一种矿井风门风窗实时自动监测控制系统及控制方法与流程

文档序号:15578861发布日期:2018-09-29 06:18

本发明涉及监控技术领域,特别是涉及一种矿井风门风窗实时自动监测控制系统及控制方法。



背景技术:

随着采矿技术的发展,矿井生产能力越来越大,矿井需风量也越来越大,通风路线越来越长,矿井通风系统结构也越来越复杂,因此对通风系统安全管理要求也就越来越高。

风量监测和调节控制是煤矿井下通风技术管理中的一项经常性的重要工作,它对保障矿井安全生产极其重要的作用。目前国内井工煤矿通风系统主要存在以下问题:

1)风量调节、系统调整不及时、不合理:随着采据变化,巷道风阻及网络结构不断的变化,巷道风量的自然分配往往不能满足风量需求,需要对井下系统进行微调。但是对于需要进行的一些微调整实现风量的控制缺乏相应的执行设备;井下风量或系统调整时,一般只采用增阻调节,增阻调节精度一般较低,不能满足需求。

2)风量调节自动化程度低:调节风窗通风面积是调节风量的最基本手段,但对于调节风窗风流参数的监测,及断面积的调节基本还是人工操作,尤其多个设施的同步调节,调节过程费时费力,效率低且可靠性和稳定性都很差。

3)部分矿井安装了自动控制风门,但是自动风门只能在风门安装处进行开关控制,不能远程控制。

4)风量及有害气体监测、风量调节和风门的控制都是相对独立的人工或自动系统,没有实现风网监测、智能决策和远程控制一体化。

可见目前矿井风量监测、风流调节和自动控制等方面存在的诸多问题,制约着矿井的安全生产。



技术实现要素:

为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种矿井风门风窗实时自动监测控制系统,实现了对矿井通风系统的关键位置(采煤工作面)进行实时监测、控制,在地面上实时监测显示井下监测巷道的风流状态、准确进行风量调节。

一种矿井风门风窗实时自动监测控制系统,包括

安装于井下回风巷道内的风窗,所述风窗通过风窗控制器连接至数据中转控制器;

安装在井下进回风巷之间的联络巷或回风顺槽端头的若干个风门,所述风门通过风门控制器连接至风门集中控制器,风门集中控制器与数据中转控制器通信;

数据采集器实现对井下风道内传感器设备信号的采集,数据采集器与数据中转控制器的通讯;

数据中转控制器实现对风窗运行状态信息、风门运行状态信息、传感器信息的汇集,通过网络上传给服务器,并接收服务器下发的指令,转发给相应的风窗控制器、风门控制器,实现相应的风窗、风门的控制。

进一步优选的技术方案,所述风窗为百叶式自动风窗或单叶式自动风窗,,能够通过服务器远程发布命令以压缩空气为动力,通过窗叶的角度变化完成过风断面的快速精确调节。

进一步优选的技术方案,百叶式自动风窗包括百叶风窗本体,所述百叶风窗本体包括设置在左侧的一组左侧风叶及设置在右侧的一组右侧风叶,左侧风叶及右侧风叶由驱动总成驱动,左侧风叶及右侧风叶设置在风窗外框内,风窗外框与风叶之间还设置有风窗内框,左侧风叶及右侧风叶通过固定板固定在风窗外框上,左侧风叶及右侧风叶通过连杆机构相连。

进一步优选的技术方案,风窗内框包括平行设置的内框下板及内框上板,内框下板及内框上板的两端通过内框侧板相连,构成方形框体,内框侧板通过自攻螺钉与风窗外框进行固定,内框上板通过第一连接螺栓与风窗外框进行固定,内框下板通过第二连接螺栓与风窗外框进行固定。

进一步优选的技术方案,所述风叶包括页片,页片的一端设置有轴套,用于与风窗内框相连,页片的另一端设置有轴,轴上设置有摇柄。通过摇柄的转动实现对页片旋转角度的设置。

进一步优选的技术方案,所述风门由前后两道门体组成,正常通风情况下,两道门体间具有气路闭锁,实现进回风之间的有效隔离,一旦矿井发生火灾,数据采集器将相应的数据传输至服务器,通过服务器下发控制命令远程将两道风门全部打开,将烟流引入回风巷。

