煤矿通风系统设计论文

今天小编为大家推荐《煤矿通风系统设计论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。[摘要]针对传统控制系统在实际应用中无法有效提高通风机运行效率问题，开展基于变频技术的煤矿通风自动控制系统设计研究。通过基于变频技术的操作台设计、PLC控制柜设计等硬件设计和矿井内部通风需求量计算、基于变频技术的不间断通风控制等软件设计，提出一种全新的控制系统。

第一篇：煤矿通风系统设计论文

煤矿通风系统安全控制探讨

摘 要 本文针对煤矿通风系统，通过采用优化通风系统、加强安全制度建设等手段，严防瓦斯事故等安全隐患，有效的保证煤矿的安全生产。

关键词 煤矿;通风系统;安全管理

近年来，煤矿重大安全事故频发，死亡人数居高不下，给矿工的生命安全造成严重的威胁。究其根本，在通风系统上的管理混乱是安全事故产生的重要原因之一。因此，煤矿通风系统的安全控制问题必须得到重视。

1 煤矿通风系统安全管控的现状

1.1 煤矿矿井的总风量不足

目前在我国一些小煤矿存在着重视生产而忽略安全的问题，矿井的开采没有计划，超出矿井的通风能力进行开采等。在煤矿市场条件好的时候，往往出现无视安全、不管不顾的组织人力去开采生產的情况，对矿井的通风能力不加以考虑，超负荷生产，致使矿井风量不足，瓦斯聚集超出限制，从而产生安全事故。例如发生在陕西的某个小煤矿的特大瓦斯爆炸事故，由于矿井下六个作业点总风量为172 m3/s，只相当于实际需求的风量的1/10，导致风量严重不足发生瓦斯爆炸，造成多人伤亡。

1.2 通风系统管理的混乱

通风系统管理混乱主要表现在以下六个方面。

1)井下通风呈一条直线，上一个工作点的风通到下一个工作点，致使过来的气体有害浓度过高。如果上一个地点发生了瓦斯爆炸事故，就必将波及到下一个工作地点，使事故范围增大。

2)在工作面还没有形成通风系统的情况下就让矿工投入到生产开采中，有些矿井用局部通风枪来进行通风，然而其通风力小，通风系统的不稳定造成安全事故的发生。例如山东的某煤矿在通风系统还没有形成时并要求进行开采，只运用一台局部通风机来给工作面提供通风，由于风量不足，导致发生三级瓦斯爆炸的安全事故。

3)运用不正规的、落后的煤矿开采方法，使工作面不能形成全付压通风系统。

4)通风扩散方面的不合理，不设置局部通风机在掘进工作面造成无风作业，使涌出的有害气体无法得到稀释。

5)不对通风系统进行规划设计，从施工到管理都没有进行有效的规划，对通风系统随意的进行调整。在巷道贯通后又不对通风系统及时的进行调整，致使风流混乱。

6)多通风设施管理不到位，一些安全设施的建筑质量不过关，并且随意构建，造成管理上难度扩大。

1.3 矿井通风阻力大

在中小煤矿中普遍存在着回风巷道断面偏小的问题，有的甚至不到一平米，造成巷道内风速过高通风阻力大的现象。而且由于巷道断面的大小不一样，其拐弯处的角度小于90°的情况，致使通风阻力变大，矿井负压升高。在对某地的煤矿进行调查时发现，小型煤矿普遍都存在着负压高风阻偏大的问题。

1.4 中小煤矿中缺乏专业的通风人员

由于中小煤矿的工作环境不好、工资待遇方面差的原因，专业的技术员是不会考虑去这样的煤矿工作的，因此，中小煤矿存在严重缺乏专业的通风技术人员的问题。在小型煤矿，因为没有通风技术员，而其通风管理员对通风的专业知识掌握的并不多，出现操作部规范，随意调整通风系统的情况，给安全管理带来隐患。

2 加强煤矿通风系统安全控制的对策

2.1 制定出通风系统系统安全管理标准

在煤矿安全管理方面我国已出台《煤矿安全规程》与一些相关的标准规章，各地煤矿可根据的当地实际情况来制定出通风系统安全管理的制度，建立起一个安全、可靠、能切实得到实施的安全管理体系。

