一种煤矿通风参数智能化监测调控装置及其控制方法制造方法及图纸

一种煤矿通风参数智能化监测调控装置及其控制方法，由地面监控中心、工业以太网通信系统、地面风机变频监控系统和井下风网监控系统组成；地面监控中心由PLC控制器组成的中心站和服务器组成；工业以太网通信系统由光纤网络、以太网模块与交换机组成；风机变频监控系统由风机工况监测传感器、监控分站和变频控制组件组成；井下风网监控系统由通风与环境参数监测传感器、监控分站和通风设施监控装置组成。在系统应用中，需确定最小余数分支并监测其风量，分析风网结构特征建立元胞自动机模型，计算出最佳关联分支风阻调节方案；根据分支需风量迭代解算出风网总需风量，在风机特性曲线库中查找所需的运行频率，通过风网解算超前验证预期的调节结果。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿通风参数智能化监测调控装置及其控制方法
本专利技术属于煤矿通风系统智能监控领域，尤其涉及一种煤矿通风参数智能化监测调控装置及其控制方法。
技术介绍
矿井通风系统是煤矿生产基本系统之一，负有向井下工作地点送入充足的新鲜空气，稀释与排出井下有毒有害气体、粉尘和热湿等任务，它由通风方式所决定的井巷通风网络、驱动风流的主要通风机以及控制风流的通风构筑物所组成。设置合理的矿井通风系统风流基础参数是保障矿井安全生产、改善井下人员劳动安全健康条件和防灾抗灾的最重要环节。为了保证通风系统能够安全、稳定、经济地运行，技术管理人员需要及时获得巷道风量、巷道通风阻力分布、主要通风机运行工况等通风基础参数，为矿井通风系统管理和决策提供依据。然而，矿井通风系统参数随着矿井采掘工程接替实时动态变化，采用人工测量通风参数的工作量十分巨大，并且很难实时准确地获得矿井通风系统通风参数的实际值，使得通风管理人员很难及时察觉系统的安全隐患，影响应对措施的制定，从而增大隐患转向事故的机率。采用人工测定法的测量成本和实施难度较大，且无法实现通风网络风流参数实时动态测定的要求，随着矿井安全监控系统的发展，很容易通过监测系统获得巷道的实时风量。可通过风速传感器监测得到巷道的风速，进而得到对应巷道的风量。根据国家煤矿安全监察局历年事故数据统计情况来看，煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中，绝大多数是瓦斯爆炸，并且煤矿瓦斯爆炸事故造成的重大伤亡事故占到整个煤炭行业重大伤亡事故的70%以上。针对这种情况，近年来我国政府加大了瓦斯治理力度，有效的控制了瓦斯事故的发生，但瓦斯治理面临的问题依然严峻，加强瓦斯浓度的实时监测监控十分重要。瓦斯异常涌出是诱发瓦斯事故的最主要因素，瓦斯异常涌出往往会导致瓦斯涌出量的显著增加，造成瓦斯浓度高于安全规定值，影响生产正常进行易造成事故。如果不及时处理超限的瓦斯，在一定的条件下可能会造成瓦斯爆炸、瓦斯燃烧等灾害。解决矿井通风巷道瓦斯浓度超限的问题，通常最主要的方法就是增加风量稀释瓦斯。随着自动化技术和变频技术的发展，在传统技术的基础上，可以建立智能化风量调节和管理系统，将监测系统与计算机技术、PLC控制技术、变频技术等有机的结合到一起，通过监测到的相关通风参数和瓦斯浓度等信息反馈给调控中枢，及时发现产生异常情况的原因，适时进行有效的调节，以达到最短的时间内稀释瓦斯至安全范围的目的。同时实时动态监测一氧化碳的浓度，以提高矿井的安全性和可靠性。通风网络风量的自动控制对矿井正常生产与抢险救灾具有十分重要的意义，且具有重要的应用价值。我国目前大多数矿井的通风控制还是通过人工进行操作，虽然有些矿井已安装了可远距离控制的遥控风门，但主要目的是在发生灾变时能够迅速实现局部反风。随着变频技术的高速发展，将变频技术应用到风机转速的调节优势明显，通过调节风机的转速即可调节风机的风量等工况参数。变频器对风机的控制具有节能和快速改变风机工况的优点，因此变频风机的推广势在必行。井下风量的控制主要依据矿井主要通风机工况点的调节，其原理是将变频器的控制系统和瓦斯监测系统相结合，当井下瓦斯浓度逐渐增大时，视绝对瓦斯涌出量的大小调整井下的供风量。