进一步优选的技术方案,所述风门包括底部基板,底部基板上设置有风门外框,风门外框的中部两侧对称设置有侧支脚,风门外框包括风门上板、风门下板、两个风门侧板,其中,风门下板与两个风门侧板之间的通过连接板A相连,风门上板与两个风门侧板之间的通过连接板B相连,风门外框内设置有两个门体,风门外框与门体之间设置有风门内框,其中一个风门侧板与一个门体之间设置有活页,门体上还设置有门把手及观察口,风门外框的风门上板设置有气缸支座,气缸支座与气缸的一端相连,气缸的另一端分别连接至驱动杆及从动杆,驱动杆驱动从动杆带动门体旋转开启或关闭。

进一步优选的技术方案,所述单叶式自动风窗安装在风门上方的两个矩形通道内,单叶式自动风窗用于控制风门的过风量,两道门体之间的风量信息传输至服务器,当风量数值小于设定值时,服务器下发控制命令给风窗控制器,风窗控制器调节单叶式自动风窗增大风量防止前后两道门体之间风量过小,造成瓦斯积聚。

进一步优选的技术方案,所述百叶式自动风窗包括百叶风窗本体,位置传感器、气动控制总成、红外传感器、风压传感器、风速传感器、灯光报警装置均连接至控制器,气动控制总成与百叶风窗本体连接。

进一步优选的技术方案,所述风门包括平衡门,气动控制总成、位置传感器、红外传感器、灯光报警装置均连接至风门控制用控制器,气动控制总成与气缸相连,气缸带动平衡门调节。

进一步优选的技术方案,所述数据采集器实现对井下风道内传感器设备信号的采集,其中井下风道内传感器设备包括风速传感器、风压传感器、甲烷传感器、温度传感器、烟雾传感器,上述传感器设备用于监测井下的环境参数,并实时传输至井上的服务器,通过上位机进行参数显示。

进一步优选的技术方案,井下每道风门均设有一个风门控制器对其的直接控制,一组门设有一个风门集中控制器,风门集中控制器实现对本组内各个门之间的联动控制,风门集中控制器通过485总线实现与数据中转控制器的通讯。

进一步优选的技术方案,每道风窗设有一个风窗控制器实现对其直接控制;风窗控制器通过485总线实现与数据中转控制器的通讯。

一种矿井风门风窗实时自动监测控制方法包括:

数据采集器实现对井下风道内风速、风压、温度、CH4、CO信号的采集,上述信号通过相应的数据传感器进行采集,数据采集器通过485总线实现与数据中转控制器的通讯;

数据中转控制器同风门集中控制器、风窗控制器、数据采集器之间通过485进行通讯;服务器和数据中转控制器之前通过网络进行通讯;

数据中转控制器实现对风窗信息、风门信息、传感器信息的汇集,通过网络上传给服务器,服务器计算得出采煤工作面需风量,并通过数据中转控制器转发给相应的控制器,实现相应的风窗、风门的控制。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

本发明实现矿井通风系统实时监测和控制,在地面上实时监测显示井下巷道的风流状态、远程控制井下的通风设施,准确进行风量调节,保证矿井通风系统安全可靠。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请的系统架构图;

图2为本申请的具体实施例子系统架构图;

图3(a)百叶风窗结构示意图;

图3(b)为图3(a)沿E-E剖视图;

图3(c)为图3(a)沿D-D剖视图;

图4(a)风窗内框结构示意正视图;

图4(b)风窗内框结构示意侧视图;

图5(a)风页结构示意图;

图5(b)摇柄安装结构示意图;

图6(a)自动风门结构示意图;

图6(b)自动风门驱动结构示意图;

图7为安装有风窗、风门结构示意图;

图中,1、底部基板,2、连接板A,3、风门内框,4、活页,5、侧支脚,6、风门外框,7、连接板B,8、观察口,9、门把手,10、从动杆,11、驱动杆,12、气缸,13、气缸支座,

1-1、风窗外框,1-2、左侧风叶,1-3、风窗内框,1-4、固定板,1-5、右侧风叶,1-6、连杆机构,1-7、驱动总成;