2.2 建立起安全、稳定、合理的通风系统

要建立一个安全、稳定、合理的通风系统，可以采取如下几个

方法。

1)与周边的其他煤矿实施隔离，在开采时应与周边的其他煤矿保持足够的空间，设置隔离煤柱，防止回风进入其他煤矿的生产系统引发安全事故。

2)在设计通风系统时要把好关，严禁出现平面交叉的通风系统，杜绝开采空间内部出现上下两头都通风、通风扩散、通风串联扩散等安全隐患。

3)需对通风系统进行测定，在测定时请有专业技术和资格的机构，选出最有代表的线路进行测定，对矿井通风阻力、高阻区段、主扇机性能等都必须进行测定，并制出参数图。通过对上述测定结果的分析，制定出一套优化通风系统的改造方案，对性能低的通风机要及时的更换，完善通风系统。

4)对通风设施要加强管理，像风桥、风门、密闭等设施要定期的进行维护;对主进主回之间最好设置三道风门，安装闭锁装置，防止两门同开出现风力对流的现象发生。

2.3 对通风系统装备进行改善

一般矿井要常备两台以上的主扇机与电机，一台作为常用运转，一台备用，并且对供电双回路进行改善。对反风道、防爆门或防爆盖等设施进行修整，并定期进行反风演习提高安全意识。对主扇机等通风设施进行定期的维护，使矿井外部的漏风率下降，确保风机等设施的正常

运作。

2.4 对矿井的通风能力进行核算

通过对各矿井的风量进行分析，核算出矿井的通风能力。根据对每产一吨煤所需通风量的计算，确保煤矿的通风量和通风系统的正常运作，然后根据得出的结果计算持矿井每一年的通风力，分配每月供风的计划。按照开采、掘进以及别的用风地点相加得出的总和计算。总之，扇风机所提供的风量必须大于总用风量。

2.5 对工作面的供风管理要加强

在保证掘进工作面供风量方面，然后根据爆破炸药量、涌出瓦斯量、作业人数、风速、巷道等指标的最大值来确定供风量。选取风扇的型号、风力规格时，依据是对风力风量的计算结果，防止风筒有压积、破口或接口漏风等现象发生。在容易引起瓦斯涌出以及对大断面、距离长的掘进工作面应配备高效风量大的旋式通风机与大直径风筒。

3 结束语

良好的煤矿通风系统不仅给煤矿企业在经济效益方面带来诸多好处，更给工作人员在生命财产安全带来保障。煤矿通风系统安全管理维系着矿井作业人员的生命安全，一定要严格执行，保证安全生产。

参考文献

[1]董剑锋.浅析现代煤矿通风系统设计与分析[J].改革与开放,2011,8.

[2]陈文礼.煤矿通风系统安全现状评价检查方法[J].安全与健康,2005,7.

作者：张见瑞

第二篇：基于变频技术的煤矿通风自动控制系统设计

[摘    要]针对传统控制系统在实际应用中无法有效提高通风机运行效率问题，开展基于变频技术的煤矿通风自动控制系统设计研究。通过基于变频技术的操作台设计、PLC控制柜设计等硬件设计和矿井内部通风需求量计算、基于变频技术的不间断通风控制等软件设计，提出一种全新的控制系统。通过实验证明，新的控制系统能够有效提高通风机运行效率，实现2 4h不间断运行，同时提出了相应的补充措施，提高通风效果。

[关键词]变频技术;煤矿通风;自动控制

當前，通风机的应用十分广泛，主要应用于工厂、矿井、隧道等需要进行通风、排尘的工作环境当中。在进行煤矿开采和生产的过程中，通风机承担着将新鲜的空气传输到矿井当中，将各类有毒气体和粉尘排放的重要任务。因此，通风机的运行，对于整个煤矿开采而言都有着至关重要的作用。由于通风机设备在煤矿开采的过程中具有一定的特殊性，当出现短暂停风的现象时，则会引起煤矿内瓦斯气体的爆炸，造成十分严重的煤矿开采事故，因此煤矿通风机必须保持全天候地不间断工作。基于这一特点，设计一种能够安全、有效、实时地通风自动控制系统，以此保障煤矿开采和生产的安全是一项重要的研究课题。传统煤矿通风控制系统在实际应用中，由于存在控制精度低、大量能源浪费、故障判断依靠操作人员经验判断等问题，因此存在着较大的安全隐患，威胁煤矿安全生产。基于此，本文结合变频技术对煤矿通风自动控制系统进行设计研究。

