矿井自动风门风窗实时监测控制系统
矿井通风安全智能实时监测与控制系统研制
矿井通风安全智能实时监测与控制系统研制
李玉鹏;刘平;刘海涛;孙泽雁;张峰华
【期刊名称】《陕西煤炭》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】良好的矿井通风系统是煤矿安全生产的重要保证。
为实现矿井正常生产和灾害发生时风量的自动调节,研究了一种矿井通风智能监测及控制系统。
该系统实现了对矿井大气各种参数的实时监测且以三维的方式呈现,并为模拟与分析子系统提供了数据支持。
此外,该系统可以根据监测数据以及模拟结果智能控制风门以及风窗的开闭状态,实时满足需风地点的供风要求。
实践应用表明,该系统实现了远程自动监测无人化、风量远程自动调控、主要通风机和局部通风机远程控制,显著提高煤矿通风系统自动化与智能化水平。
【总页数】5页(P128-132)
【作者】李玉鹏;刘平;刘海涛;孙泽雁;张峰华
【作者单位】陕西陕煤集团黄陵建庄矿业有限公司;山西科达自控股份有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TD724
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矿井全气控的自动控制互锁平衡风门
为减少 ， 安全性能大大提高 。 ⑥采用按钮
式开关操作 ． 风 门自动化程度高 。 机车司
机 按钮 后 自动 开启 及关 闭 ， 操 作 简单 ， 极
用， 使得开风的阻力为零 。 ②气动控制互 大 地提 高 了运 输 效 率 。可 以避 免 自动 控
制中机车撞坏风门的事故发生。⑦结构
紧凑 ， 外形美观 ， 功能可靠 ， 故障率低 ， 投 资少 ， 安全简单 ， 维护方便。
（ ２ ） 优点 。 ①压力平衡风门开启力小 ， 而且 开启 力 与 风压 的大 小 、 方 向无关 ， 风
门的关闭速度可调 ， 平衡 、 安全 、 可靠 、 不
易伤人。② 当一道风 门打开而另一道风
门可靠闭锁 的时候 ， 可告知行人 ： 本风 门
“ 闭锁 ” ： 当打开 的风 门关 闭后 ， 另一 道 风
力源 ， 将单扇风 门改为双扇风 门； 利用平
行 四边 形平 衡 原 理 ，使 双 扇 风 门开 闭连 动， 方 向相 反 。 风 压在 给一 扇 风 门力量 的 同时也 给 了另 一 扇 风 门力 量 。直 动型 气 缸推 动 机构 箱 中 的 四连 杆 ，连 动 开启 风 门 。因采用 不 固定 式连 接 ， 使 得风 门的 自 动开 启 不会 受 到 手 动 开启 的影 响 。 由于
矿井全气控 的 自动控制互锁平衡 风 门
兖 州 矿业 （ 集 团） 公 司东 滩 煤 矿研 制 井 下 进 回联 络 巷 复式 风 门 “ 只能 同时关 闭， 不 能 同 时打 开 ” 的要 求 。通 过 井 下压
出全气控互锁平衡风 门，并且在井下通 风 系统 中进行 了应 用 ，解 决 了矿 井通 风
制造。风 门门扇分为 ２个面积大小相等 状态下正常手动操作 。⑤气控互锁装置 由气动元件组成 ， 安装使用方便 ， 不存在 电控装置 中的电气失爆 问题 ，维修量大
矿井风网智能调风风门监控系统
矿井风网智能调风风门监控系统关键词：矿井风机；智能调风；控制算法；风门监控；环境参数一、探究背景矿井风机是煤矿生产的主要动力设备，其稳定运行对煤矿生产效率和安全保障至关重要。
然而，由于矿井风机的工作环境复杂，屡屡受到矿井通风管路、地质等因素的干扰，加之风门的位置和开度直接影响到矿井风机的风量和压力，因此传统的风门调整方式难以实现对风门的精准控制和调整。
为了解决传统调风方式存在的问题，探究人员提出了使用智能传感器和控制算法进行矿井风机调整的方法。
智能传感器可以实时采集矿井风机的工作状态和环境参数，而控制算法可以依据采集的数据，对矿井风机进行实时控制。
同时，结合风门监测技术，可以实现对风门的动态控制和实时监测，从而实现调风和控制风量的功能。
二、系统设计本文设计的包括传感器、控制器、执行机构等部分。
2.1 传感器传感器是系统的关键组成部分，主要用于采集矿井中、高压风机的工作状态和环境参数。
本系统选用了具有高精度、高稳定性和大动态范围的压力传感器、流量传感器、温度传感器等。
2.2 控制器控制器是系统的核心控制单元，主要用于解析传感器采集的数据，并通过控制算法计算调整命令或直接控制风门的开度。
