煤矿主通风机在线监控系统应用

刘丹丹

（晋能控股煤业集团大斗沟煤业有限公司，山西 大同 037031）

引言

主通风机是煤矿井下主要的机电设备，做好主通风机及其附属设备和煤矿井下环境的监测尤为重要，主通风机一旦停机，就会造成瓦斯聚集、温度升高、供氧不足等，从而造成矿井停产，还可能引发瓦斯与煤尘爆炸。但是，主通风机的异常不仅指主通风机本身的异常，主通风机附属的电源、变频器以及控制PLC的异常，也都会导致主通风机无法工作，所以不光要监测主通风机，还要监测主通风机的电源、变频器以及控制PLC 等附属设备，一旦监测到异常，立即启动备用通风机及其附属设备，维护煤矿井下安全[1-2]。

大斗沟煤矿目前安装主通风机型号为NN-2884/1 400 N，电机型号为Y630-6，主扇功率为1 850 kW，额定电压为6 000 V，转速为984 r/min，负压为3 108 MPa，供风风量为287 m3/s。由于原主扇采用的监测系统监测自动化水平低，监测精度低，无法实时反馈主通风机故障情况，严重制约着主通风机安全高效运行，对此大斗沟矿综合区通过技术研究，对矿井主通风机安装了一套在线实时监测系统。

1 主通风机在线监测系统结构及其工作原理

1.1 主通风机监控系统结构

1）主通风机在线监测系统主要由PLC 控制器、电源模块、发电机和数据采集模块等组成，其中PLC控制器主要分为总控制器、主控制器、备控制器；总控PLC 与主控PLC、备控PLC 及报警模块连接。报警模块内置声光报警系统，其由警示灯和喇叭组成。

2）主控PLC 控制器与主变频器、数据采集模块连接，主变频器与主通风机连接；备控PLC 控制器与备用变频器连接，备用变频器与副通风机连接，备控PLC 控制器还与数据采集模块连接。

3）数据采集模块由风机参数采集单元和环境参数采集单元组成；风机参数采集单元包括主通风机参数采集单元和副通风机参数采集单元，主风机参数采集单元与主控PLC 控制器连接，副风机参数采集单元与备控PLC 控制器连接，环境参数采集单元分别与主控PLC 控制器和备控PLC 控制器连接。

4）风机运行环境参数采集单元由主风机运行环境参数和副风机运行环境参数采集单元组成；主风机运行环境参数采集单元主要由第一瓦斯浓度检测传感器、第一风压传感器以及第一风量传感器等部分组成；副风机参数采集单元主要由第二瓦斯浓度检测传感器、第二风压传感器以及第二风量传感器等部分组成。

5）主副风机参数采集单元主要由叶轮轴承温度传感器、电机轴承温度传感器、电机轴承径向振动传感器、电机轴承轴向振动传感器、电机电流传感器、电机电压传感器等部分组成。其中叶轮轴承温度传感器安装主叶轮的轴承上，电机轴承温度传感器、电机轴承径向振动传感器以及电机轴承轴向振动传感器安装在电机的轴承上，如图1 所示。

图1 监测系统各类传感器布置示意图

6）主叶轮轴承温度传感器主要由第一主叶轮轴承温度传感器和第二主叶轮轴承温度传感器组成，主电机轴承温度传感器主要由第一主电机和第二主电机轴承温度传感器等组成，主电机轴承径向振动传感器主要由第一主电机轴承径向振动传感器和第二主电机轴承径向振动传感器组成，主电机轴承轴向振动传感器主要由第一主电机轴承轴向振动传感器和第二主电机轴承轴向振动传感器组成，主电机电流传感器主要由第一主电机电流传感器和第二主电机电流传感器组成，主电机电压传感器主要由第一主电机电压传感器和第二主电机电压传感器等组成。

1.2 系统工作原理

1）主风机工作时，主控PLC 控制器通过第一瓦斯浓度检测传感器检测主通风机工作环境的瓦斯浓度，通过第一瓦斯检测传感器、第一风压传感器和第一风量传感器实时监测主风道内瓦斯浓度、风压和风量，检测到瓦斯浓度超标时，通过主变频器调整主通风机的转速，增大风压和风量。

2）通过主叶轮轴承温度传感器检测主叶轮工作时轴承的温度，通过主电机轴承温度传感器检测主电机工作时轴承的温度，通过主电机轴承径向振动传感器检测主电机轴承沿直径方向的振动幅度，通过主电机轴承轴向振动传感器检测主电机轴承沿轴的方向的振动幅度。

3）通过主电机电流传感器检测主电机工作时的电流值，通过主电机电压传感器检测主电机工作时的电压值，主通风机工作时主控PLC 启动主风门；副风机工作时系统监测原理与主风机监测原理相同，如图2 所示。

图2 煤矿主通风机在线监控系统工作原理框架结构示意图

2 系统结构优点及应用效果分析

2.1 结构优点与问题

1）结构简单：风机监测系统整体结构相对简单，不仅可用于矿井主通风机，还可用于采掘工作面局部通风机，实用性强、应用领域广。

2）自动化水平高：该系统主要利用PLC 技术实时对监测传感器数据进行传输、处理以及分析，并实时上传至地面，从而为操作人员提供风机运行状态参数，系统自动化水平高，全程监控过程中无需人工干预，大大降低了人工劳动作业强度。

3）监控精度高：监控系统不仅能够在检测到主通风机异常时，切换备用通风机工作，还能检测主通风机附属设备的异常，在主变频器及主控PLC 异常时，切换备用通风机工作，在电源异常时，切换发电机给主通风机供电，同时系统能够利用变频器来调整电机转速，根据瓦斯浓度控制风量和风压，对风机监控效果好，提高了风机监测精度。

4）系统主要存在的问题：该系统主要采用传感器对主通风机各项参数进行收集，采用PLC 控制器进行数据处理、分析，数据传输主要采用无线传输方式，而主通风机功率大，风机在运行过程中会产生高次谐波，对数据传输产生影响，需定期对传输数据进行纠正。

2.2 实际应用效果分析

2021 年8 月大斗沟矿对主通风机监测系统进行优化改造，截至12 月通过4 个月实际应用效果来看，该系统投入使用后共计监测到主通风机震动、异响等故障7 起，系统发现故障后及时将故障源上传至远程操控室内，并及时进行处理，未发生一起因主通风机出现故障停机现象；系统在使用过程中动作灵敏可靠，监测数据准确度提高了65%。

3 结语

大斗沟煤矿对NN-2884/1400N 主通风机监测系统进行优化改进，通过实际应用效果来看，优化改进后的监控系统，自动化水平高、监测精度高，能够实时对通风机各类故障进行监测，大大降低了主通风机故障率，提高主通风机供风稳定性，保证了煤矿安全生产，取得了显著应用成效。