基于自动化监控的煤矿通风系统分析
摘 要：煤矿通风系统担负着保障煤矿安全生产的重任。在煤矿通风系统中应用自动化技术，可有效提高经济及社会效益。本研究主要从通风系统在煤矿生产中的重要性入手，对基于自动化控制的煤矿通风系统的设计进行了分析。
关键词：自动化监控；煤矿；通风系统
随着煤矿开采规模的日益扩大，煤矿安全生产也越来越受到人们的重视。为提升煤矿开采的安全性，自动化控制技术在煤矿通风中得到了广泛的应用。自动化控制系统能为矿井安全生产提供技术保障，实现通过地面调度中心监测一线生产工况、环境参数及设备运行状态的目的，达到远程控制要求，减少危险场所人员投入，从而增强矿井安全生产管理能力。
1 通风系统在煤矿中的重要作用
中国是煤炭消耗大国，但在煤炭的挖掘及开采过程中，矿井安全事故屡屡发生。截至2014年11月，中国煤矿百万吨死亡率为0.25。伴随重点行业领域专项整治的不断深入，我国已对902个小煤矿实施关闭。同时国家安全监管总局等十二部门联合下发通知，要求到2015年底，全国将关闭2000处以上小煤矿。煤矿通风系统是通风设施、通风方法、通风方式的总称。煤矿通风系统的设计需要在实现安全生产的前提下，减少通风工程量并降低通风费用，最终实现经济效益的提高。总的来说，需要从人员管理、通风设施、技术指导、队伍建设等方面做好矿井通风管理。矿井通风是煤矿生产的一个重要环节，煤矿井下开采存在瓦斯及其它有害气体、煤尘、煤炭自燃等严重威胁，只有控制好煤矿通风，才能够对煤矿安全生产提供有效保障，从而提高煤矿各种生产工作的安全性，使采矿系统合理、稳定、可靠，减少事故隐患，杜绝事故的发生。要想提升煤矿生产环境质量，需要防治煤尘、瓦斯及火灾，提高矿井抗灾救灾能力，最经济、最基础的解决方法就是搞好矿井通风工作[1]。
2 自动化控制下的煤矿通风系统设计
在进行自动化控制系统设计中，所应用的是目前最先进的Rockwell网络三层结构，具体为：（1）信息层。采用以太网和相应的信息系统实现连接，以此对相关信息实施收集；（2）控制层。采用DH+、RI/O及控制网等相关技术对自动化系统和系统控制层实施有效控制，不但能够对I/O控制（input/output，输入输出端口）有效完成，同时也能够实现闭锁及各个部分之间的报文传送，以此最大化的提高信息应用的实时性及准确性；（3）诊断层。采用具备DN接口的先进设备在自动化控制系统中应用，不但可以提高安装便利性，同时还能够最大化的降低设备成本，还能够对故障实现迅速诊断。煤炭行业是一个技术性较强的行业，通风系统中应用自动化控制技术是采用“分散检测，集中控制”的方法，设立多个监控分站，全面动态监测煤矿不同位置的有毒气体含量、风量、温度以及风压等各项参数，通过通信电缆可以将所收取的各种数据全部传输给煤矿通风主站，并对这些指标实施集中管理和监视。在通风主站成功接收这些数据之后，采取相应的算法实施推算，也就能够准确计算出煤矿的风量分布情况，制定相应的风量控制策略[2]。最后将其制定出来的方案直接转化成各项控制指令，传送给监控分站的控制系统，有效控制煤矿通风量，以此对煤矿通风量实施自动化控制。
2.1 传感器