本系统接受了基于模糊PID控制算法的自适应控制器，可以实现对矿井中、高压风机的智能调整。
2.3 执行机构执行机构是控制器输出命令的执行部分，主要用于控制风门的开度。
本系统接受先进的电动执行机构或液压执行机构等，可以实现对风门的精准控制和调整。
三、系统功能本系统具有如下功能：3.1 群控多个矿井风机本系统具有群控多个矿井风机的功能，可以实现对多台矿井风机同时进行智能调整。
3.2 动态调整风门本系统自带风门监控功能，可以实时监测风门的位置和开度，从而实现对风门的精准控制和调整。
3.3 实时控制风量和风压本系统可以依据环境参数和用户需求，实时调整风机的风量和风压，从而满足矿井生产的需求。
3.4 实现运行数据监测和报警功能本系统可以实时监测矿井风机的工作状态和环境参数，并对异常数据进行实时报警和处理，增强了矿井风机的安全性。
2024年矿井通风安全监控系统的监察
2024年矿井通风安全监控系统的监察矿井通风安全监控系统在保障矿井安全生产中发挥着重要作用。
随着技术的不断发展，矿井通风安全监控系统也在不断改进和升级，在2024年，我们可以预见到这些监控系统将会更加先进和智能。
这些新系统将以更高的精度、更强的可靠性和更快的响应速度，为矿井通风安全监管部门提供更全面、更准确的数据和信息，从而更好地保障矿井工人的生命安全和健康。
一、实时监测和数据采集的远程化随着网络技术和传感器技术的不断进步，2024年的矿井通风安全监控系统将能够实现实时监测和数据采集的远程化。
通过网络传输和云存储技术，矿井通风安全监控系统可以将实时监测数据传输到监管部门的控制中心，监管部门可以随时随地对矿井通风情况进行监测和控制。
同时，监控系统还可以将数据存储在云端，供后续的数据分析和处理使用。
这将大大提高监管部门对矿井通风情况的了解和控制能力，及时发现问题并采取相应的措施。
二、智能预警和风险评估2024年的矿井通风安全监控系统将配备更加智能化的预警和风险评估功能。
通过机器学习和人工智能技术，矿井通风安全监控系统可以根据历史数据和实时监测数据，识别出潜在的安全风险，并进行预警。
系统还可以根据实时数据和模型算法，对不同工作面的通风状况进行动态评估，提前发现通风不良的可能性，并及时采取措施预防事故的发生。
这一功能的应用将大大提高矿井通风安全监管的精度和效率，有效预防和降低矿井事故的风险。
三、多维度的数据分析和可视化展示2024年的矿井通风安全监控系统将通过多维度的数据分析和可视化展示，为监管部门提供更全面、更准确的信息。
监控系统可以对多个指标进行实时数据分析，并将结果以图表、曲线等形式呈现，清晰直观地展示矿井通风情况的变化趋势和异常情况。
监管部门可以通过这些数据分析和展示，更好地理解矿井通风状态的变化和规律，判断是否存在安全隐患，并及时采取措施进行调整和改进。
这将有助于提高矿井安全监管部门的决策能力和工作效率，更好地保障矿工的生命安全和健康。
煤矿六大系统
煤矿六大系统煤矿六大系统是指：监测监控、人员定位、通信联络、紧急避险、压风自救、供水施救。
1、煤矿安全监控系统煤矿安全监控系统主要用来监控和预警瓦斯、火、冲击地压等特大事故。
煤矿安全监控系统检测甲烷浓度、风俗、风压、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等，当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停风时，自动切断相关区域的电源并闭锁，同时报警。
系统还具有煤与瓦斯突出预警、火灾监控与预警、矿山压力检测与预警等功能。
煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用。
当煤矿井下发生瓦斯（煤尘）爆炸等事故后，系统的检测记录是确定事故时间、爆源火源等重要依据之一。
根据检测数据突变等信息分析爆炸时间。
根据检测的设备状态分析火源。
根据检测的局部通风机、风门、主通风机、风俗、风压、瓦斯浓度等分析瓦斯积聚原因。
根据检测的瓦斯浓度变化，分析及范围等。
煤矿安全监控系统一般由传感器、执行机构、分站、电源箱、主站、主机、系统软件、服务器、打印机、大屏幕、UPS电源、远程终端、网络接口和电缆等组成。
传感器、执行机构、分站、电源箱等放置在井下，其他设备放置在地面。
瓦斯检测是放置瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出预警的重要参数。
