应用面向对象实现矿井节能通风设计
摘要：矿井通风设计是矿井设计的重要内容，也是表现矿井设计品质与水平的重要因素。本文详细分析了矿井通风体系的能源消耗状况，引进面向对象的分析方式，对于不相同的矿井通风体系给出了面向对象的矿井通风体系。依照矿井的详细状况对通风控制体系实行选型和综合思虑，整理出了具有针对性的通风控制体系。这个体系在调节试验之后能够完成矿井通风体系的高效、节能运作。
关键词：面向对象；矿井节能；通风设计
中图分类号：TU834.3+5 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0247-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.120
Abstract： Mine ventilation design is an important part of mine design， and it is also an important factor to express mine design quality and level. This paper analyzes the energy consumption of the mine ventilation system in detail， introduces the object-oriented analysis method， and gives the object-oriented mine ventilation system for the different mine ventilation system. According to the detailed condition of the mine， the ventilation control system is selected and integrated， and the targeted ventilation control system is sorted out. This system is able to complete the efficient and energy efficient operation of the mine ventilation system after the adjustment test.
Key words： object-oriented； mine energy saving； ventilation design
礦井通风机是煤矿高消耗能源的大型设备，依照矿区整个自动化水平的不同，通风消耗电量占总体消耗电量的百分之三十到五十。跟着开掘时间的增长、存储数量缩减、能源逐渐缺乏，开掘难度增大，跟着设备持续老化，致使资源消耗逐渐增多，产生了产量缩减电量不减和“大马拉小车”等许多不好状况。因而，在不同阶段，要对矿井通风机与脉络实行改建，让风机和脉络相配合，来实现安全、节能的目的。
1 通风系统节能分析
1.1 通风系统调速现状
现在，矿井通风体系中运用变频调速技术来实行风机节能抑制的比率持续增多，但是还缺乏运用抑制体系的思想。一般的做法都是：依照经验给调速体系实行人工调速，实现顺应不同负载的要求。整个而言，仅仅依托经验来实行操纵，并不能展现调速体系的自动化与智能化的特征，没有真正展现出调速体系的效用。一般现存矿井依照季节或者局限数据来对风机主扇实行调速处置，让其工作在不同负载[1]。例如，在冬天风量比较小时，能够使用人工减少风机负载来实现节能的目的。因此，现存变频调速的抑制体系大多数状况下仅仅依照落后的数据或者是不靠谱的经验来对风机主扇或者局扇实行粗放型调速来更改风机的负载。这就致使通过智能化改建的通风系统不能获得合理运用，不能足够展现出智能抑制、变频调速的效用。这种状况和煤炭工业的从粗放型抑制治理想集约智能化抑制治理的进展趋向不相适应，为了顺应这样的趋向就一定要对煤矿通风系统的抑制系统状况实行转变。
1.2 运用面向对象的方式来思考现存通风系统
运用面向对象方式的思维来思考矿井通风系统的设计问题。一般情况下，一个矿井的设计要思考到许多层面，通风系统是当中主要的子系统，通风系统的设计要依照矿井其余系统与数据实行整体思考。所触及的主要的数据是煤层地质特征、气体流出元素、气体流出数量、气体流出数量的转变特征等主要数据。
依照煤层地质特征、流出气体元素能够对可以燃烧气体传感器实行选择，如果选取半导体气敏传感器能够检测流出气体是CH4和其它烃类的碳氢化合物；还能够依照流出气体元素将检测烃类的传感器与检测其余可以燃烧气体的传感器构成检测传感器脉络来获得更加详细的气体元素讯息，选择完传感器的型号后依照传感器数目与特征选取适当的信号调节设备与数据收集设备[2]。之后依照数据收集硬件进行选取适当的数据解析与抑制软性相匹配的实行单位发挥作用来实现调节调速体系的效用，并且最后转变通风系统的工作状态。其基础系统工作原理如下图所示。
