远程智能控制技术在煤矿压风机控制中的应用.pdf

技术应用andDevelopmentManagementMechanicalNo.7,20232023年第7 期Total.243机械管理开发总第2 4 3 期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.114远程智能控制技术在煤矿压风机控制中的应用王慧杰（山西省汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿，山西柳林033300)摘要：为提升井下压风质量并降低压风能耗，将远程智能控制技术应用到压风机运行控制中。根据压风系统现有情况，从增加控制模块、监测传感器、通信系统及恒压供风系统等实现压风机组远程智能化控制，并对远程智能化控制关键技术及应用效果等进行分析。现场应用后，可实现压风机组运行实时监测及远程智能化控制，不仅可提高压风机组运行效率、可靠性及压风质量，而且在一定程度上可降低电能消耗及人力资源成本，取得一定的经济及安全效益。关键词：煤炭生产；压风系统；空压机组；远程控制；智能化控制中图分类号：TD637文献标识码：A文章编号：10 0 3-7 7 3 X(2023）0 7-0 2 7 9-0 20引言井下压风机为煤矿井下多种设备以及工作场所提供动力，压风机需要2 4 h不间断运行。对压风机控制系统进行智能化改造，提高压风机运行可靠性并降低运行能耗，对提高煤矿安全生产保障能力及经济效益有一定促进意义 1-3 。远程控制技术可实现压风机运行无人值守，同时实现运行远程监控、故障实时监测；智能化可对压风机运行参数智能分析，对存在的隐患进行智能分析、识别，提供实时预警信息，同时智能化可自动采集工作参数，构成标准化数据，并根据井下压风需要调整压风机运行,降低压风机运行能耗 4-7 。本文就以山西某矿地面压风机为例，根据现场情况提出将远程智能控制技术应用到压风机运行控制中，在提升井下压风质量同时降低压风机运行能耗。1二工程概况山西某矿设计产能18 0 万t/a，采用斜井开拓方式，主采煤层包括3 号、5 号、7 号、13 号等，采用综采开采工艺。矿井使用的压风机为3 组型号LGS-68/10G螺杆式空压机，单组空压机额定排气量、排气压力分别为6 8 m/min、1.0 MP a，配套的电机功率为450kW。空压机运行时需安排人员专门值守，常规生产情况下，1组空压机运行即可满足采掘作业面压风需要；在高负荷生产条件下，需要安排3 组空压机同时启动。在空压机同时运行时，需要安排工作人员依据工况风量需要调节压力，而煤矿井下各工作地点压风需求量会有一定差异，若采用人工开停压风机方式调节风压时，存在风压调节不及时或者供风不稳定等问题，不利于压风机管理；现场管理时，需工作人员实时测量风量，不仅增大工作量，而且存在一定测量偏差，同时频繁开启空压机不仅增加设备磨损而且增大电能消耗。现有的空压机未安装监测系统，无法实现空压机工作状态监测，若出现故障时，无法及时预警。现有的矿井压风系统结构如图1所示。冷却风机冷却塔冷水池热水池DN8QDN80DN80DN807-DN50F-DN50HDN50DN50灌引水口灌引水口灌引泳口灌引水口离心泵1离心泵2离心泵3离心泵4进水口并井排水口进水拌排水口进水排水口1号压风机2号压风机3号压风机-DN125DN125DN125储气罐储气罐储气罐3KDN25KDN25DN25排污管道￥D N15 0-DN150洋DN150排气管道至井下图1矿井压风系统结构示意图2远程智能控制技术思路及恒压供风技术2.1总体远程智能控制技术思路通过定时开关、传感器以及感应装置等构建压风机运行数据采集系统，并以视频监控系统、人工调度系统等为基础构成视频监控系统，以标准化管理、大数据分析以及精准管控为目标构建远程精准控制系统。数据采集、视频监控以及远程精准控制构成闭环的远程智能监控系统。通过在空压机上应用远程智能控制技术，初步实现空压机运行无人值守及自动化运行，同时通过监控中心可掌握空压机运行参数、远程控制空压机运行 8-9。具体关键技术如下：1)进水、排水系统远程智能控制。用电动进水球收稿日期：2 0 2 2-0 4-2 4作者简介：王慧杰（1990 一），男，山西左权人，毕业于重庆大学机械制造及其自动化专业，本科，现为工程师。卜转弟2 8 5 贝）280第3 8 卷机械管理开发阀替换原有手动进水球阀，以便实现压风机进水远程控制，由于压风机排水无压力因此保持原有排水球阀类型不变；在热水池及冷却水池中均增设1组水位传感器，实时监测水池液位；用无底阀水泵替代原有离心泵，并对水泵运行进行自动化远程改造；在水泵进水管路上增设水压传感器，监控中心可掌握压风机上水情况；水泵总管上增设水温传感器，以便为报警系统、冷却系统等远程智能化控制提供数据支持。2)储气装置远程智能控制。在各储气装置上增设温度传感器，用以实时监测储气装置内温度；将污球阀类型由手动控制改为远程电动控制，并安装智能定时开关与远程控制中心进行通信，实现每天自动排污，同时远程控制中心可实时掌握排污数据。3)视频监控系统。增加视频监控系统，实现压风机运行画面实时监测，以便更好地应对突发情况，4)升级控制系统。在原有的PLC控制系统中增设视频辅助监控模块、传感器监测模块、远程精准控制模块、数据分析报警模块以及闭环管理系统等，以便提升远程智能控制系统应用可靠性。具体系统结构模块构成如图2 所示上位机高清数字摄像仪工业以太网水池液位传感器冷却风机进水温度传感器离心泵及排水闸阀储气罐温度传感器原控制柜离心泵水压传感器压风机进水球阀离心泵流量开关离心泵灌水/排气阀储气罐压力传感器储气罐排污球阀总管压力传感器压风机被控设备状态信号温度巡检仪图2系统结构模块构成示意图2.2恒压供风技术在供风系统中，多组压风机串联使用可有效解决单组压风机使用时存在的供风压力不稳定问题。