自动化控制技术在煤矿通风系统中的融合运用

邵靖文

（山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司 山西省宁武县 036700）

在煤矿开采的过程中，通风系统的运行质量对于矿井安全生产具有非常重要的影响，为了提升煤矿开采过程中通风系统的运行质量，就需要合理运用自动化控制技术，将自动化控制技术与通风系统相结合，不仅可以提高煤矿开采过程中的通风效果，还可以减少煤矿开采过程中的安全隐患，有效提升矿井通风系统运行质量。

1 自动化控制技术简述

自动化控制技术是在工业生产过程中，通过利用传感器、控制器以及执行器等装置，将生产过程中的一些参数、状态等数据信息进行实时采集，并通过一定的算法，将所采集到的数据信息进行计算、分析以及处理，并在此基础上自动实现对生产过程的控制。自动化控制技术主要应用到工业生产中的自动化检测、设备控制等方面，通过自动化控制技术可以实现对生产过程中的动态信息进行实时采集、处理与分析[1]。

在煤矿通风系统中，自动化控制技术可以有效降低煤矿井下工作人员的劳动强度，保证其工作效率。煤矿井下作业环境相对复杂，并且存在较大的安全隐患，应用自动化控制技术能够有效解决这些问题。例如在通风系统中应用自动化控制技术，可以对矿井井下环境进行实时监控，当环境温度过高或过低时，都会触发自动报警装置，并通过 LED 显示屏幕显示出报警信息。当监测到矿井中存在有害气体时，还可以启动自动通风系统，同时对通风设备进行自动开启或者关闭。可以说在煤矿井下作业环境中应用自动化控制技术是十分必要的。

2 煤矿通风自动化控制系统构成

在煤矿通风自动化控制系统中，自动化控制技术是一种重要的基础技术，在整个自动化控制系统中占据着重要地位。一般情况下，自动化控制技术主要由传感器、控制器、执行机构等部分构成。其中，传感器是自动化控制系统中的关键部分，能够直接与外界环境进行交流，并将相关信息反馈到控制器中。另外，控制器能够对传感器采集的信息进行处理，并将其转化为具体的数值反馈到传感器中，从而对煤矿通风系统进行有效控制。其中，传感器主要负责测量煤矿通风系统运行过程中的相关参数；控制器主要负责对传感器采集的数据进行分析与处理；执行机构则是利用电机驱动装置来对煤矿通风系统进行控制；最后将这些数据通过网络传输到控制室中，具体如图1 所示。

图1：煤矿通风自动化控制系统示意

3 煤矿通风自动化控制系统的主要功能

（1）自动监控功能。系统的监控功能是通过计算机软件实现的，根据系统本身的特点，有针对性的采用了多种监控方式，可以实现实时监测和记录、远程监测、参数显示、历史查询等多种功能。通过对煤矿通风系统相关参数的分析，可以自动调节风机的运行状态，包括风机运转参数和风量参数，同时也能根据需要自动进行调节。具体的调节方法有：调节风机转速和风机出口风压，使其满足相关标准；对风机出口风量和风压进行调整，使其符合相关标准；根据瓦斯浓度等情况对风机运行参数进行调整，使其满足相关标准。

（2）智能控制功能。在对煤矿通风系统进行控制时，可采用多种方式实现智能化控制，如： PLC 技术、变频调速技术、模糊控制技术等。其中 PLC 技术具有体积小、功耗低等优点；变频调速技术具有运行速度快、控制精度高等优点；模糊控制技术具有应用范围广、精度高、稳定性好等优点。

（3）故障诊断与处理功能。在煤矿通风系统运行过程中会产生多种故障现象，比如：风机运转不正常、电机过热等问题。如果出现这些问题时，则需要对故障的类型进行分析，然后有针对性的采取处理措施[2]。

（4）信息管理功能。在煤矿通风自动化控制系统运行过程中，还可以对通风设备的运行状况进行监测与管理。比如：对风机设备运行参数进行检测并记录；对其故障状况进行诊断；对系统内存在的故障进行记录与处理；及时发现矿井中存在的安全隐患；对系统内存在的安全隐患及时预警。

（5）在煤矿通风自动化控制系统中应用远程监控功能时，可以利用计算机系统建立监控中心，并在网络上建立数据平台，利用视频监视、网络传输等方式实现远程监控功能。通过该功能可以实现通风系统的实时监控和远程操作。

4 自动化控制技术在煤矿通风系统中的融合运用

在煤矿开采过程中，矿井通风系统是一项非常重要的基础工程，对煤矿的安全生产和高效开采起到关键作用。近年来，随着自动化控制技术不断发展，在煤矿通风系统中应用自动化控制技术，能够有效提高矿井通风的效率与质量，减少人为操作对煤矿生产的影响，为煤矿企业创造更大的经济效益。自动化控制技术应用到煤矿通风系统中时，应根据矿井实际情况选择合适的控制方式，通过对矿井通风系统进行合理优化，提高其运行效率，具体如下：

