基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统及其方法，该系统包括有害组分净化单元、净化后气体组分传感器、风门、混合后气体组分传感器、风门控制单元、监测与控制计算机和通风网络模拟计算机，有害组分净化单元对矿井回风气体进行净化，净化后气体组分传感器和混合后气体组分传感器分别检测净化后回风中的有害组分气体浓度和混合风中有害组分气体浓度，风门控制单元根据监测与控制计算机的控制信号控制风门的开关和开放角度，实现新鲜入风与净化后回风按可控比例进行混合，通风网络模拟计算机和监测与控制计算机通过监测各个有害组分气体浓度值的大小，实现对有害组分净化单元工作状态的监测和风门开关大小进行调控。

【技术实现步骤摘要】
基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统及其方法
本专利技术属于矿井通风与节能领域，具体涉及基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统及其方法。
技术介绍
井下矿山开采是特殊的作业环境，为保证职工的身体健康，实现舒适、安全的高效开采，良好的通风是必须的。通风把新鲜的空气送入井下，不仅带走放炮、开采过程散发出的有害污染物，如氮氧化物、硫化氢、硫氧化物、一氧化碳、二氧化碳等，而且还带走井下过多的热量、预防热害，为井下人员提供良好的作业环境。通风已成为矿井作业人员的生命线。通风过程会消耗能量，而且随着矿井通风距离延长或矿井深度增大，摩擦阻力也大幅增加，通风占采矿成本的比例显著增加。科学合理的降低通风成本，一直是矿山追求的目标。测试和研究表明，井下回风除了集中放炮时间段高浓度炮烟危害极大外，大部分时间内空气中有害组分的含量不高，如果在井下对其进行净化后，按照一定的比例与新鲜风进行混合，能使空气中组分满足标准要求，更重要的是避免了直接从地面长距离送入大量的风至井下，具有良好的节能效果。在实施可控循环风中，关键点在于对风流质量的控制，既要保证风流质量满足要求，又要保证最大限度的节能。就需要对风流中气体组分进行在线监测，并通过地面远程可控风门对参与混合的循环风比例进行调整，在安全的前提下最大限度的实现节能。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统及其方法。本专利技术技术方案如下：基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统，包括有害组分净化单元、净化后气体组分传感器、风门、混合后气体组分传感器、风门控制单元、监测与控制计算机和通风网络模拟计算机。所述的有害组分净化单元设置于井下连通入风巷和回风巷的回风净化巷道内，净化后气体组分传感器设置于有害组分净化单元所在回风净化巷道内的气体流动方向的下风侧，风门设置于有害组分净化单元所在回风净化巷道的新鲜入风与净化后回风交汇的巷道口，混合后气体组分传感器设置于混合风所在的入风巷内，风门控制单元设置于入风巷内；所述的净化后气体组分传感器和混合后气体组分传感器通过线缆连接监测与控制计算机，风门通过线缆与风门控制单元连接，风门控制单元通过线缆连接监测与控制计算机，监测与控制计算机通过网络与通风网络模拟计算机进行通讯。所述的有害组分净化单元，用于根据巷道回风中有害组分的不同，对矿井回风气体进行净化。所述的有害组分净化单元通过采用喷水吸收的方法、喷化学药剂水溶液吸收的方法、活性炭吸附的方法或者活性白土吸附的方法，实现对矿井回风气体进行净化。所述的有害组分净化单元可净化去除的气体包括二氧化硫、三氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳。所述的净化后气体组分传感器，用于实时检测经过有害组分净化单元的净化后回风中的有害组分气体浓度，并将净化后回风中的有害组分气体浓度的信号传输至监测与控制计算机。所述的混合后气体组分传感器，用于实时检测新鲜入风与净化后回风混合后的混合风中有害组分气体浓度，并将混合风中的有害组分气体浓度的信号传输至监测与控制计算机。