CN106468281B - 一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法，它采用矿井通风网络解算软件按季节、作业时段进行需风量理论计算，按风流线路接力布置风机，风机装机巷布置风速传感器进行风量监测，依据相似原理将风量转换为风机频率，并对不同区域风机设置不同的风量允许误差，通过PLC控制系统实现风量调控。本发明从通风系统需风量计算、风机布局、风量监测、风量允许误差设置及供风量控制分配方面，全过程实现矿井通风系统的按需通风，具有运行稳定、可靠实用、通风节能的优点，适合于金属非金属地下矿山通风系统，尤其适合于多风机通风系统风机采用变频控制的地下矿山按需通风节能控制。

Description

一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法

技术领域

本发明涉及一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法，适合于金属非金属地下矿山通风系统，尤其适合于多风机通风系统风机采用变频控制的地下矿山通风系统。

背景技术

矿井通风能耗占据矿山生产能耗的很大比例，据统计矿井通风能耗高达矿山生产能耗的30％。究其原因主要是传统通风系统设计模式，按照最不利通风情况进行风机选型，待其投入运行后未能根据生产实际需要对风机风量进行合理调控，尤其是采用普通降压控制风机，风机只能工频全天运行。部分矿山虽采用风机变频控制技术，但对需风量认识不足而凭个人经验任意降频导致通风效果恶化。目前风机监控系统主要具备风机远程开停单一功能或者采用风机变频但缺乏合理变频的基础数据，纯粹追求通风节能而不顾通风效果的保障，以及虽采用风量、风压、空气品质等反馈因子进行风机闭环或联动控制但系统实用性与可操作性差。如湖南有色劳保院“矿井空气品质综合指数与通风节能联动系统”(ZL：201210154701.1)，提出空气品质综合指数与通风系统主、辅扇节能联动控制。空气品质综合指数综合计算由多个不同类型传感器采集气体及粉尘参数，传感器布置过多且布置在采掘作业面，受井下放炮、铲运等作业影响，井下气体及粉尘参数波动较大，大大降低了矿井空气品质参数的有效性，最终影响风机联动控制的稳定性、实用性及可行性。

发明内容

本发明针对矿井通风系统的风机采用变频控制但需风量认识不足采取任意降频、停止风机而导致通风效果恶化的问题，以及虽采用风量、风压、空气品质等反馈因子进行风机闭环或联动控制但系统实用性与可操作性差的问题，而提供一种操作简单、运行可靠、实用性强的既满足通风需要又经济节能的按需通风方法。

为实现本发明的上述目的，本发明一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法的技术方案为：

A1、通过需风量计算系统确定风机运行参数，即在某一季节、某一作业时段内风机按照风量理论计算的预设工况参数运行；

A2、判断通风系统出风风机供风量是否满足预设工况下风量要求，若出风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±5％)Q_需，出风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对出风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

A3、继续判断通风系统回风风机与进风风机风量的供风量是否满足预设工况下风量要求，若回风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±10％)Q_需，回风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对回风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；同时，若进风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±10％)Q_需，进风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对进风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

A4、判断通风系统分风风机供风量是否满足预设工况下风量要求，若分风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±15％)Q_需，分风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对分风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

A5、当所述的当前工况下调节变频器频率时，最大增频至工频，最小降频至25HZ运行。

要实现风量的按需分配，首先必须确定通风系统所需要的风量。需风量计算采用矿井通风网络解算通用软件，可进行多通风工况通风网络模拟解算，也是采用通风软件进行通风设计及优化的主要优势所在。通过构建三维通风网络，输入巷道摩擦阻力系数、断面规格尺寸、风机特性曲线等基础数据模拟多种通风工况的通风效果，从通风系统能耗、风量分配合理性以及有效风量率等多因素综合考虑得到不同季节、不同作业时段进风风量、分风风量、回风风量以及出风风量大小，为供风量控制分配过程中风机变频提供基础数据；

