煤礦安全通風智能監測研究

時間:2022-12-04 03:04:53

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煤礦安全通風智能監測研究

摘要:煤礦通風工作一直是礦井生產作業中的一項重要工程,為更好保障礦井安全通風,設計了一種煤礦通風安全智能監測監控系統,介紹了該系統的整體結構,并詳細設計了該系統的硬件部分與軟件部分。實際應用結果表明,通過應用該系統,可依據礦井實際所需風量情況對礦井風門開閉狀態以及具體開啟程度進行自動調節,進而有助于更好地滿足礦井用風需求,更好地保障礦井安全生產,該煤礦通風智能監測監控系統具有較高的推廣應用價值。

關鍵詞:通風安全;監測監控系統;硬件部分;軟件部分監控

監測礦井通風系統的正常安全運行是維持礦井日常安全施工中一項不可忽視的工作。隨著科技的發展,行業中廣泛應用新型材料及工藝,高新技術如傳感裝置、自動控制等也日益成熟,在這樣的背景下,礦井用通風安全監控監測系統不斷更新發展,但在日常生產中,仍存在許多問題,如無法根據生產或救災需要自動調節風量等,這些問題限制了礦井的發展能力。本文借鑒了當前礦產行業中使用的礦井通風安全監控監測系統,針對當前系統中的不足加以改進創新,設計出一套礦井新型智能通風安全監控監測系統,并對其進行了功能測試[1]。

1礦井通風安全智能監控監測系統結構

在這個系統中,將n個分站設置在主要用風點,利用多參數組合式傳感器在各個分站獲取參數,并直接顯示,除此之外還可以在主機上實時顯示由PC-6310模入接口卡匯總的數據。當礦內有調節風量的需求時,可控制主機輸出調節信號并將其傳遞給PC-6407D開關量輸出卡,再經過控制柜中的轉換器,把信號轉化為電信號,電信號調節分站中的傳感器并控制系統中電動風門,從而實現按需調整風量[2]。

2礦井通風安全智能監控監測系統硬件

2.1多參數組合式傳感器。新型礦井的通風安全智能監控監測系統中的多參數組合式傳感器主要由以下部分組成:(1)1臺KG3033型煤礦用風壓型傳感器,以半導體壓力敏感電橋為原理不間斷檢測煤礦內的風壓;(2)1臺KG3088型煤礦用風速型傳感器,以超聲波渦街為原理不間斷檢測煤礦內的風速;(3)1臺KG3044型煤礦用環境溫度型傳感器,以PN結測溫為原理不間斷檢測煤礦內的環境溫度;(4)1臺KG94A2型煤礦用瓦斯濃度型傳感器,以熱催化為原理不間斷檢測煤礦內的瓦斯濃度[3]。多參數組合式傳感器的測量評判指標主要有:(1)礦內風壓的范圍為0~5kPa,礦內風速的范圍為0~15m/s,礦內環境溫度的范圍為0~40℃,礦內瓦斯體積分數的范圍為0~4%;(2)信號輸出范圍為1~5mA(負載的外部電阻小于500Ω)或4~20mA(負載的外部電阻小于150Ω)。風壓、風速、溫度和瓦斯濃度等數據將出現在多參數組合式傳感器的顯示器上,并且在傳感器上配備信號端口以便輸出數據[4]。2.2模入接口卡。新型礦井的通風安全智能監控監測系統中的PC-6310模入接口卡的輸入方式有:32路單端或16路雙端、單極性信號或雙極性信號。可根據具體需要選擇不同的方式。信號的輸入范圍可選0~10V或-5~5V,增益的放大效果可選擇設置為1、2、5、10倍。2.3開關量輸出卡。新型礦井的通風安全智能監控監測系統中的PC-6407D開關量輸出卡需要外接12V的直流電源。該輸出模式以共地方式輸出,每組16路,2組共32路,每路中電流的最大輸出量為200mA,這個輸出量可保證繼電器被直接驅動,需要注意的是每一組的輸出電流應低于2A。

