智能化通风控制系统在掘进工作面中应用

许 珍 珍

（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033100）

1 概 述

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿2112 巷位于井田830 水平南翼，东与830 南翼皮带巷相通，西至井田边界，南为实体煤，北与9-109 回采面相邻（正在回采）。

2112 巷开口位于830 南翼皮带巷内6# 导线点前21.7m，以270°方位角，沿9# 煤层顶板施工1157m 到工作面切巷位置。施工巷道断面规格为宽×高=4.8×3.0m，巷道采用综合机械化掘进施工工艺，截至目前巷道已掘进480m。

2112 巷掘进期间工作面采用局部通风机进行供风，共计安装两台功率为55kW 型号为FBD 型局部通风机，风机安装在巷道开口以北20m 进风流中；局部通风机配套一套200A 开关、一台120A 联锁开关，风机专用电源连接于1#配电点660V 移变及3# 高压配电开关；备用电源连接于2#配电点660V 移变及8#高压配电开关；风机连接风筒直径为1.0m，风筒长度为10m，风筒出风口距工作面不大于10m。

2112 巷在掘进期间巷道内每隔50m 安装一道喷雾洒水降尘装置，该装置主要利用巷道内静压作用将水源通过高压喷头进行雾化实现巷道降尘目的，每道降尘装置单位时间洒水量为0.5m3/min。

2 原通风防尘系统主要存在的问题

1）通风控制自动化水平低：原通风系统中局部通风机无法自动实现切巷需人工每班定时进行切换实验，风机切巷时无法实现倒机不停风功能，风机供风过程中出现故障不能及时发出预警；同时风机在工作过程中地面操控室无法对风机运行安全参数进行实时监测，通风系统自动化水平低，故障率高。

2）风流温度无法控制：原通风系统中利用局部风机直接将巷道内新鲜风流压入工作面，由于店坪矿通风路线长，矿井内风流平均温度在17℃，2112巷在前期掘进阶段工作面温度相对较低，在后期开拓延伸后工作面稳定相对较高，供风风流温度不能满足施工要求。

3）风速无法调节：2112 巷在前200m 范围内掘进时风筒漏风系数、风阻小，工作面风速达2.1m/s，工作面掘进后高速风流使工作面产生高浓度粉尘，不利于生产，在后期掘进过程中随着巷道开拓延伸，巷道内风阻加大，当工作面掘进至500m 处时，工作面风速降低为0.7m/s，虽然降低了工作面扬尘浓度，但是回风流中风速逐渐降低，造成巷道污风扩散慢，影响施工。

（4）降尘效果差：2112 巷在掘进时巷道回风流中粉尘浓度达132mg/m3，采用传统的喷雾洒水进行降尘时，降尘效果差，喷雾降尘后粉尘浓度高达90mg/m3，能见度不足15m；同时传统喷雾洒水装置洒水量大，不仅造成巷道内积水量，降低了巷道质量标准化，而且对积水不利于巷道机电设备安装及安全运行。

3 智能化通风控制系统应用

为了弥补2112 巷传统通风系统不足，店坪煤矿通风科决定对原通风系统进行优化，安装一套智能化通风控制系统。

3.1 智能化通风控制系统结构

（1）智能化通风控制系统主要由地面操控系统、智能化供风系统、PLC 控制器、联锁开关（120A）、温度风速控制系统、降尘系统等部分组成，如图1 所示。

图1 智能化通风控制系统结构示意图

2）地面操控系统主要包括地面网路交换站、工业千兆以太网、上位机控制系统；地面网路交换站主要利用以太网已井下交换站进行信息交换作用；上位机控制系统主要包括主机、显示器、打印机，主机内安装FameVice 组态软件，可在利用显示器远程显示通风控制系统运行状态。

3）智能化供风系统主要包括多功能变频风机两台，功率为50kW，风机开关、温度控制器等部分组成，变频风机与PLC 控制器连接，该风机可对频速进行自动调节，实现风速控制作用。

4）温度风速控制系统主要包括温度传感器、风速传感器、基站等部分组成，温度、风速传感器安装在掘进工作面迎头，基站与PLC 控制器连接，通过PLC 控制器可对温度、风速传感器保护值进行设定。

