金属矿智能通风设计方案.docx

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金属矿智能通风设计方案

金属矿智能通风系统

设

计

方

案

书

二零一三年六月

目录

设计总纲

第一章.XX矿基本概况

第二章.XX矿通风系统智能化方案--通风系统优化

2.1XX矿通风系统优化的步骤

2.2阻力测定的有关规定、内容及目的

2.3测点的布置原则

第三章.XX矿通风系统智能化方案--安装智能通风构筑物

3.1智能风门的安装方案

3.2智能风窗的安装方案

3.3智能局扇和主扇安装方案

第四章.XX矿通风系统智能化方案--安装传感器及基站

4.1风速传感器布置

4.2温度传感器布置

4.3一氧化碳传感器布置

4.4风门开关传感器布置

4.5粉尘传感器布置

4.6其他传感器布置

4.7基站的布置

第五章.XX矿通风系统智能化方案--安装控制中心

5.1软件特点

5.2主要功能菜单

5.3主要功能

5.4软件与硬件的连接

5.5监控中心组成

第六章.XX矿通风系统智能化方案--程序调试

第七章.XX矿通风系统智能化方案--人员培训

第八章.XX矿通风系统智能化改造注意事项

设计总纲

XX矿实现全矿井统智能化通风是为了解决矿井各个盘区的风量分配不均匀的目的，通过实现全矿井通风系统的智能化，风机采用可智能化调节的变频技术，可以大大节约通风成本，可以实现矿井的通风即不会出现通风不足，也不会出现通风过量的问题；在解决了满足矿井通风要求的前提下，通过智能调节，利用变频技术，可以大大节约风机的用电量，从而节约电费。

该位于甘肃XXX，年产镍矿石130多万吨。

该矿的井下污风主要是采矿爆破时产生的炮烟、柴油设备排出的废气等，还有井下有些地方的温度较高，故该矿的智能化设计，是以用风地点的需风量参数为主要依据，温度、粉尘等参数作为辅助依据。

通风系统智能化是将风量传感器等传感器布置在井下的通风巷道中，实时监测各用风地点参数，并将数据传输到地面的监控中心，再通过全矿井通风系统智能软件解算得出各地点的风量大小是否合理。

全矿井通风系统智能软件将命令下达给转换器和信号发生器，并通过监控中心的转换器下达调节智能化的风机、风门、风窗等通风构筑物的命令，实现各用风地点的合理配风。

整个全矿井通风系统智能软件的智能通风操作过程是通过在电脑前简单的“鼠标”操作完成，通风系统调节在10分钟左右就能完成，极大的降低了人力和物力的投入，提高了劳动生产效率，全矿井的智能化通风系统将会成为未来矿井通风的主要发展方向。

节能效果：

我厂生产的智能通风机，经过国家权威部门的鉴定，总体节能效果可以达到30%，XX矿井下的辅扇全部安装后，总的装机容量达到2500KW左右；在满足井下通风的前提下，风机配备变频器，利用智能调节，设计工况工频运行时的电机输出功率P=1350KW，电机效率为η1=0.92；风机效率为η2=0.83，转速比n=0.8时风机效率为η3=0.8，变频后的电机效率为η4=0.875.

变频前电机的输入功率P1。

P1=P/η1=2250/0.92=2445.6KW

计算变频后电机实际输出功率P2。

P2=P×η2×n³/η3×η4=2250×0.83×0.8³/0.8×0.875=1365.94KW

风机节约功率：

ΔP=P1-P2=2445.6-1365.94

=1079.66KW

每度电费按0.7元/kwh计算，则一年节约电费：

1079.66kW/h×24h/天×365天/年×1年×0.7元/kWh=662.04万元。

节能效果显著。

3年可以节约电费：

662.04×3年=1986.12万元。

即是说，3年后，整个智能通风系统相当于是免费给矿方使用。

第一章、XX矿基本概况

XX矿位于XX市，年产量130多万吨，该矿井开采坑内空气污染的主要原因是柴油设备排出的废气和爆破炮烟造成的污染。

XX矿井下的现在的通风方式是采用中央抽出式通风方式，主扇布置在地表44行；46行副井、36行措施井、主斜坡道三个巷道进风，44行东主井回风；F17以东采场以1200水平位主回风水平，F17以西以1350水平为主回风水平。