所述的净化后气体组分传感器和混合后气体组分传感器均选用与矿井内有害组分气体对应的气体浓度传感器。所述的风门，用于由风门控制单元控制其开关，实现新鲜入风与净化后回风按可控比例进行混合；风门采用带电动转轴的钢板。所述的风门控制单元，用于根据监测与控制计算机的控制信号控制风门的开关和开放角度；风门控制单元，采用PLC或D/A转换电路实现对风门开关的控制和开放角度的调整。所述的监测与控制计算机，用于读取净化后回风中的有害组分气体浓度的信号和混合风中的有害组分气体浓度的信号，并将其转换为数字信号，显示净化后回风中的有害组分气体浓度值和混合风中的有害组分气体浓度值，通过监测净化后回风中的有害组分气体浓度值的大小，实现对有害组分净化单元工作状态的监测，通过判断混合风中的有害组分气体浓度值的大小，对风门开关大小进行调控，使混合后的有害组分气体浓度值介于有害气体组分上限阈值和有害气体组分下限阈值之间，并通过网络将净化后回风中的有害组分气体浓度值和混合风中的有害组分气体浓度值传输至通风网络模拟计算机；所述的通风网络模拟计算机，用于显示通风模拟画面，同时在通风模拟画面相应位置显示混合后的有害组分气体浓度值和净化后的有害组分气体浓度值，当混合后的有害组分气体浓度值和净化后的有害组分气体浓度值超过有害气体组分上限阈值时，进行报警。采用基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统的方法，包括以下步骤：步骤1：矿井在放炮结束且炮烟通过回风排净以后，监测与控制计算机通过风门控制单元控制风门打开，有害组分净化单元对矿井回风气体进行净化；步骤2：净化后气体组分传感器实时检测经过有害组分净化单元净化后回风中的有害组分气体浓度，并将净化后回风中的有害组分气体浓度的信号传输至监测与控制计算机；步骤3：混合后气体组分传感器实时检测新鲜入风与净化后回风混合后的混合风的中有害组分气体浓度，并将混合风中的有害组分气体浓度的信号传输至监测与控制计算机；步骤4：监测与控制计算机显示净化后的有害组分气体浓度值和混合风中的有害组分气体浓度值，通过网络传输至通风网络模拟计算机，通风网络模拟计算机在通风模拟画面相应位置显示净化后的有害组分气体浓度值和混合风中的有害组分气体浓度值；步骤5：监测与控制计算机判断净化后的有害组分气体浓度值是否超过有害气体组分上限阈值，若是，则有害组分净化单元工作出现故障，监测与控制计算机和通风网络模拟计算机进行报警，否则，执行步骤6；步骤6：监测与控制计算机通过判断混合风中的有害组分气体浓度值的大小，对风门开关大小进行调控，使混合后的有害组分气体浓度值介于有害气体组分上限阈值和有害气体组分下限阈值之间，将混合风送入主工作面巷道。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统及其方法，在矿井下通过对回风中有害组分的净化，并使之与新鲜入风按比例混合实现对风流的循环利用，通过对风流质量的监测和风门调控，不仅保证了风流质量和井下安全，而且避免了矿井大风量的长距离输送，大大降低通风成本，实现节能。附图说明图1为本专利技术具体实施方式的基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统示意图；其中，1-有害组分净化单元，2-净化后气体组分传感器，3-风门，4-混合后气体组分传感器，5-风门控制单元，6-监测与控制计算机，7-通风网络模拟计算机，8-新鲜入风，9-回风，10-净化后回风，11-混合风，12-入风巷，13-回风巷，14-主工作面巷道，15-回风净化巷道；图2为本专利技术具体实施方式的基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统的结构框图；图3为本专利技术具体实施方式的基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警方法的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式加以详细的说明。