1 煤矿通风自动控制系统硬件设计

变频技术是一种把直流电逆变成不同频率交流电的转换技术。它可把交流电变成直流电后再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电后再把交流电变成直流电。其工作原理是将三相380 V（220 V）/50 Hz交流电通过整流桥整流变成脉动直流电，通过电解电容滤波后变成平滑的直流电，控制板对IPM、IGBT或模块的控制后将平滑的直流电变成三相频率可变的交流电。

1.1 基于变频技术的操作台设计

考虑到煤矿通风机运行的需要，本文将系统中的操作台设计为一个主台和两个辅台结构。在主台结构上配备触摸屏和两台通风机启动按钮，在辅台结构上放置两台型号规格均相同的工控装置。为了确保在出现短时间停低压电源的情况下，本文系统依然能够保持平稳运行，本对操作台的配电结构进行设计，如图1所示。

操作台作为本文系统的核心硬件，对于各类设备的控制主要通过按钮和旋转开关控制，通过开关和按钮更方便地对多台通风机以及相关辅助设备进行起停控制。本文在对操作台进行设计时，考虑到变频技术的应用需要，当选择操控台控制时，通过端子将变频装置的控制方式转换为端子控制，此时变频装置的控制端口为干节点，只能够通过无源开关量信号完成对变频控制的启动和停止。

1.2 PLC控制柜设计

基于煤矿通风自动控制系统需要，为确保实现对煤矿通风机的全天候自动控制，本文引入PLC控制柜结构。当系统当中某一单元出现问题，则通过PLC控制柜对备用单元进行切换，以此实现通风机的不间断运行，从而提高本文系统的可靠性。本文选择S8-150H型PLC控制柜，该型号PLC控制柜当中包含了两个416-3HCPU，其所有重要部件都为冗余配置，能够自动将出现故障的单元中断。当本文系统中某一单元出现故障时，备用单元与该单元自动同步建立连接，并由PLC控制柜中的CPU发出相应的Link请求，将所有相关数据发送到CPU当中。由于本文系统在实际应用中可能会出现利用模拟量输出进行变频装置频率调节的控制，因此在对PLC控制柜进行设计时，还选用将6ES8325-4JD05的双通道模拟输出模块作为备用。利用该模块将数字量的控制信号转换为通风机能够自动识别的标准电流和电压信号，以此实现对通风机的控制。

2 煤矿通风自动控制系统软件设计

2.1 矿井内部通风需求量计算

根据2011版《煤矿安全规程》的规定，矿井需要的风量分别按井下同时工作的最多人数计算和按采煤、掘进、硐室及其他用风地点实际需要风量的总和进行计算，并取其中的最大值。

在利用本文系统完成对煤矿通风机的控制时，首先应当确定在不同煤矿开采项目当中矿井内通风需求量。结合一般煤矿开采要求，分别对矿井内部通风需求量、局部通风机吸风量、采煤工作面的需风量进行计算。其中矿井内部通风需求量计算公式为：

式（1）中：M表示矿井内部通风需求量，矿井内部通风需求量表示为煤矿矿井内需风量备用系数;x为矿井空气密度;ms表示主通风机开采工作面上的通风需求量;ms'表示备用通风机的开采工作面通风需求量;mi表示独立风流通量;mr表示矿井内部其他结构上的通风需求量。

按工作面最多人员数量计算采煤工作面的需风量为：

Q综合=γNc （2）

式中：γ为每分钟单人所需最低风量，m3/min;Nc为采煤工作面同时工作的最大人数。

局部通风机吸风量为：

Q掘=Qf×Ii×Kf （3）

式中：Qf为掘进工作面局部通风机额定风量;Ii为掘进工作面同时运转的局部通风机台数;Kf为局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取值1.2～1.3。