1.主要的通风路线有条：

第一条：

F17以东：

46行副井进风，新鲜风流一部分通过1150水平石门、1150沿脉运输巷道进入采场，另一部分新鲜风流经1050水平石门和东侧人行通风小井、管缆井达到1150分段后进入采场。

设计有10m³/s新鲜风流进入粉矿回收系统。

第二条：

F17以西：

36行措施井、主斜坡道进风，新鲜风流经斜坡道进入采场。

污风由才场的回风井进入1350水平主回风道，从东主井排出地表。

F17以东和F17以西形成并联通风网络。

风量分配：

矿井总通风量163m³/s，其中46行副井进风125m³/s,36行措施井进风30m³/s，斜坡道进风8m³/s.

2.井下的用风地点及所需风量：

井下共有2个大的用风区域：

（1）F17以东，需风132m³/s；又分为5个盘区，每个盘区需风为25m³/s；有10m³/s新鲜风流进入粉矿回收系统。

（2）F17以西，需风30m³/s.

3.井下的通风构筑物：

XX矿井下的通风构筑物包括风门、风窗、局部风机等。

很多通风构筑物为工程施工完成，不需要智能化改造。

需要改造的通风构筑物必须由专业人员安装，并且测试通风构筑物的性能。

第二章、通风系统智能化方案--通风系统优化

通风系统优化是XX矿通风系统智能化的第一步，主要是保证XX矿通风系统的正确性、稳定性和节能要求。

同时为通风系统实现智能化控风提供必要的条件。

2.1XX矿通风系统优化的步骤

1、根据XX矿准确的通风系统图，完成XX矿通风系统的测量工作。

主要的测量工作包括：

通风系统中的巷道类型、长度、摩擦系数、断面、岩性等。

2、在通风系统图中，编写节点、通风路线、通风构筑物等。

3、根据通风系统图中的节点和通风路线，测量每个节点之间的阻力差，找出通风系统中可能存在的问题。

4、把通风理论与实际相结合，对XX矿的通风系统进行优化，计算出XX矿的最大阻力路线，根据各条线路的实际需风量，计算出每条通风线路的阻力，编写通风系统优化施工方案书。

5、按照XX矿通风系统优化方案书的施工内容和注意事项，对井下的通风系统进行整改，调节主要通风机的参数，满足优化后的通风需要。

6、通风系统优化完成后，对新的矿井通风系统进行安全验证，测量用风地点的风量是否全部满足要求，主要通风机是否运行正常，通风构筑物安装是否正确等。

2.2阻力测定的有关规定、内容及目的

1、阻力测定的有关规定及要求

《矿山安全规程》规定：

“新井投产前必须进行1次矿井通风阻力测定，以后每三年至少进行1次。

矿井转入新水平生产或改变一翼通风系统后，必须重新进行矿井通风阻力测定。

”

2、系统测定的内容

1）结合XX矿目前的实际情况，对矿井现有通风系统中的主要通风路线进行细测；

2）对所有测点进行全面测定，以便掌握矿井通风系统中主要通风井巷的通风阻力、典型巷道摩擦阻力系数、实际风量、风速和有效通风断面积等参数；

3）对测定原始资料及数据进行详细计算和分析，了解矿井现有通风系统状况，分析当前矿井通风系统中存在的技术问题，对其实际状况进行总体评价，并对矿井通风系统测定工作进行评述。

3、阻力测定的目的

矿井通风阻力大小及其分布是否合理，直接影响矿井主要通风机的工况点和井下各个盘区工作面的风量分配，也是评价矿井通风系统和通风管理优劣的主要指标之一，为了及时掌握矿井通风系统阻力变化情况，有必要进行矿井通风阻力测定。

