啟動(dòng)、反風(fēng)、倒機(jī)功能。

3)局部通風(fēng)機(jī)依照現(xiàn)場(chǎng)需要實(shí)現(xiàn)局部工作面或掘進(jìn)面自主智能供風(fēng)和瓦斯排放,掘進(jìn)工作面的局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)、雙電源,并能自動(dòng)切換,根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖等自適應(yīng)調(diào)節(jié)的通風(fēng)設(shè)施設(shè)備智能控制。

4)建設(shè)實(shí)時(shí)在線精準(zhǔn)測(cè)風(fēng)系統(tǒng),利用全斷面超聲波測(cè)風(fēng)裝置,進(jìn)行在線精準(zhǔn)測(cè)風(fēng)。

5)建設(shè)區(qū)域風(fēng)流自動(dòng)調(diào)節(jié)、工作面火災(zāi)反風(fēng)和皮帶火災(zāi)風(fēng)流應(yīng)急控制的通風(fēng)災(zāi)變聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng);實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)參數(shù)無人化在線測(cè)量、礦井風(fēng)量遠(yuǎn)程調(diào)控、通風(fēng)隱患自動(dòng)識(shí)別、通風(fēng)災(zāi)變聯(lián)動(dòng)控制、通風(fēng)智能決策,實(shí)現(xiàn)減人、安全高效的目標(biāo)。

4 結(jié)語

1)依托建莊礦業(yè)現(xiàn)有的智能通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)主要通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、局部通風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)門調(diào)風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)窗調(diào)風(fēng)系統(tǒng),共同構(gòu)建擁有遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、一鍵控制和故障分析與預(yù)警等功能的智能調(diào)風(fēng)系統(tǒng)。

2)構(gòu)建了可以實(shí)時(shí)風(fēng)網(wǎng)解算井下通風(fēng)狀態(tài)的三維動(dòng)態(tài)可視化、智能通風(fēng)大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和通風(fēng)系統(tǒng)智能調(diào)控的智能通風(fēng)軟件平臺(tái),并實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)融合智能聯(lián)動(dòng),形成了具有建莊礦業(yè)特點(diǎn)的“測(cè)風(fēng)無人化”“調(diào)風(fēng)無人化”“防災(zāi)智能化”等關(guān)鍵技術(shù)。

3)建莊礦業(yè)智能化通風(fēng)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,替代了傳統(tǒng)人工工作方式,改變了傳統(tǒng)的通風(fēng)數(shù)據(jù)和有毒有害氣體紙質(zhì)臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)和分析方法,數(shù)圖化動(dòng)態(tài)展示了井下通風(fēng)系統(tǒng)。對(duì)預(yù)防和減少通風(fēng)安全事故、提高煤礦通風(fēng)安全技術(shù)水平具有重要意義。