煤矿通风系统中自动化控制技术的应用研究
摘 要：在煤矿生产过程中通风系统的主要作用是排出有害气体，持续注入新鲜空气，以保证煤矿生产的环境安全。传统的通风系统采用人工维护的方式，不仅浪费人力资源，而且无法保证系统的运行效果。而在通风系统管理中应用自动化技术可以实现通风系统的自动化控制，实现系统的自我维护、实时监控，最大程度上保证通风系统的安全性，节约维护成本，提高管理效果及管理效率。文章主要针对煤矿通风系统中自动化控制技术的应用进行探讨。
关键词：煤矿生产；通风系统；自动化控制技术
1 影响煤矿通风安全的主要因素
具体而言，影响煤矿生产通风安全的主要因素包括自然因素、人为因素、设备因素等。其中自然因素是由于煤层地质结构复杂，开采深度越深，环境因素对煤矿生产的影响就越大，比如瓦斯涌出量不断加大，增加了瓦斯爆炸事故的发生机率，煤层发生自然火灾、粉尘爆炸的机率也会随之增加等。其次，人为因素。煤矿企业井下生产员工的综合素质普遍较低，其不仅安全意识差，而且对煤矿安全生产相关知识了解也少，生产过程中存在违章作业、不规范作业等现象，无形中也增加了煤矿事故发生的机率。最后，设备因素。一些煤矿井下防尘设备设置不够完善，煤尘堆积、飞扬会导致粉尘爆炸，且矿井监控系统有待升级，各种监测数据的准确性得不到保证，也会影响煤矿的通风安全管理。
2 煤矿通风系统中自动化控制技术的功能要求
针对煤矿通风系统管理中影响其管理效果的主要因素，应用自动化控制技术可以实现以下功能：
（1）实时监测系统运行数据。自动化控制技术可以通过友好的人机界面及传感器实现通风系统的实时监控，包括通风机的运行状态、风压、风量、有毒气体含量等等，综合上述数据对通风系统的运行情况做出准确评价。（2）绘制趋势曲线。用图形曲线的方式对系统传感器采集到的数据进行分析、整理，将其绘制成历史曲线、实时曲线，直观的展示出通风系统子系统、各部件的工作状况，工作人员通过分析趋势曲线即可准确掌握通风系统的运行状况，以及时排除故障。（3）故障检测及排除。通风系统发生故障后，由于通风系统设置有对应的参数上下限，当通风系统运行参数超出限定值，自动控制系统即可针对故障类型发送报警信号，并及时关闭故障风机电源，自动增加其他风机风量或启动备用风机做出及时的故障处理，并且自动控制系统可记录故障参数，为后续故障分析提供依据。（4）安全管理机制。通风系统自动控制系统设置明确的权限分级，不同的管理人员具备对应的管理权限，最大程度上保证系统的牢固性、可靠性。（5）数据报表查询及打印功能。根据用户需求自动控制系统可以查询、打印各类报表，以为用户提供系统性能分析依据。
3 煤矿通风系统中自动化控制技术的具体应用
在煤矿通风系统中，应用自动化控制技术要遵循“集中控制、分散检测”的原则，其工作过程如下：在煤矿井下对应位置设置监控分站，通过传感器实时监测各分站的工作状态，再通过电缆将传感器采集到的数据传送至煤矿通风主站，由主站根据各部位的风力状况进行分析，得出风量控制的最佳方案，再由中央控制模块将风量控制方案转换成控制指令，通过变频装置实现通风风量的控制，其系统结构图如下图1所示。由此可见通风自动控制系统组成主要包括以下三个模块：
3.1 传感器系统
传感器系统包括信号发生器、检测元件两大部分。信号发生器的主要作用是传输、接受不同的信号，通常采用频分制与时分制两种信号传输方式来实现。时分制是按照时序依次传送各路信号，频分制则根据不同的频率发送、接收各路信号。相比之下，频分制电路简单、故障率低，故应用更加广泛，其主要通过定型生产的载频器实现频率的发送与接受。检测元件的主要作用是对矿井现场工作情况进行实时测量，主要通过各巷道中设置的传感器来实现。其主要测量指标包括风量、风压、温度、有毒气体浓度，风速检测元件可实现风量的遥测，常用的风速检测元件包括热式风速仪、恒流式风速仪、恒温风速仪等；采用差压变送器可实现风压的遥测，采用熱敏元件或红外线辐射技术即可实现温度的检测，采用红外线吸收、光干涉、定电位电解法等可实现有毒气体浓度的检测等。
3.2 通风系统
通风系统的主要作用就是调节风量，实际应用过程中其主要通过改变百叶窗角度及风门达到控制风量的管理目标。通过频率发送器检测通风系统中百叶窗叶片及风门的运行状态，将对应信号发送到中央控制台，中央控制台接收到信号后改变转动叶片或风门的运行角度或运行状态实现风量的控制。除此之外，还可以通过改变通风机电机转速控制风量，在实际应用中在通风机电机系统中安装一个变频装置，通过变频装置来改变电机转速，从而实现风量的调节，还可在通风机上设置一个定时器，以实现风机风量的定时控制等。
3.3 中央控制系统
中央控制系统的主要作用是对各监控站进行控制，处理各监控站发送的监控信息，根据监控数据修改系统控制指令，控制执行机构实现对应动作，并对通风设备的工作状态进行实时监控，以及时处理各类异常情况等。中央控制系统以计算机为核心，其接口多，扩展能力强，并且运算速度快、精密度高，可更好地优化整个自动控制过程。
4 结束语
总之，作为一个煤炭生产大国，煤矿安全生产会对我国煤炭产业的发展產生直接影响。煤矿通风系统在煤矿生产中具有重要作用，其不仅保证了煤矿的生产效率及效益，而且最大程度上保证了矿井工人的生命安全。随着自动化控制技术的不断发展，其中煤矿通风系统中的应用也越来越广泛，自动化技术的应用提高了煤矿的通风质量，降低了生产事故的发生率，且其操作简便、成本低，在提高煤矿企业生产安全性的同时为其带来了更多的经济效益。
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