根据上述公式，完成对矿井内部通风需求量的计算，为通风机控制提供依据。

2.2 基于变频技术的不间断通风控制

由于本文在对系统进行设计时，要求通风机能够保持24 h不间断地运行，因此考虑到不同煤矿开采的不同状态，本文引入变频技术，对通风机进行控制。变频技术主要是针对矿井通风机的电动机进行调速处理，其调速过程主要由三大类：

（1）改变电动机的磁极对数，即当电源频率一定时，电动机转速近似与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，转速近似地减小一半，公式为：

（2）改变转差率，在绕线型电动机回路里可以串联调速电阻，在恒转矩负载下，转子回路电阻增大，转速下降。

（3）改变电源频率，主要借助变频技术的变频器，可以使交流电源的频率连续调节，从而使交流电动机的转速能够从低速到高速都保持高效宽范围和高精度的调速性能。

在本文系统当中包括操作台运行模式和上位机操作運行模式两种，其中上位机操作运行模式主要通过人为控制的方式，由负责人员在上位机当中通过发送控制指令实现对通风机控制。操作台运行模式，主要是将变频装置产生的频率信号通过本文上述设计的操作台，对滑动变阻器给定一个数值，实现变频控制。当滑动变阻器的阻值为0～12 k时，此时由变频装置将相应的电阻转换为两路标准的电流信号，以此实现对变频装置的频率控制，进而控制通风机的不同运行状态。

3 对比实验

为了验证本文提出的基于变频技术的煤矿通风自动控制系统在实际应用中的可行性，避免在投入使用后出现故障问题影响煤矿开采现场施工进度，本文将该系统投入使用前，首先对其运行效果进行实验，为确保实验结果具有可对比性，选择将传统控制系统的运行参数作为对比，完成如下对比实验：

为确保实验结果的客观性，对于两种系统当中的PLC装置、操作台、通风装置等均采用相同的设备型号完成。选择将某煤矿通风机装置作为实验对象，分别利用本文提出的控制系统和传统控制系统对该通风机进行24 h不间断控制，对比两种系统控制下通风机的运行效率，见表1。

由表1可知，在本文系统控制下通风机的运行效率均超过1 000 m3/d;而传统系统控制下通风机的运行效率均小于1 000 m3/d，甚至在第3天到第5天只能达到500 m3/d左右。因此，通过对比实验证明，本文提出的基于变频技术的煤矿通风自动控制系统在实际应用中能够有效提高通风机的运行效率，实现对通风机的24 h不间断控制和运行，确保煤矿开采和生产的安全。

4 补充措施

在对煤矿通风自动控制系统进行优化设计的基础上，根据通风系统即通风方式，为保证井下个工作长所须有足够的新鲜风量，并降低通风费用，提出相应的应急情况应对措施，提高通风效果。

（1）矿井下巷道建议在支护条件许可的情况下，优先采用锚喷支护或砌碹支护;

（2）井下巷道布置尽量减少断面的变化，需要变断面处，尽量避免忽大忽小的急剧变化，巷道相交处尽量设计成平滑过渡的结构形式，以利风流顺利通过;

（3）井下每组风门最小设两道，并保证安装质量，以防人员，车辆通过时引起风流短路;

（4）对采动影响造成的巷道裂缝及时用水泥砂浆充填，减少漏风;

（5）及时密闭已采的区域即回采的工作面，减少向采空区内漏风。

5 结束语

基于通风机装置的重要作用，开展基于变频技术的煤矿通风自动控制系统设计研究，通过研究提出一种全新的控制系统，并结合实验论证的方式证明了该系统的实际应用效果。由于研究能力有限，本文系统当前无法实现对不同工况下矿井空气气压的有效提升，因此在后续研究中还将对此进行更加深入的探究。

参考文献

[1] 孙庆锋，刘柏，王少荣，等.转龙湾煤矿东风井运行通风系统优化调整[J].内蒙古煤炭经济，2020（15）：149-151.