因此，采煤工作面及回风巷、掘进工作面及回风流峰地点必须设置甲烷传感器。
当甲烷浓度达到或超过报警浓度时，声光报警、提醒领导、生产调度等及时将人员撤离至安庆处，及时处理事故隐患，放置瓦斯爆炸等事故发生。
当甲烷浓度达到或超过断电浓度时，去额段被控区域电源，避免或减少由于电气设备失爆、违章作业、电气设备故障电火花或危险温度引起瓦斯爆炸；避免或减少采、掘、运等设备运行产生的摩擦撞击火花及危险温度等引起瓦斯爆炸。
局部同等级及其风筒风量检测是防治局部通风机停风和风筒漏风造成积聚的有效措施。
因此，局部通风机必须设置设备开停传感器。
煤矿必须设置风速、风压、风门状态、主通风机等传感器，及时发现通风系统隐患，防治瓦斯积聚和瓦斯爆炸事故发生。
矿用调节风门(风窗)远程智能自动控制系统简介
矿用调节风门（风窗）远程智能自动控制系统简介远程自动调节风门或煤矿远程自动调节风窗系统控制、矿用调节风门（风窗）远程智能自动控制系统在远程自动调节风门或远程自动平衡风门上位机界面的右侧有急停按钮、复位按钮、开门按钮、关门按钮解锁按钮、互锁按钮，百叶窗旋转角度输入窗口、百叶窗控制按钮等，通过点击各控制按钮达到需要的风门运行状态。
为了安全起见，急停按钮使用谁安急停按钮谁具有复位的权利，即井下现场人员使用了急停按钮停止了正在运行的风门，则只有井下现场的人员再次按下现场的急停按钮，风门才复位（恢复到初始的状态），反之远程使用急停按钮功能时也同理。
井上管理员可以根据设定的风速传感器参数是否在正常范围区域内而通过改变百叶窗的旋转角度来调整百叶窗或推拉式调节风窗的通风横截面的大小，进而达到理想的情况。
现场通风部门的人员也可以根据相关仪器测得的参数和要求标准在与井上管理员沟通后，通过现场的电控按钮控制百叶窗的旋转角度，达到满足正常的通风要求。
远程上位机上的解锁按钮可以实现两道风门之间解除互锁的状态，为大型设备的通行和出现突发事故时矿工快速撤离到安全区域提供了条件。
矿用调节风门（风窗）远程智能自动控制系统本系统采用RJ45标准通讯接口，执行TCP_Modbus通讯协议标准，具有2路通讯接口，采用单模双纤模式传送信号至地面控制中心，主要有以下几项功能。
1.1管理权限：1.1.1本系统采用RBAC理论分为三级管理模式；一级管理人员具有查看、修改参数、控制风门的运行的权限，并对二级、三级管理人员的账户进行管理（包括登记、删除），二级管理员可以查看、控制风门的运行；三级管理员只能查看风门的运行状态、各传感器的数据参数、视频等；1.1.2厂家管理员具有恢复出厂设置的功能；降低了因一级管理员非正常离职给后续矿方管理人员带来的工作难度。
1.2不同风门界面的切换：把上位机界面切换到需要查看的风门界面有两种不同的方法。
根据客户的巷道图纸在本系统内创建矿井巷道电子地图，风门地理位置标示清晰，在主界面上方点击“分布点设置”进入巷道电子地图，然后点击需要切换到的风门代号实现一键链接，直接将上位机界面切换到相应的风门主界面。
煤 矿 六 大 系 统
煤矿六大系统煤矿六大系统指矿井监测监控系统、井下人员定位系统、井下紧急避险系统、矿井压风自救系统、矿井供水施救系统、矿井通讯联络系统。
1、矿井监测监控系统矿井监控系统包括环境安全监控系统、轨道运输监控系统、胶带运输监控系统、提升运输监控系统、供电监控系统、排水监控系统、矿山压力监控系统、火灾监控系统、水灾监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、大型机电设备健康状况健康系统等。
环境安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。
2、井下人员定位系统井下人员定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员和移动设备情况动态反应到地面计算机系统，使管理人员能够及时掌握井下人员和移动设备的总数及分布状况；系统能跟踪干部跟班下井情况、每个矿工入井、出井时间及运动轨迹，以便于企业进行更加合理的调度和管理。
井下人员定位系统由无线编码发射器、数据采集控制设备、数据传输网络、地面中心软件系统及服务器组成。
3、井下紧急避险系统紧急避险系统建设的内容包括为入井人员提供自救器、建设井下紧急避险设施、合理设置避灾路线、科学制定应急预案。
井下紧急避险避险设施是指在井下发生灾害事故时，为无法及时撤离的遇险人员提供生命保障的密闭空间。
