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厂房负压风机矿井主要通风机在线监测监控现状及展望通风机的概念
摘要从矿井主要通风机在线监控工程的研究与应用方面叙述7其现状，又根据国内外状态监测和故障诊断技术的发展阐述7其发展趋势。
通风机向井下提供新鲜风流，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性、爆炸性气体和粉尘，保证井下风流的质量(成分、温度和速度)和数撼符合国家安全卫生标准，造成良好的工作环境，防止各种伤害和爆作事故，保障井下人员身体踺康和生命安全，保护国家资源和财产．其在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。鉴于通风机的重要性．其工作的可靠性深受科技和煤矿管理人员的重视。随着科学技术的发展与应用，矿井主要通风机的监测、监控和故障谚断技术取得了前所未有的发展。
1矿井主要通风机在线监测监控的现状近年来，许多高等院校、科研院所研制出了主要通风机的监测、监控和故障诊断工程或仪器仪表，井通过试验或应用取得了良好的效果。中国矿业大学研制的矿井主要通风机性能在线监测与通讯工程，方法新颖独特，其风量的监测方法解决了矿井通风恶劣情况下风量在线监测风流含尘、潮湿、脉动、可靠性、准确性差的关键技术难题，提高了矿井通风设备自动化、科学化管理水平。该工程可以进行主要通风机性能参数的在线监测、通风机性能曲线的定期测定，可实现通风机房与机电科、通风科、调度室等管理部门的通讯联网。计算机操作界面友好，可以查看历史记录、按需打印监测结果(数据或曲线图形)。该工程在充州矿业集团鲍店煤矿南、北风井和济宁二号煤矿中央风井、济宁许厂煤矿、山东里彦煤矿投入使用，运行至今表明该工程性
能可靠、功能较全：在国内矿井主要通风机在线监测监控方面处于前列。煤科总院抚顺分院研制的ZF一1型智能通风多参数测试仪可同时测量压力、温度及风速3种通风参数。淮南矿业集团1995年从德AEG公司引进的配套风机电控工程(风机是从德国TIT公司引进的矿用轴流风机，采用绕线式异步电动机拖动，转子串液体电阻起动)，采用2台PLC作下位机对风机进行冗余控制，通过上位PC设定风机的运行参数，监视风机的运行状态和故障信息。
充州矿业集团东滩煤矿引进的4台法国
HDR280—69型动调轴流风机．用北、西风井。其动叶片角度调节采用伺服电机机械连
杆工程．连续可蒯；采用调节动叶片角度反风，杆工程，连续可调；采用调节动叶片角度反风．取消了反风道；当1台风机停机时，另1台风机能自动投入运行；叶片角度测量分就地显示和控制显示2种。运行情况良好，年运行费用低．在不停机的情况下实现工况点的连续可调或反风，调节灵活方便。
此外，煤科院上海分院、山西矿业学院、辽宁工程技术大学、西安矿业学院等科研机构和院校也都研制出不同的矿井主要通风机在线监测监控工程，经应用也取得了良好的效果近些年，故障诊断在矿井主要通风机在线监测监控方面也有了一定程度的应用如煤科总院重庆分院研制的Fjz型矿井主要通风机在线监测与故障诊断仪，对通风机的振动烈度、轴心轨迹、辅温、风量负压、电流、电压等多种参数进行实时监测，对常见的“初始不平衡”、“转子偏心”等14种机械故障进行自动诊断，在和全矿监测主工程联网后，能及时将通风机运行状况信息送至地面中心站。应用情况很好。
2矿井主要通风机在线监测监控的展望
随着科学技术的发展和科技人员的不断努力。矿井主要通风机在线监测监控取得一定的成绩，但仍明显存在一些不足：
(1)矿井主要通风机在线监测监控还仅处在监测水平，其控制功能很弱；
(2)矿井主要通风机在线监测监控的可靠性有待进一步提高．；(3)矿井主要通风机在线监测监控尚为一个独立的工程，未与整个矿并通风工程、整个煤矿管理工程发生很强的联系。针对以上不足，为了进一步提高煤矿自动化管理水平，提高生产的安全程度，降低工人劳动强度，我们认为矿井主要通风机在线监测监控应该向如下几个方面发展
21矿井主要通风机故障诊断智能化监控工程的个重要分支就是故障诊断技术。故障诊断技术在矿井主要通风机中的应用，使得通风机的定期检修变成了故障维修。
通风机的故障很多，如喘振、轴温过高、轴承磨损、失效、主辅故障、润滑油缺少、叶片产生裂纹、叶片撕裂、焊缝开焊、支杆折断以及电源的欠压、过流及断路器的故障等。而目前的风机故障诊断技术，如振声诊断法、红外线热成像技术、油样分析等，大多是一种完全基于检测数据处理的传统诊断方法。这种传统的单独诊断技术往往仅考虑某种信息，再根据计算结果和极简单的果推理来进行诊断。所得诊断结果难免具有片面性，这对于并发性故障的诊断、监测工程本身故障的诊断是十分不利的。专家工程、神经网络和人工智能技术在风机监测、监控中已有了初步的应用。如华中理工大学研制的基于‘浅知识”(即专家的经验知识)的故障诊断工程、东北大学研制的基于随机法的故障诊断工程。煤科总院重庆分院研制的