确定了通风系统所需要风风量后，必须通过一定的方法去实现风量的供给分配。供风量控制分配主要通过PLC控制系统实现，PLC控制系统由风速传感器、自动风门、风机、变频器、PLC及上位机组成，所述的风速传感器、变频器、自动风门均连接至PLC，变频器与风机连接，PLC与上位机连接。根据需风量计算的风量基础数据进行PLC编程，并能实现通风系统不同季节、不同作业时段自动切换。PLC控制系统将风量参数按照流体力学中风机风量、转速、频率三者之间的相似原理转化为风量对应的风机频率，将风机频率即给定频率输入变频器，由上位机发出指令打开风机风门及调节变频器频率，从而控制风机的运行。同时在风机装机巷设置风速传感器监测各风机实际供风量，反馈给PLC控制系统。风量监测系统检验按需通风系统模式的可靠性，实现风机闭环控制。井下不同风机设置不同的风量允许误差判断条件，根据风速传感器监测各风机实际供风量与所计算需风量进行判断比较。若监测风量与所计算需风量超过允许误差，则改变变频器的给定频率即改变风机的供风量，直至满足预设的判断条件。

与现有技术相比，本发明一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法的有益效果是：

1)预先进行不同通风工况下的需风量理论计算为供风量控制分配过程中风机变频提供基础数据。需风量计算采用矿井通风网络解算通用软件，可进行多通风工况的通风网络模拟解算。计算结果可靠、可信度高，需风量计算综合考虑季节变化引起通风系统自然风压变化带来的井下风量变化，作业时段不同下作业人员、采掘作业情况等不同所需要的风量变化；

2)供风量控制分配主要通过PLC控制系统实现，PLC控制系统将风量参数按照流体力学中风机风量、转速、频率三者之间的相似原理转化为风量对应的风机频率，通过PLC控制系统给定各风机变频器频率，PLC控制系统运行可靠、可操作性强；

3)设置不同等级的风量允许误差，克服了传统的通过实时风量反馈的风机闭环控制模式而频繁改变风机运行频率所带来的风机运行极不稳定问题，在保证通风安全的基本前提下挖掘了最大的通风节能潜力。根据井下通风系统风机在通风系统中所服务通风区域、所起作用不同以及不同区域风量变化幅度特点，对井下风机风量设置不同允许误差的判断条件，分等级、分层次识别判断，符合井下通风系统风量动态变化、通风系统相对稳定的特点。一般通风系统风机出风风机在一定时期，风量稳定，为系统总风量，进风风机与出风风机较为稳定，而用风区域受运输、采掘作业影响大，风量变化幅度大。

附图说明

图1为本发明一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法的流程图。

图2为本发明一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法的风机布局及风量分配结构示意图。

附图标记为：1-进风风机；2-分风风机；3-回风风机；4-出风风机；5-风机远程监控中心；6-进风井；7-副井；8-回风井

具体实施方式

为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对本发明一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法做进一步详细说明。

由图1所示的一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法的流程图，本发明的技术方案具体实施时，按照风机理论计算工况下运行后，可以采用以下步骤：

(1)、通过需风量计算系统确定风机运行参数，即在某一季节、某一作业时段内风机按照风量理论计算的预设工况参数运行；

(2)、判断通风系统出风风机供风量是否满足预设工况下风量要求，若出风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±5％)Q_需，出风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对出风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

(3)、继续判断回风风机和进风风机风量的供风量是否满足预设工况下风量要求，若回风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±10％)Q_需，回风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对回风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；同时，若进风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±10％)Q_需，进风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对进风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

(4)、判断通风系统分风风机供风量是否满足预设工况下风量要求，若分风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±15％)Q_需，分风风机按照原预设工况正常运行，若不满足，则对分风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求。