通过对XX矿矿井通风阻力全面的测定，有利于弄清矿井通风系统阻力分布状况，为改善矿井通风管理提供了依据。

XX矿通风系统测定的最终目的在于：

综合矿井主要通风机实际运转情况，了解矿井现有通风系统中相关通风巷道的风量和阻力分布情况，找出合理风量与高风阻区段，优化生产区域配风状况，提高矿井通风工作质量和经济效益，并为矿井通风系统智能化改造提供技术资料和依据。

2.3测点的布置原则

依据阻力测定的目的和要求，布置测点时考虑了以下基本原则：

1、测点布置应根据所测矿井通风系统的特点，尽可能避开靠近井筒、杂物堆积、矿车堵塞巷道的通风断面处或安设有主要风窗、风门的地方；

2、测点前后3m内巷道支护情况良好；

3、设定测点时尽量使两相邻测点间的压差不小于20Pa，又不大于仪器的量程；

4、测点布置在井巷的分叉、汇流、转弯等风量及过风断面变化显著的位置时，选在前方不得小于巷道宽度的3倍，选在后方不得小于巷道宽度的8倍；

5、测点的布置密度应能控制住井巷主要通风路线的阻力分布及风量变化情况、并尽可能将测点布置在巷道内顶扳或底板标高已知的导线点上或其附近位置。

第三章通风系统智能化方案--安装智能通风构筑物

XX矿主要的通风构筑物包括：

智能风门、智能风窗、智能局扇、智能主扇。

通风构筑物的安装位置主要和通风系统中的位置一致。

智能化的通风构筑物控制线路为专线，这样有利于通风构筑物的调节及时和准确。

3.1智能风门的安装方案（根据矿井实际情况，决定在哪些地方需要安装）

调节风量的风门：

此种风门是智能化通风系统中的主要调节设施，是调节系统的基本支持设施。

XX矿涉及到的此种风门主要布置在盘区的总回巷道中，根据XX矿通风系统，可以得出此种风门大约12对。

主要在1020水平破碎硐室、1000水平皮带道、951水平粉矿回收道与1350总回风道中使用。

此种风门的特点是既要行人或行车，还要起到调节风量的作用，两端的压差不大，因为两端的压力大，对主要风机的能源消耗大，造成能源的浪费和经济的损失。

是全矿井智能化设计的基础技术之一。

对于此种风门的安装主要要求可以起到调节风量的作用，同时，使用寿命较长。

在现场安装的过程中也应注意密封的要求。

此种风门提供通风系统的安全性和可靠性。

特别注意在风门上的调节设施打不开的情况下，有必要的补助措施。

3.2智能风窗的安装方案

智能风窗主要是调节不行人的巷道中的风量，根据XX矿的实际情况，在1050水平的破碎机房的巷道中可以布置智能化的风窗。

智能风窗的安装位置根据全矿井通风系统优化方案与现场实际来确定。

风窗的作用就是调节风量，增加通风阻力，有效地调节矿井的需风量的大小，其两端的压力比较大，要求在两端布置测压装置，并与智能系统的线路连接。

在施工过程中还应主要密封性。

风窗主要通过的风量较小，需要阻力大。

3.3智能局扇和主扇安装

智能局扇和主扇的安装，主要按照XX矿通风系统优化的方案进行。

再将两者的控制部分与通风智能系统连接，就可以了。

智能局扇

为实现矿井局部通风智能化，使用我厂生产的局部智能通风系统，具体如下：

在下一步1150水平副中段开通以后，在1150水平副中段安装10台我厂生产的智局扇，实现对五个盘区的均匀供风，每台风机的风量与风压，在1150水平副中段的巷道完成后，对每台风机需要的风量与阻力做测量后才能确定，还要对接力回风井的风机进行智能化改造：