2 系统软件选择与设计
2.1 常用控制手段
通常使用的工控手段，例如之前的集散抑制体系能够实行工业流程的抑制，他的特征就是集成化水平较高、抑制的平稳性、确切度、及时性比较好、维护量小、抑制点数多，但是成本较高，系统非常大、设备交替性差，不适合用在煤矿的小抑制量体系。
2.2 组态软件
组态软件是数据收集监测体系SCADA的软件工具，他是工业运用软件的重要构成部分。它从之前单一的人机界面往数据处置机方面进展，处理的数据量也逐渐增多。跟着组态软件本身和抑制体系的进展，监测组态软件部分和硬件产生分离，给自动化软件的进展供应了足够展现作用的平台[3]。
通常使用的组态软件功能比较强，但是平稳性与确切抑制性较差，并且函数运算与数据处置功能也较差，软硬件插口等地方还要提升。鉴于这些，应该思考运用组态软件联合其余抑制软件一起实现小系统的测验与抑制任务。
2.3 软件系统设计
软件系统通常是由数据收集板块、数据展现板块、数据整体处置板块和输出抑制信号板块等几个板块构成。
数据收集板块主要担负收集传感器输入的讯号，依照不一样的气敏传感器特征看是不是要进行讯号调整板块，收集的讯号主要是CH4气体元素讯号、CO气体元素讯号、H2气体元素讯号、O2气体元素讯号、稳定讯号、湿度讯号等多种讯号。能够选用NI板卡来实现数据收集任务。新型的NIPCI-6238是一种带隔离的M系列多功能数据收集板卡，能够和现在检测与抑制体系相连接。其拥有隔离的安全性与定时、放大和校准技术的确切行，供应确切检测和确切抑制。
3 面向具体矿井的通风系统
3.1 根本矿井通风系统结构
一般的矿井都要包含最少一个掘进工作面、开采工作面、主进回风巷、开采区域进回风巷和老空区等监控对象。
3.2 传感器的选型
依照煤层地质材料，解析煤层流出气体主要元素是甲烷，它是电子供应性气体，因此要选取增加Pd的SnO2类别气敏传感器，加强CO气体传感器来当做协助传感器来增强掌控微量气体元素的变化。想要增强安全性，就必须要定时收集气体样本到化验室运用气相色谱法解析气体元素，跟现场数据来对比，以此来增强数据的可靠度。
在各个关键点上都要安装一定数目的传感器。详细传感器分布点如下图所示：
依照上图能够看出，矿井每个关键点传感器数据传送到数据收集分站，然后再由分站传送到地面收集中心站，中心站主机选用PLC板块能够让系统在短时间里自动反映外面的转变，给相关分站、闭锁或者是传感器发出抑制命令，进而缩减了人工原因产生的时间延误，并且能够完成交叉断电。系统可以经过GSM网络将报警讯息按照事先的设计传送到远端有关设备或者有关网络上，这样可以快速便捷地掌握系统的运作情况，现在很多矿井都市选用的这种方法。
4 实施方案
煤矿开掘是一个动态转变的经过，挖掘的每一个时段条件都会产生变化，先要完成通风系统的整体经济运作，就一定要从挖掘生命周期、挖掘布局、通风设计、矿井地质特征、设备选型与科学经过等多个层面选用合理可行的方式，让矿井设计风网和风机、挖掘状况相配合。依照矿井特点讯号的不同，系统选择主要的可以燃烧气体讯号当做输入实行模糊逻辑判断，最终模仿人脑的推断流程给出最为合适的结果。经过施行部门对相应变频器完成智能抑制，调节风机的运作状况，让风机主扇与局扇处在经济运作状态，充分展现风机的效用，实现安全、节能的目的。
为了实现上面的想法，通过调查后，对神华新疆能源有限责任公司的煤矿系统、地质特点生命周期和通风系统等多个层面解析后，先从其1#井筒201局扇材料实行研讨和解析[4]。这个井筒处在中段生命，所需风量有所下降（从50.5m3/S下降到45m3/S），风网阻力同样有比较明显的下降（从1205Pa下降到898Pa），估计这种情况会维持3年，并且还会有下降的情况。现在装了75KW与55KW的电机各一个，通过改建之后既能保障了风量又可以看到了明显的节能功效，改建前后的结果可以在下图看出：
改建之后缩减了一个风机的运作，把这个风机转变成了备用，减少了风压307Pa，风机效率也提升了23.7%，电机符合整体提升了8.3%，完成了风机高效能、高负荷运转；改建后，电机损耗功率下降了28.5KW，节省电率也到了34.7%，实现了初期的预计效果。
5 结语
伴随着矿井生命周期的进程，矿井的状况将会产生更深一步的转变，同时控制系统也会更进一步的减少电机工作频率、转速和功率，当人工核对完成数据确切性、高效性，能够确定系统可以转变工作状态，这个时候，系统将会进入在更加节能、更加安全高效的运作状态。
参考文献
[1]林增勇.矿井通风可视化系统研究与应用[D].北京：中国地质大学，2008.
[2]范辉.基于虚拟现实技术的可控可视化矿井通风研究[D].太原：太原理工大学，2007.
[3]陈伟.全自动矿井通风机监测、调节系统的研究与设计[D].湖南：湖南工業大学，2007.