Jz型矿井主要通风机在线监测与故障诊断仪采用灰色理论，对通风机故障类型进行快速定位，首先利用高精度加速度传感器测出通风机敏感部位的振动加速度，计算烈度值．根据
1SO2372标准，若超标便进行1024氨的FFT变换，计算其振动的加速度功率谱，根据功率谱的分布与存入机内的设备标准故障模式(专家工程)进行灰色关联分析，依关联度的大小．诊断通风机机械故障类型。在科研人员的努力下。应用人工神经网络、模式识别、计算机技术的智能故障诊断工程逐渐发展，其在风机故障诊断中应用愈来愈广。可以预测，基于知识的信号智能分析技术与智能化诊断是风机故障诊断的重要发展方向：
2．2矿井主要通风机的可控制化、控制智能化目前，我国已有的通风机监控工程主要是监测功能，实时反映通风机的工况，而未充分发挥其控制功能。其中的原因是多方面的。一是矿井主要通风机是煤矿的关键设备，《煤矿安全规程》要求是万无一失的此其计算机监测监控工程的可靠性要求是十分高的。但现在的科学水平还不能使计算机监测监控工程达到万无一一失如前面提到的东滩煤矿引进的风机监
测工程，是世界上处于领先水平的监测工程，但却发生了在风机停止运行2h的情况下竟然没有报警造成了，重大事故。二是矿井主要通风机的操作要求特殊，操作过程复杂，受《煤矿安全规程)的制约。(gO矿安全规程)第123条规
定“备用通风机或备用电动机配套通风机．必须能在10rtlin内开动”，第124条规定“生产矿井
的主要通风机必须装有反风设施，必须能在1Om；n内改变巷道中的风流方向”井下风流潮湿含尘．对风门及其操作机构具有腐蚀性．时间一长．风门及其操作机构锈蚀甚至锈死控制信号发出后．执行机构有可能“怠工”，如机构卡死、执行不到位(风门在开关过程中就遇到这些情况)时有发生，而当这些情况发生时，再由管理人员前去处理．时间就来不及_r，严重的会造成重大井下事故。简单地测量通风机、环境参数及电参数和通风机的控制是远远不够的，还需要发展风机控制的智能化。智能是人们认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力，它表现在运用知识、认识新情况、解决新问题、学习新方法、预见新趋势、创造新思维的能力。人工智能则是运用人工手段模仿人类的智能行为。矿井主要通风机控制工程智能化表现在：
(1)监测环境参数而自动动作。根据监测到的环境参数(如风量、瓦斯浓度、CO浓度、c02浓度、粉尘、湿度等)完成对通风机的调节倒换风门，倒机(能够在风机启动前自动盘车)等一系列动作。
(2)监测风机性能参数而自动动作根据监测刘的风机参数(如风量、负压、效率、风叶角度)能够确定风机是否工作在喘振区、工作状态是否满足矿井需要，并能进行自校正。
(3)监测电参数而自动动作。根据监测到的电参数(如电机功率、电机转速、励磁电流、励磁电压、定子电流、定子电压、功率因数等)能够确定电机工作是否正常．并能进行自校正(4)监测监控智能化与故障诊断智能化紧密结合。故障诊断工程将诊断到的风机或电机
的故障反馈给监测监控工程或风机管理人员，进行自调整或报警。随着机械执行机构可靠性的提高以及材料技术、传感器和测试技术、计算机硬软件技术、通讯技术、人工智能技术等先进技术的发展和应用，必将促进矿井主要通风机控制工程的智能化发展和广泛应用：
2．3矿井主要通风机在线监测监控工程与整个矿井工程协调一致矿井主要通风机是通过管网构成生产保障工程的，所以不能只考虑其本身，而应作为一个完全的工程去考虑。其目标应包含整个通风工程优化，如效率、节能的优化及通风工程运行的高可靠性和柔性。鉴于此，监控工程应对井下环境进行监控，对通风、瓦斯及自然发火进行监测．根据井下对风量的需求来对主要通风机的动力进行恰当的调整，也就是对主要通风机进行适当的自调节，节约能源在发生异常时可发出警报，还可自动调整风门。矿井主要通风机在线监控工程还应和整个矿井计算机监控联网，能够进行通讯，即能够将监测结果传输到主控室或总工室．能接受并执行从主控室或总工室传来的指令。矿井主要通风机在线监控工程还可建成-一个网站，作为整个企业网的一部分负责风机房及相应部位的监控和管理。
前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。
为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。
轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。
小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2～24。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10°～45°，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。