(5)、当所述的当前工况下增加变频器频率时，最大增频至工频，若降低频率时，最小降频至25HZ运行。

以下结合附图2详细说明本发明的一个优选实施例。

结合图2本发明一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法的风机布局及风量分配结构示意图，实施例中选取自上之下的一、二、三中段表示。按照风流的线路接力布置风机，通风系统进风段布置进风风机(1)，用风作业区域布置分风风机(2)，回风段布置回风风机(3)，地表布置出风风机(4)，同时在地表布置了风机远程监控中心(5)。需风量计算系统采用矿井通风网络解算，从通风系统能耗、风量分配合理性以及有效风量率等多因素综合考虑得到不同季节、不同作业时段通风系统风量分配。新鲜风流自进风井(6)、副井(7)分别进入井下，一中段进风风机(1)风量Q1a，自副井进入风量Q1b，用风区域分风风机(2)风量Q11、Q13，其他巷道风量Q12，回风段回风风机(3)风量Q1，根据风量平衡Q1a+Q1b＝Q11+Q12+Q13＝Q1；二中段进风风机(1)风量Q2a，自副井(7)进入风量Q2b，用风区域分风风机(2)风量Q21、Q23，其他巷道风量Q22，回风段回风风机(3)风量Q2，根据风量平衡Q2a+Q2b＝Q21+Q22+Q23＝Q2；三中段进风风机(1)风量Q3a，自副井(7)进入风量Q3b，用风区域分风风机(2)风量Q31、Q33，其他巷道风量Q32，回风段回风风机(3)风量Q3，根据风量平衡Q3a+Q3b＝Q31+Q32+Q33＝Q3；三个中段最后总风流经回风井(7)地表出风风机(4)排出风量Qc，根据风量平衡Qc＝Q1+Q2+Q3。

地表风机远程监控中心(5)进行供风量控制分配，设置风机PLC控制系统，PLC控制系统主要由风速传感器、自动风门、风机、变频器、PLC及上位机组成，所述的风速传感器、变频器、自动风门均连接至PLC，变频器与风机连接，PLC与上位机连接。根据需风量计算中通风网络解算得到各风机装机巷风量基础数据进行PLC编程，将出风风机风量Qc、回风风机Q1、Q2、Q3，分风风机Q12、Q13、Q21、Q23、Q31、Q33，进风风机Q1a、Q2a、Q3a，按照流体力学风机风量、转速、频率三者之间的相似原理转化为对应的风机频率，通过PLC将风机频率即给定频率输入变频器，由上位机发出指令打开风机风门及调节变频器频率，从而控制风机的运行。

同时，设置风量监测系统，在风机装机巷设置风速传感器监测实际供风量，风速传感器与PLC连接反馈现场实际供风量，直接反映了按需通风控制技术的通风效果以及实现风机闭环控制。对于出风风机，当出风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±5％)Qc时，风机风量不做调整；对于回风风机，当回风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±10％)Q1时，回风机风量不做调整；对于进风风机，当进风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±10％)Q1a时，进风机风量不做调整；对于分风风机，对分风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供＝(1±15％)Q11时，分风风机风量不做调整。

Claims (4)

1.一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法，采用矿井通风网络解算软件进行需风量计算，通过PLC控制系统实现供风量分配控制并进行风量监测，其特征在于，包括以下步骤：

A1、通过需风量计算系统确定风机运行参数，即风机按照风量理论计算工况参数下运行；

A2、判断通风系统出风风机供风量是否满足预设条件下风量要求，若满足出风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供1＝(1±5％)Q_需1，出风风机按照原预设条件正常运行，若不满足，则对出风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

A3、继续判断通风系统回风风机与进风风机风量的供风量是否满足预设条件下风量要求，若满足回风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供2＝(1±10％)Q_需2，回风风机按照原预设条件正常运行，若不满足，则对回风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；同时，若满足进风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供3＝(1±10％)Q_需3，进风风机按照原预设条件正常运行，若不满足，则对进风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

A4、判断通风系统分风风机供风量是否满足预设条件下风量要求，若满足分风风机装机巷风速传感器监测供风量Q_供4＝(1±15％)Q_需4，分风风机按照原预设条件正常运行，若不满足，则对分风风机变频器以1HZ幅度调频，直至满足预设条件下风量要求；

A5、在当前工况下调节变频器频率时，最大增频至工频，最小降频至25HZ运行。

2.如权利要求1所述的一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法，其特征在于：需风量计算综合考虑季节变化引起通风系统自然风压变化带来的井下风量变化，作业时段不同下作业人员所需风量变化，不同采掘作业情况所需风量变化。

3.如权利要求1所述的一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法，其特征在于：供风量分配控制系统通过PLC控制系统实现，PLC控制系统将风量参数按照流体力学中风机风量、转速、频率三者之间的相似原理转化为风量对应的风机频率，通过PLC控制系统给定各风机变频器频率。

4.如权利要求1或3所述的一种实现地下矿山井下风量按需分配的通风节能控制方法，其特征在于：风量监测在装机巷设置风速传感器监测各风机实际供风量，检验按需通风系统模式的可靠性，并按照不同区域风机设置不同风量允许误差判断条件，实现各风机闭环控制。