2-1、页片,2-2、轴套,2-3、摇柄,2-4、轴;

3-1、内框下板,3-2、内框侧板,3-3、自攻螺钉,3-4、第一连接螺栓,3-5、第二连接螺栓。

具体实施方式

应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请的一种典型的实施方式中,如图1所示,矿井自动风门风窗实时监测控制系统总体分为矿井自动风门、自动调节风窗、矿井通风实时监测控制器三部分组成。

本系统根据煤矿的实际情况,采用集散控制思想,即集中管理、分散控制,实现对煤矿通风系统进行有效的监控管理。分散控制,主要体现在:

1)每道门都有一个风门控制器对其的直接控制,一组门有一个风门集中控制器,风门集中控制器实现对本组内各个门之间的联动控制。风门集中控制器通过485总线实现与数据中转控制器的通讯。

2)每道风窗有一个风窗控制器实现对其直接控制;风窗控制器通过485总线实现与数据中转控制器的通讯。

3)数据采集器实现对风道内风速、风压、温度、CH4、CO等信号的采集。数据采集器通过485总线实现与数据中转控制器的通讯。

4)数据中转控制器实现对风窗信息、风门信息、传感器信息的汇集,通过网络上传给服务器,并接收服务器下发的指令,转发给相应的控制器,实现相应的控制。

数据中转控制器同风门集中控制器、风窗控制器、数据采集器之间通过485进行通讯;服务器和数据中转控制器之前通过网络进行通讯。可以根据现场的需要,在数据中转控制器上添加风门集中控制器、风窗控制器、数据采集器;一个服务器也可以管理多个数据中转控制器。

具体的硬件如图2所示,上位机安装在地面监控机房,实时监测和控制井下自动风门、风窗的运行状态:自动风门、风窗等风量调控设施作为执行机构安装在井下主要风量调节地点,用于实现风量精确调控:电控系统通过井下环网和气路与上位机软件和自动风门、风窗,即向上位机软件上传传感器和风门风窗的运行状态和监测数据,同时又向自动风门风窗传输上位机软件的决策命令,迸行风量的远程精确调控。

自动百叶式调节风窗安装于回风巷道内,能够通过上位机软件远程发布命令以压缩空气为动力,通过窗叶的角度变化完成过风断面的快速精确调节,同时风窗的状态信息能够实时监测。另外还可以利用摇把手动调节过风面积。装置由气动控制百叶风窗、执行机构、控制系统及传感器组成。

自动百叶式调节风窗:能够防止非通风技术人员误操作,造成风窗面积变化;活动窗扇四周,及行人小门均设置密封条,实现风量的可靠控制。设置U型水柱计和刻度盘实现过风面积和压差的直观量示;风窗可配合电控系统及上位机软件实现风量的远程精确控制;风量远程自动调节时间小于10s;摄像机实时监控风门状态。

自动控制风门装置主要安装在进回风巷之间的联络巷或回风顺槽端头,由前后两道门体组成。正常通风情况下,两道风门间具有气路闭锁,密封良好,实现进回风之间的有效隔离。一旦矿井发生火灾,可以通过上位机软件,远程将两道风门全部打开,将烟流引入回风巷。装置由气动控制风门、执行机构、控制系统及传感器组成。

在电路设计上采用高智能型电脑芯片,电路结构简单、工作可靠,从而实现多种用途的自动控制。具有远程监控及上位机控制;485通讯串口可以通过井下以太网与上位机通讯;液晶显示双色背光(区分风门开闭状态),时钟、各种参数、故障报警;内置无线接收模块可远距离遥控开门配有遥控器;并预留温度、烟雾、粉尘浓度及风速测量接口;风门自动启闭时间可调并且风门的关闭时间分两次完成。

自动控制风门装置功能及特点,显示功能;本装置能准确显示风门的“开”“关”两种状态颜色。闭锁功能:A门和B门不能同时打开。手动功能:当按下A门按钮时候A门打开,当按下B门按钮时B门打开。自动功能:当A门传感器检测到人员通过时A门自动打开,当B门传感器检测到人员通过时B门自动打开,A门和B门不能同时打开。遥控器参数设置;设置关门时间(10-300S)可调。摄像机实时监控风门状态。

