煤矿安全通风智能监测研究

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摘要：煤矿通风工作一直是矿井生产作业中的一项重要工程，为更好保障矿井安全通风，设计了一种煤矿通风安全智能监测监控系统，介绍了该系统的整体结构，并详细设计了该系统的硬件部分与软件部分。实际应用结果表明，通过应用该系统，可依据矿井实际所需风量情况对矿井风门开闭状态以及具体开启程度进行自动调节，进而有助于更好地满足矿井用风需求，更好地保障矿井安全生产，该煤矿通风智能监测监控系统具有较高的推广应用价值。

关键词：通风安全；监测监控系统；硬件部分；软件部分监控

监测矿井通风系统的正常安全运行是维持矿井日常安全施工中一项不可忽视的工作。随着科技的发展，行业中广泛应用新型材料及工艺，高新技术如传感装置、自动控制等也日益成熟，在这样的背景下，矿井用通风安全监控监测系统不断更新发展，但在日常生产中，仍存在许多问题，如无法根据生产或救灾需要自动调节风量等，这些问题限制了矿井的发展能力。本文借鉴了当前矿产行业中使用的矿井通风安全监控监测系统，针对当前系统中的不足加以改进创新，设计出一套矿井新型智能通风安全监控监测系统，并对其进行了功能测试[1]。

1矿井通风安全智能监控监测系统结构

在这个系统中，将n个分站设置在主要用风点，利用多参数组合式传感器在各个分站获取参数，并直接显示，除此之外还可以在主机上实时显示由PC-6310模入接口卡汇总的数据。当矿内有调节风量的需求时，可控制主机输出调节信号并将其传递给PC-6407D开关量输出卡，再经过控制柜中的转换器，把信号转化为电信号，电信号调节分站中的传感器并控制系统中电动风门，从而实现按需调整风量[2]。

2矿井通风安全智能监控监测系统硬件

2.1多参数组合式传感器。新型矿井的通风安全智能监控监测系统中的多参数组合式传感器主要由以下部分组成：（1）1台KG3033型煤矿用风压型传感器，以半导体压力敏感电桥为原理不间断检测煤矿内的风压；（2）1台KG3088型煤矿用风速型传感器，以超声波涡街为原理不间断检测煤矿内的风速；（3）1台KG3044型煤矿用环境温度型传感器，以PN结测温为原理不间断检测煤矿内的环境温度；（4）1台KG94A2型煤矿用瓦斯浓度型传感器，以热催化为原理不间断检测煤矿内的瓦斯浓度[3]。多参数组合式传感器的测量评判指标主要有：（1）矿内风压的范围为0～5kPa，矿内风速的范围为0～15m/s，矿内环境温度的范围为0～40℃，矿内瓦斯体积分数的范围为0～4%；（2）信号输出范围为1～5mA（负载的外部电阻小于500Ω）或4～20mA（负载的外部电阻小于150Ω）。风压、风速、温度和瓦斯浓度等数据将出现在多参数组合式传感器的显示器上，并且在传感器上配备信号端口以便输出数据[4]。2.2模入接口卡。新型矿井的通风安全智能监控监测系统中的PC-6310模入接口卡的输入方式有：32路单端或16路双端、单极性信号或双极性信号。可根据具体需要选择不同的方式。信号的输入范围可选0～10V或-5～5V，增益的放大效果可选择设置为1、2、5、10倍。2.3开关量输出卡。新型矿井的通风安全智能监控监测系统中的PC-6407D开关量输出卡需要外接12V的直流电源。该输出模式以共地方式输出，每组16路，2组共32路，每路中电流的最大输出量为200mA，这个输出量可保证继电器被直接驱动，需要注意的是每一组的输出电流应低于2A。