4.1 传感器方面

传感器是自动化控制技术在煤矿通风系统中融合运用的重要组成部分，主要是为了确保煤矿通风系统中的风量、风压以及温度等参数能够在安全范围内进行监测，因此，传感器的选择非常重要，对其进行合理的选择，能够有效提升煤矿通风系统的工作效率。传感器主要分为气体传感器、温度传感器以及湿度传感器三种类型，其中气体传感器主要是针对矿井中不同的工作环境进行监测，将矿井中存在的有害气体进行检测，然后将数据进行分析处理，最后将处理后的数据传送给计算机系统。温度传感器则是针对矿井中不同区域温度进行监测，确保煤矿开采过程中工作人员能够感受到适宜的温度环境，而湿度传感器主要是针对煤矿开采过程中空气湿度进行监测，确保空气中不会存在过多水汽，保证煤矿开采工作能够顺利进行。除此之外，还需要对煤矿井下供电系统进行有效监测[3]。

4.2 监测、收集和整合数据

在煤矿通风系统中应用自动化控制技术，能够实现对矿井中各种环境参数的实时监测，包括矿井的风量、风速、风压等。除此之外，还能够通过系统实时检测的数据，实现对煤矿通风系统的调控，提高煤矿开采的安全性。同时，自动化控制技术还可以对数据进行有效整合，包括瓦斯浓度、风量、温度等。在瓦斯浓度检测环节中，自动化控制技术可以实现对矿井瓦斯浓度的实时监测，根据煤矿井下环境温度和湿度等参数进行实时分析，对矿井中不同位置的瓦斯浓度进行精确计算，为工作人员提供精准数据信息。在风量检测环节中，自动化控制技术能够根据矿井中不同位置的风量进行自动调控。在温度检测环节中，自动化控制技术可以对矿井内部温度进行准确监测，根据检测结果及时调整工作人员的通风操作方式，为煤矿开采工作人员提供优质的服务。

4.3 及时发现和改进问题

（1）对通风系统进行实时监测，当检测到矿井通风系统出现问题时，及时采取措施对问题进行处理。当检测到矿井通风系统出现故障时，可以根据自动化控制技术的实际情况，通过设置自动控制和人工控制两种方式对其进行处理。在解决煤矿通风系统故障的过程中，要将自动化控制技术和人工控制两种方式有机结合起来。同时，针对煤矿通风系统出现故障的频率比较高的情况，要进行重点监测和管理，保证其正常运行。

（2）对煤矿通风系统进行完善。在自动化控制技术应用到煤矿通风系统中时，要根据矿井具体情况对其进行完善，包括在矿井中设置通风监控中心、建立自动化监控系统等。同时还要建立完善的安全管理制度、制定安全管理措施、落实安全责任制度等，保证煤矿安全生产。

（3）将自动化技术与其他技术有机结合。自动化控制技术与其他技术相结合可以使煤矿通风系统变得更加高效和便捷。例如将计算机技术、传感器技术等与自动化控制技术相结合，可以使其更加智能化、自动化。

4.4 通风设计

在煤矿通风系统中应用自动化控制技术，能够在很大程度上降低人工成本，提升煤矿生产效率，更好地促进煤矿企业的可持续发展。在设计初期就需要对通风系统的参数进行计算，包括风量、风压、风机型号等。通风设计过程中主要考虑的问题是风量的大小和风机的选择。对于通风系统风量设计来说，主要需要考虑的因素有：矿井下总需风量、矿井下某一地点所需风量以及矿井下某一地点所需总风量。在设计过程中，首先要计算出矿井下某一地点所需总风量，再根据该地点所需总风量以及其他环境因素，对需要选取的风机型号进行确定。在确定风机型号时，需要综合考虑风压、效率、功耗等因素，确定采用何种型号风机[4]。

在确定了风机型号后，还要对其进行性能计算，包括额定功率、额定电压以及额定转速等。然后再根据其性能计算出所需风量。在对通风系统进行设计时，还要对矿井下某一地点所需总风量进行计算。根据其风压、效率、功耗等因素确定其所需总风量。在实际工作过程中，还需要对风机运行过程中的各项参数进行记录，如温度、压力以及电机功率等。利用自动化控制技术能够对这些参数进行记录，并利用相应的算法对各项参数进行处理，最终计算出所需总风流量以及所需风压等。利用自动化控制技术可以对这些参数进行处理后得出的结果能够直接反映出通风系统运行状况和通风效果，有利于工作人员对煤矿通风系统进行管理和维护工作，为煤矿企业的可持续发展提供动力支持。