1）智能风机

风机型号FBDY—NO7.1/2×55（注：

单机，不需要备机）

电压等级：

；叶轮直径：

710mm；

风量：

≥12.5m3/s；全压：

Pa；

最高全压效率：

≥80%；比A声级[dB（A）]：

≤25dB；

数量：

10台

2）配套变频器主要技术参数

型号：

额定功率：

2×55kw；额定电压：

？

伏

数量：

10台/套

3）矿用风机用隔爆兼本质型真空电磁启动器（智能开关）主要技术参数

型号：

额定电压：

（根据矿方客户实际情况选择默认等级）

额定电流：

数量：

10台/套

2、功能要求、实现功能

1）以风量传感器信号为控制依据，实现按需供风，初始参数（风量）可以设定；

2）闭环控制系统，它的主要功能是通过井下传感器、井下分站采集的参数来确定供风量的多少，采用PLC与变频器组成的控制系统，对风机转速实时调控，避免了局部通风机供风的“一风吹”现象，从而解决矿井5个盘区按需供风的问题；

3）正常通风状态下，利用巷道平均布置的2个风量传感器监测到的风量的平均值为主控制依据，根据矿井风量要求，自动控制局扇转速，从而实现安全、可靠的矿井供风要求。

4）可通过变频器显示面板和智能控制开关的显示面板的人机界面设置变频器输出频率，以控制局扇的转速来调节风量。

5）系统的通过上位机软件监控系统，能够实时监测系统的运行状况；

6）智能控制开关采用PLC的控制方式，和变频器配套，组成闭环控制系统；

7）系统预留了以太网口，方便并接井下环网实现地面监控。

3、系统监控功能

1）在上位机显示变频器运行电流、电压、功率、故障信息、矿井风量、风机等实时状态；并能够在上位机进行风机的启动、停止、增频、减频、参数设置等人机操作。

2）上位机具有报警功能及数据查询功能。

4设备安装要求

根据现场的实际情况及条件确定智能局部通风成套装置安装位置和安装方式，系统调试由我公司派技术人员负责指导调试。

根据XX矿的通风系统图，需要安装10套局部智能局扇。

注意要改变现在局扇的安装方式，不能出现在局扇区域形成循环风流。

主扇智能化

主风机智能化是指使用我厂设计生产的主风机在线监测与控制系统，JKZ系列矿用主通风机在线监控与故障诊断控制系统，利用监测到的风量及矿井各个用风地点的需风量的变化，智能调节主风机的转速，来实现主风机的通风智能调节。

主风机的风量智能调节是根据矿井的总风量的变化来调节的。

一、设计方案

1、概述

由于矿山作业对通风的特殊要求，通风系统、设施的可靠性承担着巨大的责任，一个良好的通风系统就是一个矿的巨大财富。

我公司在线监控系统以标准MT421-1996《煤矿用主要通风机现场性能参数测定方法》、GB/T10178-2006《工业通风机现场性能试验》为依据，应用工业计算机监测技术对矿用大型通风机的运行状态进行连续在线测量与处理，以多种方式提供通风机运行状态的各种数据，保障通风机的安全运行和方便风机的性能测试。

本系统采用国际先进的研华工业控制计算机及国际名牌的西门子300系列PLC，防尘、抗震、抗干扰能力强，性能稳定，功能强大，扩展方便；测量传感器、变送器均选用国际国内名牌产品，误差小于0.5％；输入通道板的分辨率为1/27648，系统采用一系列抗干扰措施，保证测量误差小于2％。

JKZ系列矿用主通风机在线监控及故障诊断系统，该系列分为：

功能

型号

风机性能参数

电机参数

显示风机起、停信号；正、反风信号；阀门开、关信号；电控输出的故障信号

信息联网

故障报警

控制功能（远程控制风机起、停；远程变频调节等）

故障诊断

静压

全压

效率

风速

流量

电压

电流

功率

振动

温度

JKZ—2

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

JKZ—3

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

JKZ—4

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

有

2、结构组成及特点

在线监控统主要由现场的传感器元件，监测柜，上位机（研华原装工控机，19英寸宽屏显示器，组态软件）三大部分组成；以西门子S7-300系列PLC做为核心控制元件。

通过PLC编程能力实现对风机运行的各项参数进行快速采集、逻辑控制和存储；通过PROFIBUS（现场总线技术）通讯和以太网通讯的有机结合实现计算机远程监控。

型号规格如下：

系统结构方框图：

差压变送器

系统结构特点：

在线监控系统以PLC做为核心控制元件，选用国际名牌西门子300系列PLC，温度、风压、振动等信号都通过西门子PLC模块进行逻辑控制，防尘、抗振、抗干扰能力强，性能稳定，功能强大，扩展方便。