该设施对外能抵御够高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内提供氧气、食物、水，去除有毒有害气体，创造生存基本条件，为应急救援创造条件、赢得时间。
紧急避险设施主要包括永久避难硐室、临时避难硐室、可移动式救生舱。
（建设一个避难硐室大约100万元）4、矿井压风自救系统矿井压风自救系统规定空气压缩机应设置在地面，主管路直径不小于100毫米，采掘工作面管路直径不小于50毫米，所有矿井采区避灾路线上均应敷设压风管路，并设置供气阀门，间隔不大于200米。
矿井主通风机在线监控系统
图1 矿井通风机在线监测系统框架图
2.2 PLC硬件设计 S7-300PLC的硬件主要由电源模块、CPU、数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块、通信模块组成。 （1）数字量输入输出模块主要用于低压柜控制方式及开关状态、电动机接触器及热继电器状态、变频器运行及故障状态、风门接触器状态及台风开到位、关到位状态，并控制低压柜开关的分合闸、电动机的正转/反转和变频/工频启动，以及风门的打开和关闭。 （2）模拟量输入输出模块主要对风机负压及流量、电动机温度和振动、变频器输出转速和电流、低压柜的电力参数等进行AD转换。 （3）通信模块负责与各低压柜内的电参数采集模块、上位机进行通信。2.3 上位机监控软件设计 通风机参数在线监测系统配备RJ45以太网接口，软件接口OPC协议，通过矿井地面光纤主干环网向矿井信息与自动化系统上传信息，实现远方对风机设备实行监测、监控、数据共享等功能。 上位机监控系统功能如下： 1）监测主风机、电机的运行状态（、全压、风量、风速、温度。监测电机的电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度。 2）对电机前后轴承温度、电机定子温度、电机电压、电机电流、静压、全压、振动、风流中瓦斯浓度等参数提供历史信息的查询打印，重要参数超限时实时报警，可由用户设置报警上下限。 3）可实时记录风机开关传感器状态，以及每个主电机实施开停动作的具体时刻，并且可根据要求生成报表。 4）监测高压柜电压、电流、有功功率等参数，监测断路器、接触器、操作状态转换开关、保护动作信号等参数。模拟量传感器检测参数、主电机电压、电流等动态参数按合理的时间密度记录（风道环境参数由安全监测系统采集），并生成趋势曲线图。 5）监测数据能够按不同的条件查询，并且便于打印输出，授权的网络终端用户能够远程查看监测数据。 6）提供程序及数据安全管理功能，不同的用户可设置不同的权限，防止未授权用户修改监控系统参数。 7）风机在线监控子系统就近接入环网交换机，通过工业以太网快速接入全矿综合自动化平台，提供OPC接口与自动化平台无缝连接，实现风机的监控和数据共享。 8）可实现风机的遥控自动启停、自动倒换和遥控“反风”运行功能。可实现多种控制方式：本地手动、本地自动、远程手动、远程自动。
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矿井自动风门风窗实时监测控制系统
作者：乔石
来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第10期
Real time monitoring and control
system of mine automatic door wind window
摘要：分别从井上监测控制系统和井下风门、风窗装置对矿井自动风门风窗实时监测控制系统进行研究。
分析了井下百叶式自动风窗，自动控制风门的功能与特点;井上监控系统技术参数以及实现的功能。
该系统可以实现矿井通风系统实时监测和控制，准确进行风量调节，保证矿井通风系统安全可靠。
关键词：自动风门;自动风窗;监测控制;风量调节
Abstract：The real-time monitoring and control system of mine automatic air doors and windows is studied from the monitoring and control system on the well and the device of underground air doors and windows. This paper analyzes the functions and characteristics of underground shutter automatic air window and automatic air door， and the technical parameters and functions of monitoring system on well. The system can realize real-time monitoring and control of mine