自动单页式调节风窗主要配合自动控制风门一起使用,用于控制风门的过风量,防止前后两道凤门之间风量过小,造成瓦斯积聚。单页式自动风窗安装在自动风门上方的两个矩形通道内,能够防止非通风技术人员误操作,造成风窗面积变化;活动窗扇四周设置密封条,实现风量的可靠控制;设置U型水柱计和刻度盘实现过风面积和压差的直观量示;风窗可配合电控系统及上位机软件实现风量的远程精确控制;风量远程自动调节时间小于10s;摄像机实时监控风门状态。

使用计算机作为控主机,ZMK127-Z矿用隔爆兼本安型风门控制用电控装置主控箱主要用于煤矿井下的风门自动化控制、风窗自动化控制、风量智能化调节系统,采用专用CPU作为核心设备,具有较强的适用性、可扩展性、高可靠性和强大的通讯能力。

主机内部的输入和输出信号之间有可靠的隔离措施,从而确保与各种类型传感器、执行器、各种设备电控回路的连接和匹配之间更加灵活、通用。

主要技术参数:供电电压:AC127V;本安参数:Uo:18.7VDC;Io:760m A;Co:0.1μF;Lo:0.1mH。

主要功能:自动风窗过风面积及风量监测控制。风门的自动控制及监控。瓦斯、风压、温度、风速风量等实时监测。采用摄像机远程监控。风窗可根据设置的过风面积自动调节通风量。

矿并通风井上监控系统不仅仅是上位机软件,同时具有矿井通风网络实时监测、数据永久存储管理,通风设施远程精确控制等功能,具有安全性与可靠性分析等核心功能,以及误差分析、数据分析、数据管理等辅助功能,为矿并通风系统科学管理提供有效的技术手段。

矿用自动风门风窗监控系统作为矿井通风智能决策与远程控制系统的子系统,可以单独使用。

技术参数:可安风量精测装置;矿井通风智能决策方案响应时间小于120s;风量精测装置测风误差不大于5%;主要回巷风量模拟准确率大于95%。

本申请根据井下布置的温度传感器、甲烷传感器、风速传感器、CO传感器、压力传感器实时监测的数据,通过网络传输到上位机,上位机根据通风专业计算公式等得出采煤工作面需风量,同时向下位机控制柜发送控制指令,控制柜调节百叶风窗开启大小,已达到风量需求,从而实现合理配风的要求。

在具体实施时,本申请中百叶风窗结构如图3(a)-图3(c)所示,百叶风窗包括设置在左侧的一组左侧风叶1-2及设置在右侧的一组右侧风叶1-5,左侧风叶及右侧风叶由驱动总成1-7驱动,左侧风叶及右侧风叶设置在风窗外框内,风窗外框与风叶之间还设置有风窗内框1-3,左侧风叶及右侧风叶通过固定板1-4固定在风窗外框1-1上,左侧风叶及右侧风叶通过连杆机构1-6、相连。

其中,风窗内框的具体结构如图4(a)-图4(b)所示,包括平行设置的内框下板3-1及内框上板,内框下板及内框上板的两端通过内框侧板3-2相连,构成方形框体,内框侧板通过自攻螺钉3-3与风窗外框进行固定,内框上板通过第一连接螺栓3-4与风窗外框进行固定,内框下板通过第二连接螺栓3-5与风窗外框进行固定。

风叶的具体结构如图5(a)-图5(b)所示,包括页片,页片的一端设置有轴套,用于与风窗内框相连,页片的另一端设置有轴,轴上设置有摇柄。通过摇柄的转动实现对页片旋转角度的设置。

本申请中自动风门如图6(a)-图6(b)所示,包括底部基板1,底部基板上设置有风门外框6,风门外框的中部两侧对称设置有侧支脚5,风门外框包括风门上板、风门下板、两个风门侧板,其中,风门下板与两个风门侧板之间的通过连接板A2相连,风门上板与两个风门侧板之间的通过连接板B7相连,风门外框内设置有两个门体,风门外框与门体之间设置有风门内框3,其中一个风门侧板与一个门体之间设置有活页4,门体上还设置有门把手9及观察口8,风门外框的风门上板设置有气缸支座,气缸支座13与气缸12的一端相连,气缸的另一端分别连接至驱动杆及从动杆10,驱动杆11驱动从动杆带动门体旋转开启或关闭。风门外框采用矩钢,内框和门骨架采用方钢,所有的连接部位采用M16螺栓连接。