电流、电压、功率、功率因数等电量参数，通过一款西门子多功能电量参数仪表，可以全部准确测量就地显示，并能通过PROFIBUS总线传输到监测显示界面。

风压的测量采用国际品牌数字智能化电容式差压变送器，具有稳定、可靠、抗振等特定，通过设定的数学模型计算出体积流量、出口风速、风机全压、风机静压、全压效率、静压效率。

振动传感元件采用国内名牌测振仪器产品。

该系统的软硬件配置都优于同类监控系统。

3、主要性能参数

1）输出显示有三到四位有效数字；

2）测量传感器、变送器均选用国际国内名牌高精度产品，各数显通道误差累计不超过2%；

3）模块自带隔离、抗干扰措施，保证测量误差小于2%；

4）输入通道板的分辨率为1/27648，是其他厂家的1/4095的6倍；

5）硬盘容量为250G，历史数据在计算机库中的保留时间达两年以上。

6）电量参数仪精度：

电压0.3%，电流0.2%，功率0.5%，频率0.5%，功率因数0.5%；

7）适用环境：

温度-25℃—50℃；相对湿度-5%—95%。

8）工作电源：

AC170—265V，50HZ。

二、方案可靠性和安全性

1、设备的可靠性及安全性

我们的JKZ型系统硬件采用国内外知名品牌，采用模块化设计，便于扩展功能，便于维护检修。

1）国内矿用监测系统首次应用原装进口的西门子多功能电量参数仪表（PAC3200），测量电压、电流、功率、功率因数等电量参数。

该仪表可以全部准确测量就地显示，并能通过PROFIBUS总线传输到监测显示界面。

它可以显示三相电压、三相电流（或线电压、线电流），增加了仪表直接测量显示功率因数的功能，它的信号传输方式不受外界干扰。

精度、稳定性、抗干扰远强于国产同类产品，更是远远强于（电压、电流、功率等）传感器+（电压、电流、功率等）变送器这样一种传统的数据采集模式。

2）系统采用的是的德国西门子S7-300PLC模块为核心控制元件，该模块防尘、抗振、抗干扰能力强，性能稳定，功能强大，扩展方便。

3）系统风压的测量采用国际品牌汤姆斯（TMS）数字智能化电容差压变送器，性能稳定可靠，抗振。

TMS-3051/3351系列数字化·智能压力/差压变送器采用十六位单片机，强大的功能和高速的运算能力保证了变送器的质量，同时运用软件的数字信号处理技术，提高了抗干扰能力和零点稳定性，具有零点自动跟踪能力和温度自动补偿能力。

过程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯顿电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级信号。

由于硅材料的极性极佳，所以输出信号的线性度及变差指标均很高。

工作时，将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。

放大后的信号经转换成相应的电流信号，再经过非线性校正，最后产生与输入压力成线性关系的标准电流信号（4-20mA）。

可通过符合HART协议的手操器相互通讯，进行设定和监控。

精度：

线性输出：

±0.075～±0.1%（对量程比为1:

1）包括线性\变差\重复性的综合误差。

4）使用国际品牌台湾研华原装工控机机，配备大容量机箱电源，使用年限远长于普通电脑。

19英寸宽屏液晶显示器,视觉效果好。

5） JKZ-3、JKZ-4型系统配备大容量的SANTAK-C1K（S）线式UPS，为整个监控系统（监测柜，工控机等）提供优质、可靠的电源，在供电系统断电后，系统可持续工作1小时。