监控系统可以实时控制变频器，通过变频器进行风量调节。对由变频器控制的通风机进行调速后，风机的风量增大，可以冲淡瓦斯，防止发生瓦斯事故。将变频器与控制系统连接，建立相应的监控系统，变频器视瓦斯浓度大小，实时调节变频器频率，进而改变通风机频率，改变风机风量。同时，在某一风网分支发生瓦斯超限时，也可以通过调节关联分支风阻以增加异常分支的风量，从而稀释异常分支的瓦斯，生产接替过程中通风系统结构变化具有一定的计划性，但是有毒有害气体涌出等灾害性事故具有随机性和突发性，二者会导致分支风量大小甚至风流方向发生改变。针对不同条件下的分支需风量变化，分析主要通风机变频和分支风阻调节方法，建立需风量调节理论模型，研究调节过程中通风系统稳定性检验方法和超前模拟判断技术，保障需风量调节过程中通风系统的稳定性。为避免我国煤矿重特大事故的发生，扭转我国煤矿事故频发的局面，同时适应煤炭市场经济发展的需求，高产高效集约化矿井建设是中国煤炭发展的必然趋势，集约化矿井通风系统异常的智能化调控理论与技术成为提高通风系统防灾抗灾能力研究的重点方向。传统的变频器调节是阶段性调节，且并未建立智能化风量调节和管理系统；传统的关联分支风阻调节多数选用人工调节或者机械自动化调节，并未形成全风网系统的智能化统筹调节。
技术实现思路
：本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
的不足提供了一种方法简便，灵敏度高，使用效果好的煤矿通风参数智能化监测调控装置及其控制方，将煤矿监测监控系统与计算机技术、PLC控制技术、风机变频调控技术、调节分支的优化选择算法、智能化软件开发等多个领域知识有机结合到一起，实现了既可实时监测煤矿井下的通风参数、通风设施状态、地面风机运行参数，也可根据参数数值的变化判断出通风异常并计算出异常分支的需风量，通过智能化调节风机运行频率或者关联分支风阻、或者两种方法联合调节达到异常分支需风量的要求。煤矿风网参数智能调控装置实时监测监控通风参数及环境参数并实现整个通风系统的智能化调控，可以有效防治各类通风异常导致的灾害事故。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案一种煤矿通风参数智能化监测调控装置，包含地面监控中心、工业以太网通信系统、地面风机变频监控系统和井下风网监控系统；其中，井下风网监控系统，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，对通风设施的状态进行监测与调控；地面风机变频监控系统，用于实时监测地面风机的运行工况参数，完成对风机运行频率的调控；工业以太网通信系统，用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、风机的运行工况参数、通风设施的状态参数以及地面监控中心的控制指令进行传输；地面监控中心，用于实时监控整个煤矿通风网络的运行参数，通风异常时，获取排除通风异常的调节方案。作为本专利技术一种煤矿通风参数智能化监测调控装置的进一步优选方案，所述井下风网监控系统包括井下监控分站、通风参数监测模块、环境参数采集模块和通风设施控制模块；井下监控分站，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，对通风设施进行监控与调节；通风参数监测模块，用于实时监测井下通风网络分支的通风参数，所述通风参数包括风速、风压、干湿空气温度；环境参数采集模块，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数，所述环境参数包含CH4浓度、CO浓度、O2浓度、CO2浓度和温度；通风设施控制模块，用于井下通风网络分支中通风设施的状态调节与控制。