矿井通风监控系统优化设计

孙建兵

(阳煤集团三矿，山西 阳泉 045008)

引言

井下综采及掘进工作面正常生产时，通风系统是员工生命安全的保障。通风系统不完善不仅会给员工的安全工作造成巨大隐患，还会直接威胁井下人员的生命安全，导致井下正常的掘进及综采生产无法进行，最终对煤矿的经济效益造成损失。在矿井各工作面安装自动化通风监控系统，能够对井下巷道的风压、风速及温度进行实时监测，确保工作地点人员的安全。经过实践证明，在煤矿安装自动化通风监控系统后，能够有效地对各个工作面的各类通风数据进行监测，避免由于井下通风系统达不到要求造成的瓦斯集聚或爆炸事故，全面提升了整个矿井的安全系数。

1 通风监控系统主要存在的问题

1.1 监控系统功能不强

煤矿通风系统主要由以下4部分组成：通风动力设备、风流控制、监测设备、通风装置。煤矿通风系统的主要目的是能够与煤矿规程及措施结合，对井下工作面的风速及风量进行有效控制，满足井下工作人员的安全。目前，我国矿井由于技术水平不够，自动化通风监控系统还没有充分使用，井下通风设备及相关通风数据还不完善，这都会造成井下通风效率不高，达不到理想的通风效果。在通风系统技术水平不足、井下环境恶劣、地质构造受阻的多重影响下，通风系统各项功能不完善，达不到预定的通风效果，给矿井生产造成巨大的安全隐患。

1.2 传感器质量差

传感器的稳定性对矿井通风监控系统的可靠性有直接的影响。传感器监测数据及参数的准确性是衡量矿井通风系统准确性的关键。井下监控系统的传感器能够对井下甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气浓度、风压、风速、巷道风门的开合状态、电源开关的分合状态进行有效监测，这些传感器虽然能够满足现在矿井的通风需求，但是井下工作环境恶劣、地质构造复杂，这些都会造成传感器寿命降低、效率变差。

1.3 可集成性和防爆性差

由于通风系统都是在井下工作，对设备防爆性的要求比较高，而这些设备生产厂家多、种类杂乱，使用的统一性差，没有统一的安装标准，而且不同厂家的设备生产的产品没有统一的标准，井下通风设备不兼容，发生故障后配件不能相互替换，这就导致通风系统在井下发生事故后不能由其他设备代替，系统的新增功能不能得到充分扩展，配件相互之间不能互换，这种发展趋势不利于矿井的可持续发展。

2 通风监控系统的优化设计分析

2.1 系统组成

1)通风系统分为地面与井下两套系统。地面系统由通信接口、主系统计算机、从控系统计算机、网络计算机组成。主系统及从控系统计算机分别安装于通信接口，且可以在两者之间切换。当主系统发生故障后，通信接口能够在较短的时间内将数据自动切换到从控系统，待主系统故障恢复后，再将通信接口切换到主系统，这样能够确保系统发生故障时传感器信号不丢失。

2)井下系统由各类传感器、分线中继器、电源组成。各类传感器能够按照需求井下多个位置进行安装，最多可以接250个。分线中继器可以根据传感器的安装地点进行增、减，确保整个系统的通信稳定。地面计算机发出的信号通过通信接口再由监控电缆传递到井口分线中继器，在通过光纤传递到其他分线中继器及各类传感器。

2.2 工作原理

井下自动化通风监控系统的使用对矿井工作面的安全生产具有重要意义。通风监测系统在运行时，各类传感器将收集到的信号传递到计算机控制系统，当计算机控制系统对所有的传感器及地址进行定义，系统完成定义操作后的内容需与实际相符，待系统对所有传感器完成定义后，操作系统可以通过命令控制所有传感器进入监控模式，同时使用通信程序将所有传感器收集的信号进行采集并传递到系统的主控制界面，主控系统对收集到的数据进行分析并形成动态曲线，方便工作人员的查看。当传感器收集的数据发生变化时，系统能够及时报警，实现通风系统自动化监控功能。

2.3 系统优点

1)系统采用总线仲裁技术：根据接收数据的重要性设置网络节点的优先级，如一个节点同时接收到多个节点传递来的信号后，优先级别低的节点暂停发送，而优先级别高的节点的数据要先与低级别的节点数据发送，当优先级别高的节点发送完毕后，低级别方可发送，其他节点可以在空闲的时候依次进行发送，这样能够保证优先级别高的节点不受影响，又不会造成总线数据冲突。

2)数据的每一帧的最多有8个有效字节数。由于使用光纤进行传递，数据的抗干扰性低、传送时间短。通过使用CRC校验及检错措施，数据的误码率也较低。

3)当其中一个节点异常时，系统能够自动关闭该节点上传功能，防止其他节点数据的传输。

4)通信线采用光纤传输，能够达到10km的传递距离，最多可以接250个节点。

3 结语

该矿通风队针对矿井传统通风监控系统灵敏度低、监控效果差、故障率高等技术难题，通过技术研究对原通风监控系统进行优化设计，通过实际应用效果发现，优化后的通风监控系统主要采用的是总线挂接式结构、CAN现场总线通信方式并采用智能传感器设备，该系统自动化水平高，监测灵敏度高，可实时对矿井通风系统进行监控，有效保障了煤矿井下通风安全，取得了显著的应用成效。