 将计算机系统及外部设备连接到UPS上，将UPS与市电相连。

在线式UPS一直使逆变器处于工作状态，它首先使用电路把外部交流电转变为直流电，再通过高质量的逆变器将直流电转变成稳定的高质量的交流电输出给监控系统。

在线式UPS在供电状况下的主要功能是稳定及防止电波干扰；在停电时则使用备用直流电源（蓄电池组）给逆变器供电。

由于逆变器一直处于工作状态，所以不存在切换时间问题，适用于对电源有严格要求的场合。

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2、设计的可靠性及安全性

1）风机的入口风流温度、电机绕组温度、轴承温度、振动信号均从传感器元件直接进入西门子PLC模拟量模块（自带隔离措施）进行处理，通过液晶显示器显示。

测量数据精度高（输入通道板的分辨率为1/27648，是其他厂家1/4095的6倍多），准确，抗干扰能力强，性能稳定。

这样的设计模式强于用一些专用仪表（如温度巡检仪，或有些厂家自制的温度处理模块）处理温度信号。

2）控制功能的实现：

对变频系统的通讯采用PROFIBUS（建议变频器厂家优先选用）或MODBUS协议，通过S7-300PLC的CPU自带DP口或通过CPU224XP和CP243-1组合成通讯模块来实现风机远程启、停、正反转切换、调节转速。

该信号为数字量信号，准确不被干扰。

明显优于通过模拟量输出模块输出模拟量信号（4-20mA）远程调的设计，模拟量信号易衰减，易被干扰。

3）权限设计：

具有控制功能（设置权限密码），当需要控制风门开、闭或风机启、停，调节转速时，在输入权限密码后，可以实现相应的控制功能，实现远程控制。

4）配置大容量的在线式UPS电源，为整个监控系统（监测柜，工控机等）提供优质、可靠、安全的电源，

5）引压由集流器前端的S1截面和一级主机叶轮前的S2截面上各分布的4个引压探头（如下图所示），取其平均压力经管道送至差压变送器，

取压管共4个沿圆周均布如图，

a伸入流道内距流道内壁约5mm，管长L≥15mm，采用钢管（不易堵塞）

b环横截面内径d1≥8.485mm，取d1=12mm，采用铝塑管（不易老化）；

c引压管内径d2＜14mm，取d2=12mm,采用截面可以扩张的橡胶软管；

d全压计算中代入补偿值，减小测量误差。

风机性能参数的数学模型由公司流体力学专家编写，由已知量面积S1，S2，S3，温度t（温湿度变送器提供），海拔高度z，

（S1截面压力）,

（S2截面压力）,电机总功率，计算出体积流量、出口风速、风机全压、风机静压、全压效率、静压效率。

还可以转化为标准状态下的参数。

这种测压方式才能真实的反映风机的压力、流量，是其他厂家只用传感元件直接测量某点的风压和风量无法比拟的。

6）现场布线：

现场传感元件与监测柜之间的信号连接全部采用截面不小于1.5㎜2的屏蔽电缆，屏蔽层两端接地，防止干扰。

7）管理软件可靠性：

在长期运行状态下不死机，具有抗干扰能力和自恢复功能。

三、系统功能，编程软件的优越性

1、监控系统功能

系统具有在线帮助、状态监控、故障报警、信息查寻、数据远程传输五大功能。

1）监测电机电量参数：

三相电压和线电压、三相电流，有功功率、无功功率、视在功率、功率因数，频率等电量；

2）监测电机定子每相绕组温度，轴承两端温度，共20个测点；

3）监测风机的水平和垂直振动，共8个测点；

4）监测风机静压、全压、静压效率、全压效率、风速、流量；

5）监测风机开停信号、正反风信号、阀门信号；

6）控制主通风机正常状态下的开、停，控制矿井需返风时的倒转反风；

7）控制风门绞车，控制风门电动执行机构，实现风门的开闭，并监测到位信号；

8）控制转速调节（变频电控）：

在监控界面手动输入频率，或由压力传感器信号反馈回来，系统根据该信号进行自动反馈调节变频频率来改变风机转速；

9）自动记录通风机运行时的监测参数值，并自动生成表格，有关信号的图谱、曲线图以及数据显示直观简明；提供历史数据的查询；

10）显示系统的实时报警信息，实时报警打印，并提供历史报警信息的查询；

11）主通风机监控系统与综合自动化控制网络连接，实现在矿调度中心在线监控；

12）在线帮助功能，在接到用户请求帮助的消息后，弹出一个关于相关主题的帮助窗口，将用户所需的帮助信息显示出