作为本专利技术一种煤矿通风参数智能化监测调控装置的进一步优选方案，所述地面风机变频监控系统包含风机运行工况监测传感器、监控分站和变频控制组件，风机运行工况监测传感器，用于实时采集风机的运行工况参数；所述运行工况参数包括：风量、温度、大气压、负压、全压、差压、转速、轴温传感器，电流、电压、功率、效率；监控分站，用于实时监测风机的运行工况参数；变频控制组件，用于调控风机的运行频率。作为本专利技术一种煤矿通风参数智能化监测调控装置的进一步优选方案，所述地面监控中心包含PLC控制器、以太网通信模块、通风参数显示终端和服务器；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤矿通风参数智能化监测调控装置，其特征在于：包含地面监控中心、工业以太网通信系统、地面风机变频监控系统和井下风网监控系统；其中，井下风网监控系统，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，对通风设施的状态进行监测与调控；地面风机变频监控系统，用于实时监测地面风机的运行工况参数，完成对风机运行频率的调控；工业以太网通信系统，用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、风机的运行工况参数、通风设施的状态参数以及地面监控中心的控制指令进行传输；地面监控中心，用于实时监控整个煤矿通风网络的运行参数，通风异常时，获取排除通风异常的调节方案。

【技术特征摘要】
1.一种煤矿通风参数智能化监测调控装置，其特征在于：包含地面监控中心、工业以太网通信系统、地面风机变频监控系统和井下风网监控系统；其中，井下风网监控系统，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，对通风设施的状态进行监测与调控；地面风机变频监控系统，用于实时监测地面风机的运行工况参数，完成对风机运行频率的调控；工业以太网通信系统，用于将获取的井下通风网络分支的环境参数、井下通风网络分支的通风参数、风机的运行工况参数、通风设施的状态参数以及地面监控中心的控制指令进行传输；地面监控中心，用于实时监控整个煤矿通风网络的运行参数，通风异常时，获取排除通风异常的调节方案。2.根据权利要求1所述的一种煤矿通风参数智能化监测调控装置，其特征在于：所述井下风网监控系统包括井下监控分站、通风参数监测模块、环境参数采集模块和通风设施控制模块；井下监控分站，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数和通风参数，对通风设施进行监控与调节；通风参数监测模块，用于实时监测井下通风网络分支的通风参数，所述通风参数包括风速、风压、干湿空气温度；环境参数采集模块，用于实时监测井下通风网络分支的环境参数，所述环境参数包含CH4浓度、CO浓度、O2浓度、CO2浓度和温度；通风设施控制模块，用于井下通风网络分支中通风设施的状态调节与控制。3.根据权利要求1所述的一种煤矿通风参数智能化监测调控装置，其特征在于：所述地面风机变频监控系统包含风机运行工况监测传感器、监控分站和变频控制组件，风机运行工况监测传感器，用于实时采集风机的运行工况参数；所述运行工况参数包括：风量、温度、大气压、负压、全压、差压、转速、轴温传感器，电流、电压、功率、效率；监控分站，用于实时监测风机的运行工况参数；变频控制组件，用于调控风机的运行频率。4.根据权利要求1所述的一种煤矿通风参数智能化监测调控装置，其特征在于：所述地面监控中心包含PLC控制器、以太网通信模块、通风参数显示终端和服务器；其中，通风参数显示终端，用于实时显示煤矿风网网络的运行参数；PLC控制器，用于对接收的整个煤矿风网网络的运行参数进行预处理；以太网通信模块，用于地面监控中心与工业以太网通信系统的数据传输；服务器，用于安装应用软件和功能软件，为用户提供服务。5.一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，蒋曙光，崔传波，裴晓东，吴征艳，邵昊，张卫清，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32