3礦井通風安全智能監控監測系統軟件

新型的智能通風監控監測系統中使用的軟件的設計以面向對象化為主思路,使用VisualC++2013開發工具編寫程序。模塊化的結構組成系統軟件,按功能的區別可分為4種。3.1系統初始化設置模塊。新型礦井的通風安全智能監控監測系統軟件中的系統初始化模塊以人機交流的形式設置監控監測系統中的各種參數,并根據硬件設施的情況以及實際生產需求進行調整。通過設置包含4個屬性調整頁面的對話框來完成對系統初始化模塊的功能設置[5]。3.1.1采集系統設置頁面。采集系統的設置屬性頁中需要對3個變量參數進行設置:瓦斯含量超限的報警點、系統傳感器的采集速率和瓦斯含量超限斷電點。3.1.2風門初始態設置頁面。風門初始態的設置屬性頁中主要包含主傳感器的位置測算、計算校正曲線以及檢測分支斷面積。因傳感器輸出的是電壓信號,需要利用校正曲線把電壓類信號轉變為模擬量類信號,以便能夠真實模擬所測環境的各種數據。在新型智能監控監測系統中,因為應用的校正曲線是直線形,所以想要得到校正曲線設置裝置中的風門初始態,僅需2組模擬量的數值就可完成。風門狀態有開啟、半開啟和關閉3種。3.1.3開關位置設定頁面。開關位置的設置屬性頁中主要包含控制量的位置和類型的設定。控制量位置指被控制的儀器設備所在的礦道分支號,控制量類型分風門關閉、風門開啟、斷電和報警4種。如圖2所示,調整控制量類型時,位置應與類型匹配,例如控制量位置裝由斷電設施或報警設施后才可以選擇“斷電”或“報警”;控制量位置安裝風門后才可以選擇“開啟”或“關閉”風門[6]。3.2實時監測模塊。新型礦井的通風安全智能監控監測系統軟件中的實時監測模塊需要不間斷的測量并顯示礦道中主要用風點的各個安全參數。實時監測模塊運用函數SetTimer()設置定時器1個,激活定時器上的函數OnTimer()后運行函數AI6310Single(),按順序讀取并存儲收集到的數據。傳感器采集速率即定時器的激活周期。定時器的設置既使傳感器不間斷地收集整理數據,還可以在數據收集的同時進行其他的相關操作。3.3自動控制風門模塊。新型礦井的通風安全智能監控監測系統軟件中的自動控制風門模塊可以實現同時控制1個或多個(最多10個)風門。系統初始化設置模塊中開關位置的內容設置與控制量序號、位置和類型的設置一致,均在系統軟件中自動生成,狀態為只讀模式。根據系統初始化設置模塊中風門初始態的內容設置和分支中包含的風門數,軟件自動生成風門當前狀態,狀態為只讀模式。控制狀態有2種:動作和不動作。動作態表示控制量輸出控制指令給其所控制的風門;不動作態表示控制量不輸出控制指令。控制的默認態是不動作。控制量類型及相關風門狀態決定了控制量能否選擇,例如風門狀態與控制量類型不一致時,控制量可以進行調整,選擇為動作態,相反則不可以調整控制狀態[7]。當使用者在頁面中選擇“確定”后,對話框中數據將被系統軟件自動且按順序讀取。當某控量的狀態為“動作”被系統軟件檢測發現時,即運行函數D06407Bit(),并輸出開啟或關閉的指令給控制的風門。調整結束后,運行函數D06407Bit()輸出復位指令,同時更改記錄并儲存各個風門的當前狀況。3.4自動調節風量模塊。新型礦井的通風安全智能監控監測系統軟件中的自動調節風量模塊是當主要用風地點出現風量不足或風量富余的情況時,通過調節實驗裝置中的一個或者多個風門的開啟程度,將風量自動調整成與需求風量基本一致的狀態。步驟1:判斷是否可控制對應分支,可控則至步驟2;不可控則顯示“不可調節本分支!”,至步驟4。步驟2:判斷當前風門狀態是否為關閉或完全開啟,關閉則顯示“風門關閉,不可調節本分支!”,至步驟4;完全開啟則顯示“風門完全開啟,不可調節本分支!”;均否則至步驟3。步驟3:調整風門的開啟程度,循環性調整風量大小。風門的1次調整時間(ΔT)決定調整1次的量(ΔS),ΔT升高,則ΔS增大。每ΔT,系統調整風門1次使風量不斷變化,結束1次調整后,系統對需求風量與監測風量是否匹配做出判斷,風量相匹配時則至步驟5;風量不相匹配時,系統會檢測風門狀態,判斷當前風門狀態是否為關閉或完全開啟,若是則顯示“本分支內調節無效!”并至步驟4;若不是則將繼續循環調節風門。應當注意的一點是,ΔT的選擇應當合理,當ΔT過大時,則礦內可能出現風量不足或者風量過多的對風量調節過度問題;當ΔT過小時,風門則將維持原始狀態,出現調節無效的情況。根據風門從完全關閉到開啟至最大時所需的調整時間(5s),將1s設為ΔT的默認值。此外,用戶在實際操作中,可以根據情況,對ΔT值加以調整[8]。步驟4:調整其他分支風門的開啟。步驟5:調節終止。

4結束語

在實驗過程中智能礦井通風監控監測系統能不間斷的監測各個安全數值,并且能夠同步顯示數據,這為災害的預防以及災害發生的控制提供了保障。通過不間斷的監測安全數值,當發現有調節風量的需求時,智能監控監測系統就會通過調整風門滿足礦內的供風需求和出現災害時的救災需要。目前,該系統只在實驗裝置上進行了測試,可能與實際礦井略有偏差。后期,將會對智能礦井通風監控監測系統進行應用試驗并對其進一步完善,最終應用到實際礦井之中。

作者:馮波 單位:大同煤礦集團云崗礦