本申请的风门及风窗安装示意图如图7所示。

王楼煤矿13307工作面自动风门风窗监控系统可行性分析。

目前王楼矿通风参数的监测、通风网络中风量分配与调节主要通过人工操作完成。人工进行通风监测、风量调配稳定性差且效率低、增加了人力成本及能耗、物耗,而且无法同步实时、动态地调节全矿井通风系统。特别在矿井发生灾变的情况下无法实现远程控制,不能及时有效的进行应对,情况严重时可造成通风紊乱、灾害扩大。王楼煤矿开展的矿井通风智能决策与远程控制系统通过对通风系统进行智能化、信息化控制,根据现场情况,实现对通风网络的实时、动态监测及合理、可靠调整。

本项目以13307工作面为例,通过构筑智能化通风设施,实现通风设施的智能化控制。

目前正在施工13307两顺槽,工作面生产期间采用下行通风,工作面新鲜风流三采轨道下山-13313车场-13307上顺槽联络巷-13307上顺槽-13307工作面-13307下顺槽-13305煤仓联络巷-13305回风联络巷三采胶带下山。根据现场条件,选择13313轨顺车场(地点1)、13305煤仓联络巷(地点2)、13305回风联络巷(地点3)三处地点做为待选地点。通过对三处待选地点优缺点进行分析,确定最优方案。

地点1处构筑智能通风设施分析:

优点:①物料运输方便;②有构筑通风设施空间;

缺点;①13307工作面后期安装期间,支架等大型设备从13313车场经13307上顺槽运送至13307工作面,受巷道高度及宽度的影响,需要将13313车场通风设施拆除,待工作面安装完成后,才可恢复地点1处通风设施,浪费大量人力、物力;②在进风侧安设通风设施,会人为增大矿井通风阻力。

地点2处构筑智能通风设施分析:

优点;①有构筑通风设施空间;②在回风侧安设调节通风设施,通风系统易于调节;③顶帮较完整。

缺点:该地点皮带运输,需骑跨在皮带上构筑通风设施。

地点3处构筑智能通风设施分析:

优点:①在回风侧安设调节通风设施,通风系统易于调节。

缺点:①该处空间有限,安设通风设施需扩帮,工程量大,工期长;②该段巷道帮部巷道有5m范围开裂,需进行帮部巷修;③13305回风联络巷距133305煤仓距离较近,经实测,13305回风联络巷风门距13305煤仓中点距离为2.5m,在该地点进行扩帮,可能损坏煤仓,影响煤仓使用寿命。

经上分析,在13313车场处构筑通风设施,虽然物料运输比较简单,但后期工作面安装期间需要拆除、恢复通风设施,影响通风系统稳定;13305煤仓联络巷(地点2)处构筑通风设施,虽然受皮带运输影响,但该地点顶帮较完整,有足够的施工空间,技术可行,安全性。高;13305回风联络巷(地点3)处构筑通风设施,施工空间不够,顶帮开裂,需进行扩巷修,工期长、成本高。另外,考虑到该地点与13305煤仓位置关系,扩修可能损坏煤仓。

从经济、安全和施工周期分析,选择在13305煤仓联络巷构筑通风设施。

智能通风设施构筑方案:风门类型:选择宽×高为16mX1.8m单扇风门,共2扇。

地点选择:经现场实测,第一道风门在13305煤仓联络巷,距1305回风联络巷上口9m位置:第二道风门在第一道风门上风侧,两风门相距10m。

风窗选择:考虑到13307工作面生产必须满足需风量,在风门上方留设长宽为25mx0.5m的智能调节风窗,该风窗采用百叶窗式,百叶窗叶片可上下360°°翻转,可根据工作面风量大小实现智能控制百叶窗叶片翻转角度。13307工作面安装完成后,根据现场情况对该通风系统进行调整,一是拆除13313车场风门;二是在13305轨胶联络巷构筑两组风门,确保133307工作面风门满足要求。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

再多了解一些
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