通过使用联控压风机组恒压供风技术，实现井下压风系统供风压力平稳。恒压供风技术主要通过在供风系统终端布置风压传感器实现风压数据实时监测，控制系统依据原先设定的风压指标来动态调节压风机组各设备单元运行状态、监测压风机组运行参数、储气管温度以及高压柜电流信号等，并经远程控制系统进行综合分析，将报警信息、控制信息以及结果信息等均显示到远程智能控制系统位于监控中心的调度显示屏上。通过传感器实时监测压风总管压力，并通过实时变频调压、调整同时运行的压风机数量，实现风量精准控制、降低电能消耗。3现场应用效果分析3.1节能降耗分析通过采用远程智能控制技术，压风机组可实现智能化运行，降低空转时间以及能耗，电能消耗约节约10%，空压机组年可直接节省电能消耗约19 0MWh，年可减少电费投人约10 万元。同时压风机运行时无须安排专人进行值守，在压风机房不需要布置操作岗位、监测岗位，通过地面集中监控中心实现压风机运行日常管理，现场减少工作人员4 名，每年直接节省人力资源投人超过14.4 万元。将冷却水泵类型改为无底阀水泵后，水泵维护工作量更小、运行效率更好，年直接节省设备维护费用超过1万元。综上，通过在压风机组上使用远程智能控制技术后，年可直接节省空压机运行、管理及维护等费用超过2 6 万元。3.2安全保障能力分析1)采用远程智能控制技术后，可实现空压机组运行状态的远程监测以及运行控制，提高压风机组运行可靠性及安全保障能力。在远程智能控制技术应用后，压风机组曾出现电动机前轴温度过高情况，系统及时发出预警信息，避免电动机出现烧毁或者高温引起火灾事故等情况。2)在监控中心，工作人员可实时掌握空压机组运行参数，以便快速应对突发事件。远程智能控制技术可依据各传感器监测数据以及压风机管网压力实时调整风压机组工作状态，实现压风机组平稳运行。多台压风机组联合运行提升压风系统供风能力，并可根据井下用风需求调整供风量，避免出现供风过剩或者供风能力不足等问题。对远程智能控制技术应用2 年内运行参数进行统计，发现井下压风供风效果得以有所提升，有助于提升井下生产效率。4结语空压机智能化控制是煤矿智能化管理的重要组成单元，为提高压风机运行可靠性、提升压风质量，提出将远程智能化控制技术应用到空压机运行控制中。采用先进的信息化技术、恒压供风技术，以及通信系统、传感器监测技术等，实现压风机组远程控制。现场应用后，空压机组可实现自动化、无人值守控制，监控中心可实时掌握空压机组运行情况，同时空压机组在运行期间维护工程量小、运行稳定，取得较好应用效果。通过将远程智能化控制技术应用到压风机组运行控制中，在一定程度上提升了井下压风质量，有助于提升采掘工作效率。参考文献1庞明杰.矿用地面压风机无人值守系统的改造应用探讨 J.机械研究与应用，2 0 2 2,3 5（1）：16 1-16 2.（编辑：李俊慧上接第2 8 0 页283赵岩：山西某矿6 0 10 5 工作面回风顺槽支护技术研究2023年第7 期机将钢绞线推至孔底压实，充分搅拌3 0 4 0 s后停机，等待2 4 min收机撤钻。上锁具，用锚索锁具锁紧槽钢固定在锚索上。锚索露出锁具长度15 0 2 5 0 mm之间，符合施工要求，锚固力为2 0 0 kN。4这过断层施工巷道在施工过程中如遇断层、破碎带、顶板破碎、岩层不稳定时，最大截割距离为0.8 m，即截割一排停机，打一排锚杆（索)再进行截割，每截割一排打一排锚杆（索）,如此循环进行。遇断层、破碎带、顶板破碎、岩层不稳定等地段时，及时变更顶板锚杆、锚索的间排距，锚杆根据巷道顶板实际情况进行调整，顶板锚索变更间排距为1.6 m、0.8 m。必要时采用有效的超前支护，当锚索支护失效时，采用锚网支护+钢棚支护方式。5结语山西某矿6 0 10 5 回风顺槽，顶板泥岩容易破碎，多层分布，局部可能有小的断裂构造及围岩层位特征。设计了矩形巷道，通过采用锚网喷+锚索补强支护的方式。取得了较好的应用效果，为采掘衔接提供了安全保障。实现了矿井安全、高效、经济合理的生产。参考文献1王国辉.煤矿巷道快速掘进支护工艺研究 J.机械管理开发，2022,37(5):92-94.2王建国.复合顶板锚网索支护工艺研究 J.山西化工，2 0 2 2，4 2(1):127-128;134.3赵鸿亮，党其.掘进巷道过断层支护工艺优化 J.山西冶金，2021,44(4):284-285.4张道文，赵红涛，台洪斌，等.煤矿大断面巷道超前临时支护技术研究 J.能源与环保，2 0 2 2,4 4（3）：2 8 2-2 8 6;2 91.（编辑：王婧）Research on the Support Technology of the Return Wind Chute of a Mine in Shanxi 60105Working FaceZhao Yan(Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Malan Mine,Taiyuan Shanxi 030205,China)Abstract:A mine in Shanxi Province needs to dig 60105 backwind chute successively according to production needs.60105 working faceis located in the northwest of the shaft field,the roof