洪继坤

（山东能源枣矿集团蒋庄煤矿，山东 枣庄 277519）

1 控制局部通风机的方法

若想使掘进工作面的通风机的智能化或自动化控制得以实现，就要保障对掘进工作面通风中的3个方面，即控制器、通风机可调节性及通风有关的参数监测。掘进工作面进行工作的人员数量、风速、一氧化碳、甲烷等参数监测就是通风有关的参数监测，通过调节变频器就能使局部通风机的调节得以实现，微电子技术与变频技术的使用可以经过把通风机的电动机正常工作时的电源频率进行改变来对其交流电动机进行控制[1]。

当选择控制器时，控制方式有两种，一种为控制器PLC的使用，且控制器PLC是可编程的逻辑控制器，其还具有独立性，使用存储器且为可编程，该存储器主要用到里面存储的程序中，主要用在用户方面的指令，如算数操作、计算、定时、顺序控制、逻辑运算的执行等，所有的生产过程与所有种类的控制可以由模拟式的输出输出或数字来实现。所采集的通风有关参数可以由监测分站来实现，依据所分析的控制策略来让变频器对控制信号进行发送，进而可以实时控制局部通风机。此方法对煤矿安全监控系统的平台与局扇控制装置二者的接入是没有要求的，所具有较好的移植性，可以适用于网络传输、现场监测等煤矿对不一样厂家的产品进行选择。在煤矿现场中，在完成了通风系统平台的部署，PLC控制柜的数量就不用增加了，局部通风机可以对系统进行调节。安全监控系统可以使最根本的数据采集得以实现，其决策模块可以使控制逻辑分析得以实现。所具有的优点是极易使其智能化、自动化控制得以实现，可是，通风与安全监控系统2个平台就一定要在煤矿的现场中，且完整性比较高。图1为两种控制方案的示意图。

从图1能够发现，局部通风机控制方案在被煤矿现场进行选择时，适用性一定要考虑进来，在控制策略中会全面分析很多数据，包括人员具体位置、巷道掘进的风速、粉尘的浓度、甲烷的涌出等，在控制风速时，需要满足有关行业标准与法规。

图1 局部通风机控制方案示意图

2 控制局部通风机策略

在控制局部通风机时，第一个要满足的就是有关法规要满足掘进工作面的通风方面的要求，当岩巷掘进关于风速的要求要在0.15 m/s以上，半岩巷或煤巷掘进的风速要在0.25 m/s以上，风速最大不得比4.00 m/s高；依据在工作面进行工作的人数方面的要求，1个人所供给的风量要在4 m3/mm以上；依据气体浓度方面的要求，一氧化碳与甲烷浓度分别在24×10-6、1.00%以下。以此为基础，在本文中，对人员供风的需求、一氧化碳、风速、甲烷等调整局部通风机策略进行了讨论。值得注意的是，在本文中，在调整通风动力时，不管是下调或增加，调整幅度一次只有10%。

1）调风策略是以风速为基础。该调风策略是以风速监测为基础的，相对来说是比较简单的，在风速在0.15 m/s或0.25 m/s以下时，就要把通风的动力增大；在风速在4.0 m/s以上时，就有把通风动力减小。

2）调风策略是以作业人员的数量为基础。该调风策略是以监测作业人员的数量为基础，控制的只是调控的下限，就是1个人的供风量在4 m3/min以下时，就要把通风动力增加，调整风速就代表对其的调整，在现在工作面的人数是N个时，风速最小就是vN，其计算公式为式（1）。

式中：vN为按照人员的数量能够调节风速的最小值，m/s；N为现在掘进工作面正在掘进的人数；Sv为对应现在风速传感器处的断面面积，m2。

3）调风策略以一氧化碳的浓度为基础。该调风策略是以一氧化碳的浓度为基础，控制的只是调控的下限，就是在一氧化碳的浓度在24×10-6以上时，就要把通风动力增加。在下调其动力时，一氧化碳的浓度不能当做依据，就是通风动力不会由于一氧化碳浓度的下降而下降。