[4]苏建栋. 浅谈井下矿井通风节能技术的应用[J]. 能源与节能，2017，（02）：80-81.
作者简介：李向东（1983-），男，内蒙古工业大学自动化专业，工学学士，中国矿业大学资源与安全工程学院采矿工程专业，工程硕士。
关键词：面向对象；矿井节能；通风设计
中图分类号：TU834.3+5 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0247-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.120
Abstract： Mine ventilation design is an important part of mine design， and it is also an important factor to express mine design quality and level. This paper analyzes the energy consumption of the mine ventilation system in detail， introduces the object-oriented analysis method， and gives the object-oriented mine ventilation system for the different mine ventilation system. According to the detailed condition of the mine， the ventilation control system is selected and integrated， and the targeted ventilation control system is sorted out. This system is able to complete the efficient and energy efficient operation of the mine ventilation system after the adjustment test.
Key words： object-oriented； mine energy saving； ventilation design
礦井通风机是煤矿高消耗能源的大型设备，依照矿区整个自动化水平的不同，通风消耗电量占总体消耗电量的百分之三十到五十。跟着开掘时间的增长、存储数量缩减、能源逐渐缺乏，开掘难度增大，跟着设备持续老化，致使资源消耗逐渐增多，产生了产量缩减电量不减和“大马拉小车”等许多不好状况。因而，在不同阶段，要对矿井通风机与脉络实行改建，让风机和脉络相配合，来实现安全、节能的目的。
1 通风系统节能分析
1.1 通风系统调速现状
现在，矿井通风体系中运用变频调速技术来实行风机节能抑制的比率持续增多，但是还缺乏运用抑制体系的思想。一般的做法都是：依照经验给调速体系实行人工调速，实现顺应不同负载的要求。整个而言，仅仅依托经验来实行操纵，并不能展现调速体系的自动化与智能化的特征，没有真正展现出调速体系的效用。一般现存矿井依照季节或者局限数据来对风机主扇实行调速处置，让其工作在不同负载[1]。例如，在冬天风量比较小时，能够使用人工减少风机负载来实现节能的目的。因此，现存变频调速的抑制体系大多数状况下仅仅依照落后的数据或者是不靠谱的经验来对风机主扇或者局扇实行粗放型调速来更改风机的负载。这就致使通过智能化改建的通风系统不能获得合理运用，不能足够展现出智能抑制、变频调速的效用。这种状况和煤炭工业的从粗放型抑制治理想集约智能化抑制治理的进展趋向不相适应，为了顺应这样的趋向就一定要对煤矿通风系统的抑制系统状况实行转变。
1.2 运用面向对象的方式来思考现存通风系统
运用面向对象方式的思维来思考矿井通风系统的设计问题。一般情况下，一个矿井的设计要思考到许多层面，通风系统是当中主要的子系统，通风系统的设计要依照矿井其余系统与数据实行整体思考。所触及的主要的数据是煤层地质特征、气体流出元素、气体流出数量、气体流出数量的转变特征等主要数据。
依照煤层地质特征、流出气体元素能够对可以燃烧气体传感器实行选择，如果选取半导体气敏传感器能够检测流出气体是CH4和其它烃类的碳氢化合物；还能够依照流出气体元素将检测烃类的传感器与检测其余可以燃烧气体的传感器构成检测传感器脉络来获得更加详细的气体元素讯息，选择完传感器的型号后依照传感器数目与特征选取适当的信号调节设备与数据收集设备[2]。之后依照数据收集硬件进行选取适当的数据解析与抑制软性相匹配的实行单位发挥作用来实现调节调速体系的效用，并且最后转变通风系统的工作状态。其基础系统工作原理如下图所示。
2 系统软件选择与设计
2.1 常用控制手段