mudstone is easy to break,multi-layer distribution,there may be small local fracturestructure,according to the purpose of the roadway and the characteristics of the surrounding rock layer,comprehensive consideration ofventilation,pedestrian,equipment transportation requirements,in line with the principle of safety and reasonable,the design roadwaysection shape is rectangular section;determine the use of Anchor network spraying+anchor cable reinforcement support method.Thedesign is based on the principle of safety and reasonableness.Key words:return air channel;mining connection;rectangular section;support method2王高军.矿井压风系统自动控制改造技术应用 J.山东煤炭科技,2 0 2 1,3 9(9):17 9-18 0;18 6.3时珏.矿井压风系统自动控制改造研究 J.能源与节能,2 0 2 1(9)：116-118.4武昌有.KC-YF/I型压风机远程监控系统及应用 J.当代化工研究,2 0 2 1(17):7 7-7 8.5李建红.煤矿压风机远程自动控制系统的研究与应用 J.自动化应用,2 0 2 0(11)：2 4-2 5.6王文波.基于PLC的煤矿压风机自动控制系统研究 J.自动化应用,2 0 2 0(7):18-2 0.7贺广强，宋永滦，刘富光.煤矿压风机远程自动化控制系统的研究与应用 J.科技视界，2 0 19(3 1)：7 7-7 8.8李璐.煤矿地面压风机无人值守集中控制系统的应用研究.机械管理开发,2 0 19,3 4(10):2 18-2 2 0.9苗兴平，王永红，董明.太平煤矿压风机组远程智能控制技术改造J.矿业安全与环保，2 0 18,4 5（4：114-117.Application of Remote Intelligent Control Technology in Coal Mine Compressor ControApplication of Remote Intelligent Control Technology in Coal Mine Compressor ControlWang Huijie(Shuangliu Coal Mine,Shanxi Province Fenxi Mining(Group)Company Limited,Liulin Shanxi 033300,China)Abstract:In order to improve the quality of underground pressurized air and reduce the energy consumption of pressurized air,remoteintlligent control technology is applied to the operation control of pressurized air fans.According to the existing situation of the pressurizedair system,remote intelligent control of the pressurized air unit is realized from adding control module,monitoring sensor,communicationsystem and constant pressure air supply system,etc.The key technologies of remote intelligent control and application effects are analyzed.After the field application,the real-time monitoring and remote intelligent control of the pressurized air unit operation can be realized,which can not only improve the operation efficiency,reliability and pressurized air quality of the pressurized air unit,but also reduce thepower consumption and human resources cost to a certain extent,and achieve certain economic and safety benefits.Key words:coal production;pressurized air system;air compressor unit;remote control;intelligent control