4.5 控制系统

（1）系统中的风机。通风系统中的风机是整个通风系统运行的基础，只有保证风机正常运行才能够确保煤矿开采作业顺利进行。在安装风机时要确保其满足矿井需求，同时要注意其工作环境，避免对设备造成损坏，影响其使用寿命。

（2）自动控制系统。在自动化控制技术的应用下，整个矿井通风系统实现了自动化控制，提高了工作效率，避免了人工操作带来的各种问题。在进行控制时，首先要对各个子系统进行合理设置，实现各子系统之间的相互配合，使整个控制系统达到高效运行。

（3）矿井安全监控系统（如图2）。安全监控系统是煤矿通风系统的重要组成部分之一，在自动化控制技术的应用下，能够实现对各个矿井通风过程中的数据进行收集整理，同时对数据信息进行分析处理，判断矿井内的瓦斯、二氧化碳浓度是否满足相关标准要求。为煤矿安全开采提供了有力保障。

图2：矿井安全监控系统结构图

4.6 绘制趋势曲线

通过对矿井通风系统进行实时监测，并对其进行曲线绘制，就能够清楚地看到矿井通风系统的运行情况，这对于矿井通风系统的维护和管理是非常有帮助的。根据不同的实际情况，需要绘制不同的趋势曲线，这样就能够清楚地看到矿井通风系统在运行过程中出现的问题和不足之处。另外，还需要根据不同的情况，对其进行相应的处理。当出现问题时，能够根据具体情况采取针对性措施。在绘制趋势曲线时，需要使用到一定的工具，比如 Excel 表格，通过 Excel 表格绘制趋势曲线能够更好地实现自动化控制。

通过对自动化控制技术在煤矿通风系统中运用情况的分析可知，该技术可以帮助煤矿企业解决很多问题，提高了企业运行效率。因此，煤矿企业应该将这一技术运用到实际工作中去，积极探索和研究该技术在煤矿通风系统中融合运用的问题与解决方案。只有这样才能保证煤矿生产工作顺利进行。另外，这一技术还可以促进自动化控制技术在煤矿通风系统中不断发展和完善。

4.7 安全机制的设置

在煤矿开采的过程中，安全问题始终是企业最大的挑战，传统的人工巡检存在着较大的安全隐患。人工巡检是煤矿行业普遍采用的一种方式，工作人员在煤矿井下进行工作，当检测到危险时，就会将信息反馈给工作人员，但是人工巡检也有其弊端。一方面工作人员会受到主观意识的影响，对于危险的判断不够准确，另一方面工作人员也会出现疲劳作业现象，导致安全隐患增多。自动化控制技术的应用可以有效改善这一问题，将瓦斯、一氧化碳等数据传输至监控中心进行监控，当检测到数据出现异常时就会自动报警。此外，自动化控制技术还可以监测到矿井中各个位置的空气质量以及温度情况，一旦出现异常就会发出警报信息。

自动化控制技术还可以在采煤工作面安装一氧化碳传感器、温度传感器以及粉尘传感器等设备，当矿井中出现一氧化碳、粉尘浓度超标时就会自动报警。此外，在采煤工作面安装自动化控制系统还能及时监测到工作面瓦斯浓度变化情况和其他数据信息。通过对自动化控制技术与煤矿通风系统的融合运用，可以实现通风系统中瓦斯浓度和风量的实时监测、实时反馈、实时调节以及实时报警。在自动化控制技术的作用下煤矿井下作业人员可以实现远程操控和精准控制通风系统工作状态以及风量。在确保矿井安全生产的前提下提高煤矿开采效率，同时还能降低人工成本以及成本消耗[5]。

5 结语

煤矿通风系统中应用自动化控制技术，可以在一定程度上对煤矿通风系统的运行情况进行检测，实时监测井下环境变化，使井下环境更加安全。利用自动化控制技术可以在煤矿通风系统中将井下温度、湿度等环境参数进行采集，对温度实时监测，进而为煤矿生产提供科学依据，同时也能够为煤矿安全生产提供保障。自动化控制技术的应用能够将井下环境参数进行实时监测，同时也能够在一定程度上对通风系统进行检测，对通风系统运行情况进行实时监控。在煤矿生产过程中，通风系统承担着重要的工作任务，随着煤矿开采范围不断扩大，矿井下温度、湿度等环境参数会随之发生变化，需要对通风系统进行不间断检测与运行。而自动化控制技术的应用可以对煤矿生产中的各个环节进行有效监控，进而保证煤矿生产安全。随着科技水平不断提高，自动化控制技术应用到煤矿通风系统中时，要不断完善系统功能、提升系统运行效率。未来要继续加强对自动化控制技术的研究与开发力度，以推动我国煤矿企业实现健康、可持续发展。