大运华盛庄旺煤业矿井通风控制系统的优化分析

刘荣卿

(山西宁武大运华盛能源集团庄旺煤业有限公司，山西 宁武 036000)

华盛庄旺煤业属于低瓦斯矿井，矿井的范围大、井下风机数量多，其运行的稳定性和可靠性直接关系到井下综采作业人员的人身安全。目前井下通风系统采用了“三专两闭锁”的管理模式，通风系统、矿井供电系统均处于独立工作的状态，而且各个区域的通风机分散度高，无法进行集中的控制，因此为了确保通风安全，只能在每个区域内配置专业的风机运行状态监控和维护人员，便于及时处理风机运行故障，确保风机运行安全。据统计整个华盛庄煤业的风机运行状态看护人员数量高达156人，不仅人员数量多而且人工对风机运行状态进行监控的方案效率低、可靠性差，无法满足井下通风安全的需求。

为了解决以上问题，提升通风系统的智能化和自动化水平，开发了一套新的矿井通风控制系统，将地面控制中心、变电所和各个风机进行联动控制，实现了整个矿区风机运行状态的自动监测、智能报警和联动调控，极大地提升了通风系统的运行安全。根据实际应用表明该系统能够将井下巡查人员数量降低67%，将风机运行故障率降低87.6%，为实现通风系统的智能控制奠定了基础，具有极大的应用推广价值。

1 矿井通风控制系统

根据煤矿井下的实际情况，要求该通风控制系统具有以下功能[1]：

1) 能够实现对井下风量、风速、瓦斯浓度、粉尘浓度的智能监测；

2) 能够实现对各个风机运行转速、振动情况和风机温度的智能监测；

3) 能实现远程信息交互和控制，满足远距离对通风机运行状态进行调整的需求；

4) 系统能够自动实现漏电监测、闭锁试验监测等，当监测到运行故障信号后能够自动对故障位置进行定位和分析，将故障结果传递给地面控制中心，帮助操作人员能够进行故障的快速定位和解决。根据以上需求，华盛庄煤业所提出的新的矿井通风控制系统的整体结构，如第98页图1所示。

由图1可知，华盛庄煤业矿井通风控制系统整体结构包括了地面控制中心、井下变电所以及井下风机组三个部分，地面控制中心主要用于显示井下各通风机的运行状态，便于监控人员能够第一时间掌握相关信息，同时该控制中心还能够通过控制终端向对应的风机发出运行调节指令，满足远程人工干预控制需求。井下变电所控制中心主要是汇总煤矿井下所有风机的监测数据，对数据进行分析后传递到计算机中心，实现对通风机监测数据的集中控制和采集。井下风机组是整个矿井通风控制系统的基础，主要是对风机的运行状态和井下环境状况进行监测，根据监测结果自动实现对区域内通风情况的智能调整。

2 通风系统供电结构优化

为了满足矿井通风系统集中供电和控制的需求，华盛庄煤业对采区的供电系统进行了优化，将区域内变电所的专用高压配线装置转移到风机配电点1回专用移动变电站和2回专用移动变电站处[2]。在采区内布置一个监控计算机，通过RS485通信协议和标准通信接口将区域内所有设备进行连接，满足集中供电和集中数据采集分析的需求。实现对供电系统故障的及时预警和故障分析，优化后的通风系统供电结构，如图2所示。

图1 矿井通风控制系统结构示意图

图2 通风系统供电系统布置结构示意图

3 矿井通信系统结构优化

为了满足矿井通风系统数据传输的需求，华盛庄煤业对数据通信系统进行了升级，将各类传感器设备利用通信电缆进行连接，其控制方式采用RS485通信协议，在各个采区内分布的控制器则利用光纤进行连接和数据通信，满足数据传输效率和安全性的需求[3]，优化后的矿井通信系统结构，如图3所示。

由图3可知，在该通信系统中，当传感器设备对风机和电网系统的运行数据进行采集分析后，将其传输到通信接线盒内进行数据信号转换，转换完成后将数据传输到控制箱内紧凑存储，并通过光纤传递给交换机，进行数据信号的二次交换，最终将数据传输到地面调度中心内，满足数据传输的快速性和安全性需求。

图3 矿井通风系统数据通信结构示意图

该数据通信系统和老系统相比，优点在于采用了总线控制和模块化组合的思想，实现了数据通信系统根据井下的实际风机分布来进行灵活布置，同时能够最大限度地利用井下现有的通信光缆，降低通信系统的改造难度。

4 矿井通风系统应急预案

通过对矿井通风系统运行情况的分析，其最常见的故障为主回路断电故障[4]，一旦发生将导致整个通风系统的运行失效，因此为了满足在紧急情况下的通风安全需求，华盛庄煤业提前设置了矿井通风系统应急预案。

主回路断电应急预案，根据矿井通风供电系统结构，在正常情况下两组风机的运行由开关AI和BI控制，若1回路出现故障断电，则系统自动对开关AII进行合闸，确保回路1上风机的正常运行，此时监控系统将显示回路1故障并持续发出语音报警，提醒巡查人员及时处理。

5 优化效果分析

该系统研制成功后，华盛庄煤业对矿井通风、供电控制系统进行了优化，实现了对地面控制中心、矿井变电所以及井下风机进行集中监测和集中控制，根据对优化前后的应用情况对比，优化后井下风机管理人员的数量由156人降低到了目前的52人，人员数量减少了66.7%，矿井通风系统的故障数量由最初的16次/月降低到了目前的1.98次/月，平均降低了87.6%，显著地提升了矿井通风安全性。

6 结语

针对华盛庄煤业矿井通风系统风机分散无法进行集中控制、人员巡查效率低、可靠性差的不足，提出了一种新的矿井通风控制系统，对该通风系统的结构、供电系统、通信系统的优化方案进行了分析，根据实际应用表明：

1) 矿井通风系统应具有自动监测、故障识别、故障定位和远程控制功能；

2) 矿井通风控制系统整体结构包括了地面控制中心、井下变电所以及井下风机组三个部分，能够根据监测结果自动实现对区域内通风情况的智能调整；

3) 该系统能够将井下巡查人员数量降低67%，将风机运行故障率降低87.6%，为实现通风系统的智能控制奠定了基础，具有极大的应用推广价值。