基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统，如图1所示，包括有害组分净化单元1、净化后气体组分传感器2、风门3、混合后气体组分传感器4、风门控制单元5、监测与控制计算机6和通风网络模拟计算机7。有害组分净化单元1设置于井下连通入风巷12和回风巷13的回风净化巷道15内，净化后气体组分传感器2设置于有害组分净化单元1所在回风净化巷道15本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统，其特征在于，包括有害组分净化单元、净化后气体组分传感器、风门、混合后气体组分传感器、风门控制单元、监测与控制计算机和通风网络模拟计算机；所述的有害组分净化单元设置于井下连通入风巷和回风巷的回风净化巷道内，净化后气体组分传感器设置于有害组分净化单元所在回风净化巷道内的气体流动方向的下风侧，风门设置于有害组分净化单元所在回风净化巷道的新鲜入风与净化后回风交汇的巷道口，混合后气体组分传感器设置于混合风所在的入风巷内，风门控制单元设置于入风巷内；所述的净化后气体组分传感器和混合后气体组分传感器通过线缆连接监测与控制计算机，风门通过线缆与风门控制单元连接，风门控制单元通过线缆连接监测与控制计算机，监测与控制计算机通过网络与通风网络模拟计算机进行通讯。

【技术特征摘要】
1.基于可控循环风的矿井风流质量监控与报警系统，包括有害组分净化单元和风门，其特征在于，还包括净化后气体组分传感器、混合后气体组分传感器、风门控制单元、监测与控制计算机和通风网络模拟计算机；所述的有害组分净化单元设置于井下连通入风巷和回风巷的回风净化巷道内，净化后气体组分传感器设置于有害组分净化单元所在回风净化巷道内的气体流动方向的下风侧，风门设置于有害组分净化单元所在回风净化巷道的新鲜入风与净化后回风交汇的巷道口，混合后气体组分传感器设置于混合风所在的入风巷内，风门控制单元设置于入风巷内；所述的净化后气体组分传感器和混合后气体组分传感器通过线缆连接监测与控制计算机，风门通过线缆与风门控制单元连接，风门控制单元通过线缆连接监测与控制计算机，监测与控制计算机通过网络与通风网络模拟计算机进行通讯；所述的有害组分净化单元，用于根据巷道回风中有害组分的不同，对矿井回风气体进行净化；所述的净化后气体组分传感器，用于实时检测经过有害组分净化单元的净化后回风中的有害组分气体浓度，并将净化后回风中的有害组分气体浓度的信号传输至监测与控制计算机；所述的混合后气体组分传感器，用于实时检测新鲜入风与净化后回风混合后的混合风中有害组分气体浓度，并将混合风中的有害组分气体浓度的信号传输至监测与控制计算机；所述的风门，用于由风门控制单元控制其开关，实现新鲜入风与净化后回风按可控比例进行混合；所述的风门控制单元，用于根据监测与控制计算机的控制信号控制风门的开关和开放角度；所述的监测与控制计算机，用于读取净化后回风中的有害组分气体浓度的信号和混合风中的有害组分气体浓度的信号，并将其转换为数字信号，显示净化后回风中的有害组分气体浓度值和混合风中的有害组分气体浓度值，通过监测净化后回风中的有害组分气体浓度值的大小，实现对有害组分净化单元工作状态的监测通过判断混合风中的有害组分气体浓度值的大小，对风门开关大小进行调控，使混合后的有害组分气体浓度值介于有害气体组分上限阈值和有害气体组分下限阈值之间，并通过网络将净化后回风中的有害组分气体浓度值和混合风中的有害组分气体浓度值传输至通风网络模拟计算机；所述的通风网络模拟计算机，用于显示通风模拟画面，同时在通风模拟画面相应位置显示混合后的有害组分气体浓度值和净化后的有害组分气体浓度值，当混合后的有害组分气体浓度值和净化后的有害组分气体浓度值超过有害气体组分上限阈值时，进行报警。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳静献，石长岩，王国利，常德强，黄明然，张柬，姜洪波，张合君，毛宁，许大鹏，宫锐，赵兴柱，郑飞，张国军，孟庆贺，孙熙，
申请(专利权)人：中国有色集团抚顺红透山矿业有限公司，东北大学，沈阳有色冶金设计研究院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21