煤矿井下通风机远程监控系统的应用研究

李美龙

（山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司， 山西 吕梁 033000）

引言

煤矿井下通风系统主要是为井下巷道内提供流动的新鲜空气，稀释瓦斯、粉尘浓度，确保井下综采面综采作业的安全性。随着煤矿井下综采作业效率的提高、综采作业深度的不断增加，在综采作业过程中发生瓦斯突出、粉尘爆炸等事故的概率不断增加，严重威胁了煤矿井下综采作业的安全性。目前多数煤矿生产企业对井下通风机的维护主要依靠人员定期对其进行检修，但由于煤矿井下工作条件较为恶劣，无法对通风机的运行状态进行实时监测，只能当出现故障后才能对其进行维修，此时一旦出现瓦斯突出事故将导致极大的事故。同时由于通风机采用了恒转速运行方式，在运行过程中消耗了大量的电能，严重影响了煤矿生产企业的经济性。本文提出了一种煤矿井下通风机远程监测控制系统，以CAN 数据总线为传输单元，实现对通风机运行状态的全程监控，将瓦斯浓度监控系统和通风机运行控制系统相结合，使通风机能够根据井下瓦斯浓度变化情况自动调整运行速度，提升运行经济性。对通风机运行状态进行全程监测，自动对异常进行报警处理，提升了故障维修效率，降低了异常停机率，极大地提升了井下通风的安全性。

图1 通风机远程控系统整体结构示意图

1 通风机远程监控系统结构

根据对煤矿井下通风机整体结构、运行控制要求的分析，结合矿井下实际情况，以充分利用现有网络通信系统、监控设备、降低改造量为基础，所提出通风机远程监控系统的整体结构如图1 所示[1]。

该通风机远程监控系统主要包括了井下监测和控制模块、数据信息转换和传模块以及地面监控中心模块，各模块内所包含的部分如图1 所示，系统首先利用甲烷传感器、压力传感器等对井下巷道内的瓦斯浓度、风压等情况进行监控，当上述指标超出系统设定的值后，系统将直接控制变频器进行变频调节，控制风机增加或者降低运行转速，确保井下巷道内空气内瓦斯浓度含量的稳定性。同时通风机在运行过程中各类的电流、电压传感器、风机转速传感器、电机温度传感器、振动传感器等对风机运行过程中的状态进行实时监控，当出现异常时，系统将对异常原因进行分析并报警，同时通过内设的逻辑对异常进行调控。井下数据信息的传输采用了CAN 数据总线系统，确保了在煤矿井下数据传输的快速性、准确性和抗干扰性[2]。地面监控中心为整个系统的控制终端，各类数据将以最直观的形式显示在终端上，满足监控需求，同时控制人员能够通过控制终端，人工调节井下风机的运行情况，实现井下风机运行的无人监控和处理，实现无人值守。

2 各主要监控传感器的监控方式

各类监控传感器作为矿井通风机远程监控系统的核心，直接决定了远程监控系统监控和调控结果的准确性，因此重点对各类监控传感器在井下的测定方案进行了对比，以确定最佳的监测布置结构和测试方式。

风压测量。风压测试时与距离风机的位置、气流在巷道内的流动方式关系密切，根据验证本文选择了多点分联测试方法[3]，使用软管和压力传感器相连通，将其设置在风机进风口距离约10 m 处，将测压截面固定在支架上，进风口处设置的全压孔数量为12 个，满足对风机入口处气流全压的测定。

风机转速的测量。电机的转速传感器种类繁多，本文选择的传感器为光电效应式传感器，该传感器在电机轴上固定上光电传感器，然后将风机上设置N个反光标记，通过记录所接收到的相邻的脉冲信号之间的时间间隔即可完成对风机转速的测定，电机转速n可表示为[4]：

式中：N为反光标记的数量；t为相邻的脉冲信号之间的时间间隔。

该传感器的转速测定原理如图2 所示。

图2 光电传感器转速测定原理

3 矿井通风机远程监控系统的应用

为了对该矿井通风远程监控系统的实际应用效果进行验证，本文以某矿井下通风系统为研究对象，建立远程监测与控制系统，根据监测井下风机运行过程中的转速为2 759 r/min 与实际运行转速完全相符，风机运行时的风量为1.49 m3/s，与井下实测的风量之间的偏差约为1.2%，风机运行时固定位置的风压为0.53 kPa，与井下实测的风压之间的偏差约为1.4%，由此可知该监测系统表现出了较高的监测精度，同时井上监控人员发出调节指令后井下风机的响应时间约为2.7 s，具有较高的反应速度。

该煤矿井下通风机远程监控系统另一个突出的优势是具有自主学习功能，能够对风机运行过程中的信息参数进行分析，自动对风机下一阶段的运行状态进行判断，当预测到可能会出现运行异常时将进行自动修正，并将隐患点和修正方案发送给控制人员，能够极大地提升风机运行时的安全性和稳定性，降低风机出现故障的概率，该远程监控系统的界面如图3 所示。

图3 通风机远程控系统监控界面

4 结论

针对煤矿井下通风机运行状态的判断只能依靠人员定期维护，存在效率低、维护效果差、故障率高的缺陷，本文提出了一种矿井通风机远程监控系统，对该通风监控系统的整体结构、监控设备的监控原理、方式等进行了分析，并对风机远程监控系统的实际情况进行了验证，结果表明：

1）该通风机远程监控系统主要包括了井下监测和控制模块、数据信息转换和传模块以及地面监控中心模块，具有数据传输速度快、抗干扰能力强的优点；

2）风机运行过程中的转速为2 759 r/min 与实际运行转速完全相符，与井下实测的风量之间的偏差约为1.2%，与井下实测的风压之间的偏差约为1.4%，由此可知该监测系统表现出了较高的监测精度，同时井上监控人员发出调节指令后井下风机的响应时间约为2.7 s，具有较高的反应速度，完全能够满足井下远程调控的要求。