ventilation system， accurately adjust the air volume， and ensure the safety and reliability of mine ventilation system.
Keywords：automatic air door;automatic wind window;monitoring and control;air volume regulation
通风时煤矿安全生产中重要的一环，现阶段矿井的通风参数、通风网络中配风量、风速主要是根据矿井实际情况人工操作完成的。
但是人工操作会产生一系列问题，例如，风量分配不均且稳定性差，不能实时的根据矿井情况动态调节需风处的风量。
随着国家“智慧矿山”的提出，矿井通风也逐渐智能化。
而矿井自动风门风窗实时监测控制系统就是相应“智慧矿山”号召，通过对矿井通风系统的关键位置进行实时监测、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。
1 系统简介
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三部分组成。
上位机软件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。
2 井下部分
系统井下部分主要包括：百叶式自动风窗，自动控制风门。
2.1 自动百叶式调节风窗装置
自动百叶式调节风窗安装于回风巷道内，百叶式自动风窗由多个可调节活动窗扇和行人小门组成。
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。
另外还可以利用特制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，具有以下特点：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。
2.2 自动控制风门装置
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。
2.3 自动单页式调节风窗
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，具有以下特点：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條，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。
3 矿井通风实时监测与控制系统
3.1 地面主机
地面使用计算机作为控主机。
3.2 井下电控主机
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。
3.3 主要功能
①自动风窗过风面积及风量监测控制;②风门的自动控制及监控;③风压、温度、风速风量等实时监测;④采用摄像机远程监控;⑤风窗可根据设置的过风面积自动调节通风量。
4 矿井通风井上监控软件系统
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。
井上监控软件示意图如图1示。
5 结论
①介绍矿井自动风门风窗实时监测控制系统，主要包括矿井自动风门、自动调节风窗、矿井通风实时监测控制三部分。
并分析了该系统可实现矿井通风系统实时监测和控制，在地面上實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，保证了矿井通风系统安全可靠;②分析了该系统井下部门自动百叶式调节风窗装置、自动控制风门装置、自动单页式调节风窗功能及特点;③研究了矿井自动风门风窗实时监测控制系统，并对监测软件的技术参数以及实现的功能进行了分析。
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