斜流通风机又称混流通风机，在这类通风机中，气体以与轴线成某一角度的方向进入叶轮，在叶道中获得能量，并沿倾斜方向流出。通风机的叶轮和机壳的形状为圆锥形。这种通风机兼有离心式和轴流式的特点，流量范围和效率均介于两者之间。
横流通风机是具有前向多翼叶轮的小型高压离心通风机。气体从转子外缘的一侧进入叶轮，然后穿过叶轮内部从另一侧排出，气体在叶轮内两次受到叶片的力的作用。在相同性能的条件下，它的尺寸小、转速低。
与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。
通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90%。
通风机未来的发展将进一步提高通风机的气动效率、装置效率和使用效率，以降低电能消耗；用动叶可调的轴流通风机代替大型离心通风机；降低通风机噪声；提高排烟、排尘通风机叶轮和机壳的耐磨性；实现变转速调节和自动化调节
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充州矿业集团东滩煤矿引进的4台法国
HDR280—69型动调轴流风机．用北、西风井。其动叶片角度调节采用伺服电机机械连
杆工程．连续可蒯；采用调节动叶片角度反风，杆工程，连续可调；采用调节动叶片角度反风．取消了反风道；当1台风机停机时，另1台风机能自动投入运行；叶片角度测量分就地显示和控制显示2种。运行情况良好，年运行费用低．在不停机的情况下实现工况点的连续可调或反风，调节灵活方便。
此外，煤科院上海分院、山西矿业学院、辽宁工程技术大学、西安矿业学院等科研机构和院校也都研制出不同的矿井主要通风机在线监测监控工程，经应用也取得了良好的效果近些年，故障诊断在矿井主要通风机在线监测监控方面也有了一定程度的应用如煤科总院重庆分院研制的Fjz型矿井主要通风机在线监测与故障诊断仪，对通风机的振动烈度、轴心轨迹、辅温、风量负压、电流、电压等多种参数进行实时监测，对常见的“初始不平衡”、“转子偏心”等14种机械故障进行自动诊断，在和全矿监测主工程联网后，能及时将通风机运行状况信息送至地面中心站。应用情况很好。
2矿井主要通风机在线监测监控的展望
随着科学技术的发展和科技人员的不断努力。矿井主要通风机在线监测监控取得一定的成绩，但仍明显存在一些不足：
(1)矿井主要通风机在线监测监控还仅处在监测水平，其控制功能很弱；
(2)矿井主要通风机在线监测监控的可靠性有待进一步提高．；(3)矿井主要通风机在线监测监控尚为一个独立的工程，未与整个矿并通风工程、整个煤矿管理工程发生很强的联系。针对以上不足，为了进一步提高煤矿自动化管理水平，提高生产的安全程度，降低工人劳动强度，我们认为矿井主要通风机在线监测监控应该向如下几个方面发展
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通风机的故障很多，如喘振、轴温过高、轴承磨损、失效、主辅故障、润滑油缺少、叶片产生裂纹、叶片撕裂、焊缝开焊、支杆折断以及电源的欠压、过流及断路器的故障等。而目前的风机故障诊断技术，如振声诊断法、红外线热成像技术、油样分析等，大多是一种完全基于检测数据处理的传统诊断方法。这种传统的单独诊断技术往往仅考虑某种信息，再根据计算结果和极简单的果推理来进行诊断。所得诊断结果难免具有片面性，这对于并发性故障的诊断、监测工程本身故障的诊断是十分不利的。专家工程、神经网络和人工智能技术在风机监测、监控中已有了初步的应用。如华中理工大学研制的基于‘浅知识”(即专家的经验知识)的故障诊断工程、东北大学研制的基于随机法的故障诊断工程。煤科总院重庆分院研制的
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1SO2372标准，若超标便进行1024氨的FFT变换，计算其振动的加速度功率谱，根据功率谱的分布与存入机内的设备标准故障模式(专家工程)进行灰色关联分析，依关联度的大小．诊断通风机机械故障类型。在科研人员的努力下。应用人工神经网络、模式识别、计算机技术的智能故障诊断工程逐渐发展，其在风机故障诊断中应用愈来愈广。可以预测，基于知识的信号智能分析技术与智能化诊断是风机故障诊断的重要发展方向：
2．2矿井主要通风机的可控制化、控制智能化目前，我国已有的通风机监控工程主要是监测功能，实时反映通风机的工况，而未充分发挥其控制功能。其中的原因是多方面的。一是矿井主要通风机是煤矿的关键设备，《煤矿安全规程》要求是万无一失的此其计算机监测监控工程的可靠性要求是十分高的。但现在的科学水平还不能使计算机监测监控工程达到万无一一失如前面提到的东滩煤矿引进的风机监
测工程，是世界上处于领先水平的监测工程，但却发生了在风机停止运行2h的情况下竟然没有报警造成了，重大事故。二是矿井主要通风机的操作要求特殊，操作过程复杂，受《煤矿安全规程)的制约。(gO矿安全规程)第123条规
