通风机在煤矿通风系统中的运行方式优化研究

机械管理开发

MECHANICALMANAGEMENTAND

DEVELOPMENT

Total185No.9，2018

DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1134/th.2018.09.114

通风机在煤矿通风系统中的运行方式优化研究

陈文军

（山西平舒煤业有限公司，山西

摘

晋中045400）

要：在分析现有通风机运行方式优缺点的基础上提出了一种新的基于模糊控制与变频控制技术的通风机

既可运行优化方案。该方案可根据煤矿井下瓦斯等有害气体的浓度情况和井下生产情况自动调节风机的运行，确保煤矿井下的安全生产又能实现大幅节能，为煤矿的安全生产和节能提供了一种新的方式。关键词：通风机

自动调节

模糊控制

节能

文章编号：（2018）1003-773X09-0265-02

中图分类号：TD355

文献标识码：A

引言

瓦斯爆炸事故发生的主要原因是通风不足引起

目前大的瓦斯浓度超标，为确保通风机的通风效果，

多数煤矿采用的是尽可能加大通风机的数量，以大转速连续不断的运行，来确保对井下巷道内有毒有

因通风机数害气体的稀释效果，确保煤矿安全生产。

量多，耗能高，目前所采用的通风机运行方式虽然能确保对井下的通风效果，但耗能巨大，完全不符合目前我国大力推行的节能减排要求[1]。1通风机模糊与变频控制系统

如图1所示，整个控制系统主要包括瓦斯浓度

系统传感器、模糊判断模块及PLC终端控制模块，

处于正常工作状态时，瓦斯浓度传感器实时监测巷道内的瓦斯气体的实际浓度，然后将监测到的瓦斯浓度与系统内预先设定的瓦斯浓度给定值进行对比，根据预设的计算公式可求出瓦斯浓度的偏差改变率，根据对比结果，系统按预设的模糊量计算公

然后根据人工的实际工作式，计算出其模糊变化量，

经验值得出实际所需的调节值[2-3]，控制系统将此计算的调节数值通过连接器传递到PLC终端控制模块的信息输入端，调节控制器根据输入的调节信号，控制系统电源的工作频率，最终改变通风机的运行转速，以达到精确控制通风量的目的。

我们主要通过PLC终端控在上述控制系统中，

制模块来完成对巷道内实时采集到的瓦斯浓度数值进行一级处理及储存，根据控制要求将相关信号转换为控制信号并控制对应的报警装置和设备进行相

在PLC控制终端，关操作，系统操作人员可以通过

输入、设定显示屏幕对控制系统进行控制参数修订、

关键控制值域，当系统发生故障时自动发出报警并

收稿日期：2018-02-26

（1974—）作者简介：陈文军，男，本科，毕业于太原理工大学通风研与安全专业，助理工程师，现就职于山西平舒煤业有限公司，究方向为煤矿通风与安全。

瓦斯浓度给定值瓦斯浓度模糊判断模块PLC控制模块~变频控制单元故障监测模块电流信号放大器通风机瓦斯浓度监测仪瓦斯传感器图1通风机模糊与变频控制系统结构示意图

控制系统进行闭锁故障处理。

2瓦斯浓度检测与通风量关系模型

矿井通风与瓦斯浓度监测系统受各种因素制约和影响较大，极难对其进行准确的判断，而模糊控制理论为解决这一难题提供了一个切实可行的方案，根据该控制系统的目的，其控制的对象是井下通风

，而需要被控制的对象则机的运行方式（系统风量）

的浓度，在实际控制中，位是巷道内有害气体（瓦斯）

于巷道内的瓦斯浓度传感器将实时监测到的瓦斯浓

与度信号经过转换后传输到PLC终端控制单元[4]，

系统设定值进行对比并经模糊控制算法计算和修正后得出巷道内需要的风量，再经模糊控制算法修正后得出需要调节的电机转速和电流频率，通过不间断的调节控制，确保矿井巷道内的有害气体含量保持在安全值以下，当巷道内有害气体的含量超过系统设定的值域时，系统会根据预先设定的模糊判断逻辑，判断出危险的存在，及时发出危险报警信号，

这样既可实现风机运行的同时，将风机的电机闭锁，

弹性调节，避免风机长期的恒定运行造成的资源极

其瓦斯大浪费，又可保证煤矿巷道内的有效通风量，

浓度模糊控制的原理如下页图2所示。3模糊控制结构选择

从理论上来说，模糊控制的维数越高其控制精度越高，控制效果越好，但是维数越高其运算结构越

转换周期越长[5]，复杂，所需要的计算、对外界的反

为了确保所应能力越滞后，因此在综合对比分析后，

获得的模糊修正结果尽可能的接近实际情况，且能

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第33卷

瓦斯浓度给定值计算偏差变化模糊量化处理模糊推理决策模糊最终判断变频器局部风机瓦斯浓度监测仪开始运行NY是否报警瓦斯传感器Y停止风机报警图2瓦斯浓度模糊控制原理示意图

N瓦斯超下限Y满足快速响应效果和具有较高的复杂环境适应能力，我们采用了二级模糊控制结构，该结构的输入变量为巷道内瓦斯浓度的实际测量数值与系统设定的瓦斯浓度的给定期望值之偏差及偏差的动态变化率，其输出的信号为控制风机系统运作的电动机调制比。模糊控制结构如图3、图4、图5所示：

E一维模糊控制单元U系统停止工作变频运行N瓦斯超上限NY超上限报警最高速运行是否结束图3一维单变量模糊控制结构示意图

EEc三维模糊控制END图6系统控制流程图

d/dt图4二维单变量模糊控制结构示意图

EEcd/dtEcc三维模糊控制风系统运行方式，可根据煤矿井下瓦斯等有害气体的浓度情况和井下生产情况自动调节风机的运行，既可确保煤矿井下的安全生产又能实现大幅节能，

具为煤矿的安全生产和节能提供了一种新的方式，

有巨大的社会和经济效益。

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苏文叔.我国煤矿瓦斯灾害防治对策[J].矿业胡千庭，蒋时才，安全与环保，2000（12）：22-25.

d/dt图5三维单变量模糊控制结构示意图

井下通风系统控制流程

煤矿井下通风控制系统的控制流程如图6所示，在控制系统工作时安装图示的逻辑控制方式对整个煤矿巷道内的瓦斯浓度监测、信息传递、逻辑判断、系统执行等。5结论

本文提出的新型的基于模糊控制的煤矿井下通4

（编辑：苑化军）

StudyonOptimizationofOperationModeofFaninCoalMine

VentilationSystem

ChenWenjun

（ShanxiPingshuCoalIndustryCo.,Ltd.,JinzhongShanxi045400）

Abstract:Basedontheanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesoftheexistingfanoperationmodes,anewoptimizationschemeoffanoperationbasedonfuzzycontrolandfrequencyconversioncontroltechnologyisproposed.Itcanautomaticallyregulatetheoperationoffanaccordingtotheconcentrationofgasandotherharmfulgasesincoalmineandundergroundproduction,whichcannotonlyensurethesafeproductionofundergroundcoalmine,butalsorealizealargeamountofenergysaving.Itprovidesanewwayforcoalmineproductionsafetyandenergysaving.Keywords:ventilator;automaticregulation;fuzzycontrol;energysaving