煤矿地面通风机远程监控系统浅析

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摘要：主要通风机是煤矿通风系统主要动力设备，其运行可靠性直接影响着井下通风系统可靠性。在对矿井地面主要通风机结构进行分析的基础上，提出一种地面主要通风机远程监控系统，并对该系统结构进行分析。经现场应用后表明，远程监控系统可在一定程度上提升地面主要通风机运行可靠性，并降低现场值守人员数量，取得较好应用效果。

关键词：煤炭生产；通风系统；主要通风机；远程监控；煤矿安全

引言

煤矿井下开采时，难以避免有大量的粉尘、瓦斯等，给煤矿生产安全带来制约，通风系统是将井下有害物质排出到地面的主要方式[1-2]。为确保煤矿通风系统可靠运行，煤矿地面主要通风机一般采用冗余原则设计，即布置2台主要通风机，一用一备，同时2台主要通风机均有其独立的供电系统[3-5]。现阶段地面通风机监控系统功能较为简单，一些关键监测参数多采用人工方式进行分析处理，从而降低了监控系统可靠性及实时性等[6-7]。本文结合煤矿地面主要通风机监测需求，设计一种主要通风机远程监控系统，该系统可实时发现主要通风机运行过程中出现的故障并及时发出预警信息，可在一定程度上提高煤矿通风系统可靠性。

1矿井地面主要通风机概述

山西某矿回风井布置2台轴流式通风机，2台通风机型号、功率完全一样。按照各部位功能，可将主要通风机结构划分为扩散器、工作叶片、集风器、动轮、流线体、机壳及整流器等部分，具体回风井布置的主要通风机结构如图1所示。集风器结构呈现曲线形状，越靠近出口口径越大（反之越靠近里面口径越小）。线留体呈曲面圆锥形，可以遮盖轮毂并与流线体、集风器等结合形成入风口。风机叶片均在动轮上安装，安装角可根据现场实际情况调整，具体矿井使用的局部通风机安装角包括15°、25°、30°、35°、40°及45°六种角度，叶轮安装邻近叶片间应保持等距。在动轮后侧位置安装整流器，对流入空气进行整流，避免出现涡流损失。扩散器主要作用是增加气体流动时静压，降低气体流动损失。

2远程监控系统设计

2.1远程监控系统结构层级

设计的主要通风机远程监控系统包括现场监测及控制层、中央管理层及远程监控层3个层级。1）现场监测及控制层：该层级主要功能包括采用各类测量装置、传感器对主要通风机各结构设备运行参数、运行状况进行监测；依据中央管理层指令，对主要通风机及附属设备运行进行控制，如可远程控制风门启动、闭合。现场监测及控制层与中央控制层间采用RS485总线方式进行数据通信。2）中央管理层：该层级主要结构包括工业计算机、数据采集装置及不间断电源等，主要功能为对监测获取到的参数进行采集、存储及管理，并将监测参数传输给远程监控层进行处理、分析。远程监控层发出的控制指令也通过中央管理层传输给现场监测及控制层，实现地面主要通风机运行参数控制。3）远程监控层：远程监控层结构包括监控大屏、显示屏、数据服务器等，远程监控层与中央管理层间采用工业以太网方式进行数据通信。监控大屏可实时显示主要通风机运行状态参数，从而便于相关通风管理人员及时掌握通风机运行信息。

2.2远程监控系统方案

远程监控系统结构如下页图2所示，整个监控系统从功能层面分析可划分为上位机、下位机两个部分，主要结构包括PLC（S7-200型）、各类监测传感器、工控机及视频监控系统等。1）远程监控系统下位机：下位机最为主要的结构为PLC（S7-200型），为了便于现场安装及后期保养维护，选用的PLC为模块化结构，监控系统中现场布置的各类设备、监测传感器均受PLC控制。现场监测采用风量、压力、温度等传感器即可实时获取主要通风机运行参数。监控系统选择采用的PLC类型为S7-200型，PLC内存及I/O接口数可满足监控系统现场监控及后续功能扩展需求。各类传感器用以对主要通风机运行参数进行监测，根据现场远程监控需要，选择使用的压力传感器型号为APG-LC100、温度传感器型号为GWP100（D）、振动传感器型号为GB20、烟雾传感器型号为GQQ0.1（D）、风量传感器型号为KGF2。在主要通风机上布置的各类传感器监测参数会实时传输给S7-200PLC，通过PLC判断监测参数是否在合理范围内，同时传感器可接受远程监控系统控制，实现启动、停止。地面主要通风机上各类监测传感器布置位置如图3所示。2）上位机部分：上位机部分用以分析下位机监测参数并实时显示监测结果。在监控系统内预先设定安全值，当监测数据超过设定安全值后，监测系统会自动发出报警信息。上位机主要包括工业计算机、监控显示屏，并通过光纤网络与下位机进行通信。视频监控系统采用主要通过高清防爆摄像机对风门、通风机房等位置画面进行实时采集，并通过光纤网络将监测画面传输给监控中心，协助实现主要通风机远程监控。选用的高清防爆摄像头型号为KBA，主要布置在风门等有防爆需求的场所。

3现场应用效果分析

将文中所提主要通风机远程监控系统应用到地面主要通风机监测中。现场应用取得较好效果，通过采用远程监控系统，可明显提升主要通风机可靠性，一旦通风机运行出现故障监控系统即会发出报警信息，便于相关人员及时排除主要通风机运行故障。采用远程监控系统后，通风人员可在监控中心显示大屏掌握主要通风机运行情况，并通过远程系统启动备用风机，缩小备用风机启动时间。在远程监控系统中布置的风速、风量等传感器可实时掌握通风系统参数，当发现监测参数存在异常时可及时发出报警信号；同时传感器还可对通风机设备本身、开关柜等状态进行监测，及时发现潜在的小故障。具体现场监控画面如图4所示。远程监控系统应用后，可依据井下通风实际需要远程调节主要通风机运行，在满足井下通风的同时降低主要通风机运行能耗；同时主要通风机运行无须人员值守，仅安排相关人员例行巡检即可，可在一定程度上降低人力成本。

4结语

在分析煤矿地面主要通风机运行基础上，对远程监控系统进行设计，以S7-200PLC为核心，采用各类监测传感器对主要通风机运行参数进行监测，并辅助采用视频监控系统提高监测效果。远程监控系统上位机可实时显示井下各传感器监测参数并对故障信息进行报警。现场应用后，主要通风机远程监控系统可实现通风机运行参数远程监控，并提高煤矿通风系统可靠性，且现场不需要安排专人值守，仅通过巡检即可满足主要通风机检测需要。

作者:冯艳阳 单位:山西汾西矿业孝义煤矿管理分公司