5）降尘系统主要包括粉尘浓度传感器、集控器、泡沫抑尘装置等部分组成，泡沫抑尘装置主要包括电控液阀、泡沫生成器、旋转高压喷头等部分组成；集控器分别与泡沫抑尘装置、PLC 控制器、粉尘浓度传感器连接。

3.2 智能化通风控制系统工作原理

3.2.1 温度风速控制系统工作原理

1）通过PLC 控制器将工作面温度传感器、风速传感器保护值进行设定，温度传感器保护值设定在22℃，风速传感器保护值设定在1.5m/s。

2）当工作面内温度低于22℃时，温度传感器及时将收集数据传递至基站，基站将数据转换成信号传递至PLC 控制器，控制器接收信号后及时将“加热”指令信号传递至联锁开关，联锁开关接通风机温控器中防爆电热阻丝电源，温控器对风机引入空气进行加热，保证工作面温度控制在22℃（温差控制±2℃范围内）。

3）当工作面内温度高于22℃时，PLC 控制通过信号处理后将“制冷”指令传递至联锁开关，联锁开关及时打开温控器半导体制冷机电源，温控器对风机引入风流进行制冷，降低工作面温度。

4）当工作面风速低于或高于1.5m/s 时，风速传感器收集数据通过基站转换及时将数据信号传递PLC 控制器，控制器通过信号处理后对多功能变频风机频速进行调节，保证工作面风筒出风口风速控制在1.5m/s（误差控制在±0.2m/s）。

3.2.2 回风流降尘系统工作原理

1）通过PLC 控制器将粉尘浓度传感器保护动作值设定在15～50mg/m3，降尘系统每隔200m 安装一套，系统中旋转高压喷头安装在距顶板0.8m 处。

2）当巷道回风流中粉尘浓度超过50mg/m3时，集控器及时将传感器收集数据传递至PLC 控制器，控制器接收信号后将“开启”指令发送至联锁开关，联锁开关及时打开泡沫抑尘装置电控液压电源，泡沫抑尘装置进行高压喷沫降尘。

3）当回风流中粉尘浓度低于20mg/m3时，集控器及时将传感器收集数据传递至PLC 控制器，控制器接收信号后将“关闭”指令发送至联锁开关，联锁开关及时关闭泡沫抑尘装置电控液压电源，泡沫抑尘装置停止工作。

3.2.3 远程操控系统工作原理

1）PLC 控制器能够实时将风机运行状态、工作面风速、温度、回风流中粉尘浓度等参数，通过信号线上传至井底车场网路交换站；交换站利用工业以太网以及井筒内信号基站传送至井口网路交换站；交换站利用信号线将数据信号上传至地面操控室主机系统内。

2）地面操控室主机安装了一套FameVice 组态软件，该软件利用显示器可直观的对智能化通风控制系统各部件运行状态进行显示，操作人员可通过界面远程操控系统，并可修改系统中相关参数；同时可利用打印机绘制处系统运行状态曲线图。

4 结束语

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿通风科通过技术研究，对2112 巷在前期掘进阶段通风系统主要存在的问题进行分析，并进行优化改造，安装了一套智能化通风控制系统，通过实际应用取得了显著成效。

1）自动化水平高：智能化通风控制系统自动化水平高，提高了掘进工作面通风系统稳定性，保证了工作面安全快速掘进；而且该系统应用后无需井下专人值守通风系统，降低了劳动强度。

2）实现风速、温度调控：该系统可自动对工作面风流温度、风速井下自动调节控制，保证了2112 巷在掘进过程中风速在1.5m/s，温度在22℃，为施工人员创造了有利的施工环境。

3）提高了降尘效果：与传统喷雾洒水降尘装置相比，该系统降尘装置采用泡沫吸附粉尘，吸附力强，降尘效果好，通过实际应用发现，泡沫抑尘后回风流中粉尘浓度平均在20mg/m3以下，而且避免了静压水浪费，解决了喷雾洒水过程中巷道污水积水量大等技术难题，提高了巷道质量标准化。