[2] 胡伟伟.霍宝干河煤矿井下通风系统精准化异常诊断分析[J].山西焦煤科技，2021，45（1）：31-33.

作者：田振玲

第三篇：麦垛山煤矿通风系统优化改造

摘要：目前麦垛山煤矿矿井风量已接近主要通风机的最大额定风量，风机运行工况已经靠近驼峰点，并且11采区和13采区分区要同时进行生产等问题。针对以上问题，需要对该矿井通风系统进行优化改造，将半煤岩矸石斜井改造为回风斜井，实现矿井通风方式由中央并列式到分区式通风轉变，满足矿井的正常生产需要。

关键词：通风系统;优化改造;中央并列式;分区式

Key words： Ventilation system; optimized transformation; central parallel; partition type

矿井通风一直都是煤矿安全环节中的重中之重，可靠的通风系统是保证矿井安全生产的基础[1]。本文以麦垛山煤矿为例，针对其矿井通风中的主要问题，提出有效通风系统优化改造措施，将半煤岩矸石斜井改造为回风斜井，达到11采区和13采区分区式通风的要求，解决矿井通风系统中目前面对的难题。

1 现有通风现状

1.1 通风系统简介

目前，矿井采用中央并列、抽出式通风，在回风立井井口装设两台FBCDZNO 35型轴流式对旋风机，一套运转。矿井为副立井、主斜井、副斜井进风，回风立井回风“三进一回”机械全负压通风布局。

1.2 存在的主要问题

目前矿井通风系统存在的主要问题为：该矿井风量已接近主要通风机的最大额定风量，风机运行工况已经靠近驼峰点;11采区和13采区同采时，矿井要实现分区式通风的要求，针对以上问题，需进行矿井通风系统升级改造，以确保安全生产[2]。

2 通风系统调整整体方案

麦垛山煤矿11采区利用半煤岩矸石斜井改造为回风斜井回风，13采区生产、矿井开拓延伸及采区接续巷道利用回风立井回风，副立井为主要进风井、主斜井为辅助进风井，矿井实现分区式通风。

3 分区式通风系统改造方案

分区式通风系统调整前工作如下所示：

(1)按照设计要求在矸石斜井地面增设2台同等能力的主要通风机，并做好供电及控制设备的安装工作。

(2)启封11采区半煤岩运输巷，拆除11采区半煤岩运输巷，同时将半煤岩运输巷密闭，改为调节风窗，恢复此段巷道通风。

(3)11采区半煤岩运输斜巷扩帮，根据设计要求该段的扩大后的断面不得小于14.9m2。完成11采区半煤岩运输斜巷及矸石斜井2#联络巷断面扩刷工作，确保回风路线的风速符合《煤矿安全规程》规定。

(4)各运输路线必须提前施工溜煤眼与主水平带式输送机贯通，将运输系统改至主水平带式输送机巷或采用无轨胶轮车运输至地面。

(5)拆除矸石斜井及主水平半煤岩运输巷的带式输送机、电缆等所有设备。

(6)封闭矸石斜井井筒向下至3#联络巷段及11采区下料硐室通道。

(7)对辅助水平2#联络巷永久风窗及煤仓上口检修联络巷行车风门进行施工。

4 结论

麦垛山煤矿经过通风系统优化改造后，矿井实现分区式通风，并且解决了该矿井存在的通风问题，达到了控制分风、合理供风的要求，为麦垛山煤矿接下来的安全生产奠定了坚实可靠的基础[3]。

参考文献：

[1]兀帅东.常村煤矿通风系统技术改造与分析[J].西部探矿工程，2007(1).

[2]张新科.矿井通风系统优化改造与技术分析[J].能源技术与管理，2010(3).

[3]沈正通.分区通风系统在滥泥坪铜矿的应用探究[J].世界有色金属，2018(11)：211-212.

作者简介：苏明强(1983-)，男，汉，陕西韩城人，硕士研究生，工程师，现任麦垛山煤矿通风科科长，主要从事矿井一通三防技术管理。

作者：苏明强 张伟