4）调风策略以甲烷涌出为基础。安全就煤矿而言是十分重要的，其中的一个监测参数就是甲烷，风电的闭锁、超限报警等是一般会涉及的。若无法提前控制断电浓度与超限，这样就会对现场的所有生产产生影响，就会有安全隐患，所以，在本文中，把超前的调风策略提出来了，且是以分析甲烷涌出为基础的。超前调控主要表现在以下两个方面：一方面是超前调控监测值，且监测值是实时的，提前在甲烷浓度是1.00%时报警限流，就是甲烷浓度在0.80%左右时，就能把变频控制打开，把通风动力增大，避免甲烷浓度大于限制。增加风量时，甲烷的浓度降低，并降低至某个特定值时，通风机的动力就会被变频器下调，当甲烷浓度下降至特定值时，通风动力比较稳定，通常要在现场设定门限的浓度值，且是临界性的，CT就代表门限值。

当所有要求都被满足之后，甲烷浓度在某特定值时，就能对通风动力进行下调，以预期与现场经验来确定此门限值CT，例如，设定时根据0.30%或0.20%，若浓度在设定值之下时，对其通风动力进行下调，公式（2）就是其调整下限所相对应的风速：

式中：vT为设定能够调节的风速的最小值，m/s；Q1为现在的甲烷涌出量，m3/min；Sv为对应现在风速传感器处的断面面积，m2；CT为预期甲烷浓度的设定值。

第二方面，经过分析甲烷浓度在时间上的变化，甲烷涌出的最高值的超前预测，保证甲烷涌出的最高值在规定限值内。由于不断改变的生产工序，这导致甲烷涌出量在不断改变，在进行掘进操作过程中，就会有甲烷涌出最高值出现。当变频调节局部通风机时，在对排放一氧化碳、人员需风、风速等这些要求符合之后，可以在实用与经济方面进行考虑，依据甲烷浓度的走向力对通风动力进行下调。由于要避免在掘进操作过程中，有甲烷大量涌出来，而有超限产生，在本文中，提出把甲烷涌出最高量且是近期3天来对其通风动力的下限进行确定，这就要求在通风动力最小时可以符合依据甲烷最大涌出量时甲烷浓度在1.0%以下这一要求来对掘进巷道在相同速度对下限的控制进行确定，对甲烷浓度在限额以上的要超前预控。计算该控制方案要把断面的面积与风速传感器结合起来，公式（3）为对最小风速进行计算的公式：

式中：vmin为现在能够接受的风速的最小值，m/s；Qmax为甲烷3天内涌出的最大量，m3/min；Sv为对应现在风速传感器处的断面面积，m2。vT和vmin中值比较大的那个是调控的最小风速。此时就可以符合掘进操作工程中，由于甲烷大量涌出，进而导致超限产生，把超前调控使用到了局部通风机中。经过对甲烷、人员、一氧化碳与风速进行总结。

在调节风机不能对气体排放或规程与人员的有关需求满足时，就会有告警被系统给发出来。分配I/O口可以使PLC控制柜得以实现，在对模拟量的所有数据进行输出时，所使用的频率是200～1000 Hz或1～5 mA，模拟量包括一氧化碳、风速、甲烷等，在由本安信号进行隔离，均把信号转换为4～20 mA，在进到有输入模拟量的模块的PLC中，对浓度进行实时检测。且PLC把0～20 mA的电流输出到主控板中，且主控板存在于变频器的机芯中，使输出频率的调节为0～50 Hz。

3 结语

文章指出现在矿井掘进工作面在管理通风的状况，判断局部通风调节凭借人工所总结的经验，缺乏和现场所监测的数据实施关联分析的问题，提出控制局部通风机需要和人员、风速、一氧化碳与甲烷来对控制关联。按照煤矿现场实际状况，分析出系统与局部两种实时控制方案，并对各个方案所具有的优点与所适用的情况进行了分析。

提出以排放甲烷、排放一氧化碳、人员的需风、规程规定为基础的掘进工作面的控制策略，并对整个控制过程进行了梳理。使用上述策略不但使排放甲烷的安全性得以提高，还使其通风动力得到了节约。