在进行煤矿通风自动化控制系统设计时，不仅要完成信息的输出，还必须要完成信号的接收，其中包括各项指令以及数据监控。在多路信息传输中具体的方式有两种，分别是频分制和时分制，频分制是依照不同频率把各路信号进行发送和接收，时分制则是依照不同时序，依次将各路信号进行传送。在传输过程中频分制形式有着很大的优点，不但电路简单，且故障较少，因此传感器系统采用频分制作为传输电路信号的方式。在频分制系统中，信息的接收与频率的发送可通过定型生产的载频器完成，借助于动力线（主要是500V以下的动力传输线）实现信号传递。在对通风量实施控制之前，必须要其对通风机风量以及矿井环境实施比较准确的测量，其中各项参数的测量包括：温度、风压、有毒气体浓度等等，这些数据的测量主要就是借助于在煤矿巷道不同位置所设置的传感器[3]。风压的测量所采用的是差压变送器；风速的测量设备包括恒温风速仪、热时风速仪、恒流式风速仪以及三倍电涡流式传感器等；温度的测量采用的是红外线辐射技术或者热敏元件；矿井二氧化碳浓度的测量采用的是红外线吸收、光干涉以及光谱法等。
2.2 通风系统
通风系统设计主要通过两种途径实现风量的调节：（1）调节通风机电机转速。通过对变频装置的设置，可以能够有效的改变通风机的电机转速；另外还能够有效的实现井下局部通风机的自动控制，可以对定时控制方式实施有效应用，在将定时器安装前提下，加上相应的爆破开关，这样也就能够在进行爆破之后有效的实现自动通风；（2）风量的调节以及控制，可以通过将风门或者百叶窗角度进行调节实现。将风门或者叶片状态信号通过频率发送器传输给地面控制器。这样地面控制室也就可以依照实际情况，制定相应策略并发出信号，对风门或者叶片进行转动控制[4]。
在煤矿通风系统升级改造的过程中，要做好主斜井和副立井的合理控制，将副立井原有的一些提煤箕斗设备拆除，安装两台通风机，合理计算矿井风量，并做好通风设备选型的基础计算，确定通风机工况点，对电动机选型的相关参数进行合理计算，实现煤矿通风系统的最优化升级改造，为煤矿通风系统运行及生产过程提供安全保证，推动煤矿建设的全面和谐发展。
2.3 中央控制设计
中央控制系统主要通过微型计算机来实现系统功能，这项计算机技术的特点主要为扩展能力强以及接口多，能够有效的完成大部分任务，在自动化控制中采用这样技术，可以有效的提高控制精度以及控制速度，并对其控制过程实施优化，以此对煤矿通风自动化控制需求有效的满足。中央控制系统的主要任务就是对监测站的各项数据进行采集并实施处理，依照实际情况合理调节通风量。另外中央控制系统还能够有效的实现监控和报警工作。总结来说，中央控制系统的工作主要包括有：发送监控指令、将监控信息进行处理、修改以及反馈、通过控制发出的指令执行相关动作、监视通风设备的工作情况，一旦出现异常，立即发出报警信号或者启动相应的处理程序，对异常情况有效处理。
3 结束语
煤矿资源的合理应用对中国经济发展有着至关重要的作用，实现通风安全管理现代化是确保煤矿开采安全的根本措施。由于煤矿通风不畅导致的煤矿安全事故频繁发生，因此，应加强煤矿通风系统的设计。自动化控制的煤矿通风系统，分别从传感器系统、中央处理器及通风系统三部分给予综合设计，最终保证煤矿通风的顺畅性，改善煤矿开采环境，有效防治煤矿安全事故的发生。
参考文献
[1]高俊祥，高孝亮.自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用[J].煤炭技术，2013，32（4）：62-63.
[2]王洪利.煤矿通风系统对自动化控制技术的应用[J].电子世界，2014，2（16）：378-378.
[3]音勇.浅谈煤矿通风系统中自动化控制技术的应用[J].科技创新导报，2013，10（32）：25-25.
[4]石刚刚.自动化控制技术在煤矿通风中的合理应用[J].能源与节能，2013，12（12）：185-186.
作者简介：廖斯维（1986，5-），男，重庆市，现职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：自动化监控在煤矿中的应用。