通常使用的工控手段，例如之前的集散抑制体系能够实行工业流程的抑制，他的特征就是集成化水平较高、抑制的平稳性、确切度、及时性比较好、维护量小、抑制点数多，但是成本较高，系统非常大、设备交替性差，不适合用在煤矿的小抑制量体系。
2.2 组态软件
组态软件是数据收集监测体系SCADA的软件工具，他是工业运用软件的重要构成部分。它从之前单一的人机界面往数据处置机方面进展，处理的数据量也逐渐增多。跟着组态软件本身和抑制体系的进展，监测组态软件部分和硬件产生分离，给自动化软件的进展供应了足够展现作用的平台[3]。
通常使用的组态软件功能比较强，但是平稳性与确切抑制性较差，并且函数运算与数据处置功能也较差，软硬件插口等地方还要提升。鉴于这些，应该思考运用组态软件联合其余抑制软件一起实现小系统的测验与抑制任务。
2.3 软件系统设计
软件系统通常是由数据收集板块、数据展现板块、数据整体处置板块和输出抑制信号板块等几个板块构成。
数据收集板块主要担负收集传感器输入的讯号，依照不一样的气敏传感器特征看是不是要进行讯号调整板块，收集的讯号主要是CH4气体元素讯号、CO气体元素讯号、H2气体元素讯号、O2气体元素讯号、稳定讯号、湿度讯号等多种讯号。能够选用NI板卡来实现数据收集任务。新型的NIPCI-6238是一种带隔离的M系列多功能数据收集板卡，能够和现在检测与抑制体系相连接。其拥有隔离的安全性与定时、放大和校准技术的确切行，供应确切检测和确切抑制。
3 面向具体矿井的通风系统
3.1 根本矿井通风系统结构
一般的矿井都要包含最少一个掘进工作面、开采工作面、主进回风巷、开采区域进回风巷和老空区等监控对象。
3.2 传感器的选型
依照煤层地质材料，解析煤层流出气体主要元素是甲烷，它是电子供应性气体，因此要选取增加Pd的SnO2类别气敏传感器，加强CO气体传感器来当做协助传感器来增强掌控微量气体元素的变化。想要增强安全性，就必须要定时收集气体样本到化验室运用气相色谱法解析气体元素，跟现场数据来对比，以此来增强数据的可靠度。
在各个关键点上都要安装一定数目的传感器。详细传感器分布点如下图所示：
依照上图能够看出，矿井每个关键点传感器数据传送到数据收集分站，然后再由分站传送到地面收集中心站，中心站主机选用PLC板块能够让系统在短时间里自动反映外面的转变，给相关分站、闭锁或者是传感器发出抑制命令，进而缩减了人工原因产生的时间延误，并且能够完成交叉断电。系统可以经过GSM网络将报警讯息按照事先的设计传送到远端有关设备或者有关网络上，这样可以快速便捷地掌握系统的运作情况，现在很多矿井都市选用的这种方法。
4 实施方案
煤矿开掘是一个动态转变的经过，挖掘的每一个时段条件都会产生变化，先要完成通风系统的整体经济运作，就一定要从挖掘生命周期、挖掘布局、通风设计、矿井地质特征、设备选型与科学经过等多个层面选用合理可行的方式，让矿井设计风网和风机、挖掘状况相配合。依照矿井特点讯号的不同，系统选择主要的可以燃烧气体讯号当做输入实行模糊逻辑判断，最终模仿人脑的推断流程给出最为合适的结果。经过施行部门对相应变频器完成智能抑制，调节风机的运作状况，让风机主扇与局扇处在经济运作状态，充分展现风机的效用，实现安全、节能的目的。
为了实现上面的想法，通过调查后，对神华新疆能源有限责任公司的煤矿系统、地质特点生命周期和通风系统等多个层面解析后，先从其1#井筒201局扇材料实行研讨和解析[4]。这个井筒处在中段生命，所需风量有所下降（从50.5m3/S下降到45m3/S），风网阻力同样有比较明显的下降（从1205Pa下降到898Pa），估计这种情况会维持3年，并且还会有下降的情况。现在装了75KW与55KW的电机各一个，通过改建之后既能保障了风量又可以看到了明显的节能功效，改建前后的结果可以在下图看出：
改建之后缩减了一个风机的运作，把这个风机转变成了备用，减少了风压307Pa，风机效率也提升了23.7%，电机符合整体提升了8.3%，完成了风机高效能、高负荷运转；改建后，电机损耗功率下降了28.5KW，节省电率也到了34.7%，实现了初期的预计效果。
5 结语
伴随着矿井生命周期的进程，矿井的状况将会产生更深一步的转变，同时控制系统也会更进一步的减少电机工作频率、转速和功率，当人工核对完成数据确切性、高效性，能够确定系统可以转变工作状态，这个时候，系统将会进入在更加节能、更加安全高效的运作状态。
参考文献
[1]林增勇.矿井通风可视化系统研究与应用[D].北京：中国地质大学，2008.
[2]范辉.基于虚拟现实技术的可控可视化矿井通风研究[D].太原：太原理工大学，2007.
[3]陈伟.全自动矿井通风机监测、调节系统的研究与设计[D].湖南：湖南工業大学，2007.
[4]苏建栋. 浅谈井下矿井通风节能技术的应用[J]. 能源与节能，2017，（02）：80-81.
作者简介：李向东（1983-），男，内蒙古工业大学自动化专业，工学学士，中国矿业大学资源与安全工程学院采矿工程专业，工程硕士。