3矿井通风安全智能监控监测系统软件

新型的智能通风监控监测系统中使用的软件的设计以面向对象化为主思路，使用VisualC++2013开发工具编写程序。模块化的结构组成系统软件，按功能的区别可分为4种。3.1系统初始化设置模块。新型矿井的通风安全智能监控监测系统软件中的系统初始化模块以人机交流的形式设置监控监测系统中的各种参数，并根据硬件设施的情况以及实际生产需求进行调整。通过设置包含4个属性调整页面的对话框来完成对系统初始化模块的功能设置[5]。3.1.1采集系统设置页面。采集系统的设置属性页中需要对3个变量参数进行设置：瓦斯含量超限的报警点、系统传感器的采集速率和瓦斯含量超限断电点。3.1.2风门初始态设置页面。风门初始态的设置属性页中主要包含主传感器的位置测算、计算校正曲线以及检测分支断面积。因传感器输出的是电压信号，需要利用校正曲线把电压类信号转变为模拟量类信号，以便能够真实模拟所测环境的各种数据。在新型智能监控监测系统中，因为应用的校正曲线是直线形，所以想要得到校正曲线设置装置中的风门初始态，仅需2组模拟量的数值就可完成。风门状态有开启、半开启和关闭3种。3.1.3开关位置设定页面。开关位置的设置属性页中主要包含控制量的位置和类型的设定。控制量位置指被控制的仪器设备所在的矿道分支号，控制量类型分风门关闭、风门开启、断电和报警4种。如图2所示，调整控制量类型时，位置应与类型匹配，例如控制量位置装由断电设施或报警设施后才可以选择“断电”或“报警”；控制量位置安装风门后才可以选择“开启”或“关闭”风门[6]。3.2实时监测模块。新型矿井的通风安全智能监控监测系统软件中的实时监测模块需要不间断的测量并显示矿道中主要用风点的各个安全参数。实时监测模块运用函数SetTimer（）设置定时器1个，激活定时器上的函数OnTimer（）后运行函数AI6310Single（），按顺序读取并存储收集到的数据。传感器采集速率即定时器的激活周期。定时器的设置既使传感器不间断地收集整理数据，还可以在数据收集的同时进行其他的相关操作。3.3自动控制风门模块。新型矿井的通风安全智能监控监测系统软件中的自动控制风门模块可以实现同时控制1个或多个（最多10个）风门。系统初始化设置模块中开关位置的内容设置与控制量序号、位置和类型的设置一致，均在系统软件中自动生成，状态为只读模式。根据系统初始化设置模块中风门初始态的内容设置和分支中包含的风门数，软件自动生成风门当前状态，状态为只读模式。控制状态有2种：动作和不动作。动作态表示控制量输出控制指令给其所控制的风门；不动作态表示控制量不输出控制指令。控制的默认态是不动作。控制量类型及相关风门状态决定了控制量能否选择，例如风门状态与控制量类型不一致时，控制量可以进行调整，选择为动作态，相反则不可以调整控制状态[7]。当使用者在页面中选择“确定”后，对话框中数据将被系统软件自动且按顺序读取。当某控量的状态为“动作”被系统软件检测发现时，即运行函数D06407Bit（），并输出开启或关闭的指令给控制的风门。调整结束后，运行函数D06407Bit（）输出复位指令，同时更改记录并储存各个风门的当前状况。3.4自动调节风量模块。新型矿井的通风安全智能监控监测系统软件中的自动调节风量模块是当主要用风地点出现风量不足或风量富余的情况时，通过调节实验装置中的一个或者多个风门的开启程度，将风量自动调整成与需求风量基本一致的状态。步骤1：判断是否可控制对应分支，可控则至步骤2；不可控则显示“不可调节本分支！”，至步骤4。步骤2：判断当前风门状态是否为关闭或完全开启，关闭则显示“风门关闭，不可调节本分支!”，至步骤4；完全开启则显示“风门完全开启，不可调节本分支!”；均否则至步骤3。步骤3：调整风门的开启程度，循环性调整风量大小。风门的1次调整时间（ΔT）决定调整1次的量（ΔS），ΔT升高，则ΔS增大。每ΔT，系统调整风门1次使风量不断变化，结束1次调整后，系统对需求风量与监测风量是否匹配做出判断，风量相匹配时则至步骤5；风量不相匹配时，系统会检测风门状态，判断当前风门状态是否为关闭或完全开启，若是则显示“本分支内调节无效！”并至步骤4；若不是则将继续循环调节风门。应当注意的一点是，ΔT的选择应当合理，当ΔT过大时，则矿内可能出现风量不足或者风量过多的对风量调节过度问题；当ΔT过小时，风门则将维持原始状态，出现调节无效的情况。根据风门从完全关闭到开启至最大时所需的调整时间（5s），将1s设为ΔT的默认值。此外，用户在实际操作中，可以根据情况，对ΔT值加以调整[8]。步骤4：调整其他分支风门的开启。步骤5：调节终止。

4结束语

在实验过程中智能矿井通风监控监测系统能不间断的监测各个安全数值，并且能够同步显示数据，这为灾害的预防以及灾害发生的控制提供了保障。通过不间断的监测安全数值，当发现有调节风量的需求时，智能监控监测系统就会通过调整风门满足矿内的供风需求和出现灾害时的救灾需要。目前，该系统只在实验装置上进行了测试，可能与实际矿井略有偏差。后期，将会对智能矿井通风监控监测系统进行应用试验并对其进一步完善，最终应用到实际矿井之中。

作者:冯波 单位:大同煤矿集团云岗矿