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的主要通风机必须装有反风设施，必须能在1Om；n内改变巷道中的风流方向”井下风流潮湿含尘．对风门及其操作机构具有腐蚀性．时间一长．风门及其操作机构锈蚀甚至锈死控制信号发出后．执行机构有可能“怠工”，如机构卡死、执行不到位(风门在开关过程中就遇到这些情况)时有发生，而当这些情况发生时，再由管理人员前去处理．时间就来不及_r，严重的会造成重大井下事故。简单地测量通风机、环境参数及电参数和通风机的控制是远远不够的，还需要发展风机控制的智能化。智能是人们认识客观事物并运用知识解决实际问题的能力，它表现在运用知识、认识新情况、解决新问题、学习新方法、预见新趋势、创造新思维的能力。人工智能则是运用人工手段模仿人类的智能行为。矿井主要通风机控制工程智能化表现在：
(1)监测环境参数而自动动作。根据监测到的环境参数(如风量、瓦斯浓度、CO浓度、c02浓度、粉尘、湿度等)完成对通风机的调节倒换风门，倒机(能够在风机启动前自动盘车)等一系列动作。
(2)监测风机性能参数而自动动作根据监测刘的风机参数(如风量、负压、效率、风叶角度)能够确定风机是否工作在喘振区、工作状态是否满足矿井需要，并能进行自校正。
(3)监测电参数而自动动作。根据监测到的电参数(如电机功率、电机转速、励磁电流、励磁电压、定子电流、定子电压、功率因数等)能够确定电机工作是否正常．并能进行自校正(4)监测监控智能化与故障诊断智能化紧密结合。故障诊断工程将诊断到的风机或电机
的故障反馈给监测监控工程或风机管理人员，进行自调整或报警。随着机械执行机构可靠性的提高以及材料技术、传感器和测试技术、计算机硬软件技术、通讯技术、人工智能技术等先进技术的发展和应用，必将促进矿井主要通风机控制工程的智能化发展和广泛应用：
2．3矿井主要通风机在线监测监控工程与整个矿井工程协调一致矿井主要通风机是通过管网构成生产保障工程的，所以不能只考虑其本身，而应作为一个完全的工程去考虑。其目标应包含整个通风工程优化，如效率、节能的优化及通风工程运行的高可靠性和柔性。鉴于此，监控工程应对井下环境进行监控，对通风、瓦斯及自然发火进行监测．根据井下对风量的需求来对主要通风机的动力进行恰当的调整，也就是对主要通风机进行适当的自调节，节约能源在发生异常时可发出警报，还可自动调整风门。矿井主要通风机在线监控工程还应和整个矿井计算机监控联网，能够进行通讯，即能够将监测结果传输到主控室或总工室．能接受并执行从主控室或总工室传来的指令。矿井主要通风机在线监控工程还可建成-一个网站，作为整个企业网的一部分负责风机房及相应部位的监控和管理。
前向叶轮产生的压力最大，在流量和转数一定时，所需叶轮直径最小，但效率一般较低；后向叶轮相反，所产生的压力最小，所需叶轮直径最大，而效率一般较高；径向叶轮介于两者之间。叶片的型线以直叶片最简单，机翼型叶片最复杂。
为了使叶片表面有合适的速度分布，一般采用曲线型叶片，如等厚度圆弧叶片。叶轮通常都有盖盘，以增加叶轮的强度和减少叶片与机壳间的气体泄漏。叶片与盖盘的联接采用焊接或铆接。焊接叶轮的重量较轻，流道光滑。低、中压小型离心通风机的叶轮也有采用铝合金铸造的。
轴流式通风机工作时，动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100毫米左右，大型的可达20米以上。
小型低压轴流通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或天花板上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2～24。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10°～45°，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。
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与其他类型低速通风机相比，横流通风机具有较高的效率。它的轴向宽度可任意选择，而不影响气体的流动状态，气体在整个转子宽度上仍保持流动均匀。它的出口截面窄而长，适宜于安装在各种扁平形的设备中用来冷却或通风。
通风机的性能参数主要有流量、压力、功率，效率和转速。另外，噪声和振动的大小也是通风机的主要技术指标。流量也称风量，以单位时间内流经通风机的气体体积表示；压力也称风压，是指气体在通风机内压力升高值，有静压、动压和全压之分；功率是指通风机的输入功率，即轴功率。通风机有效功率与轴功率之比称为效率。通风机全压效率可达90%。
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