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教研室（或答辩小组）及教学系意见目录1 绪论 (1)1.1矿井通风系统简介 (1)1.2国内外研究状况 (2)1.3课题的主要研究内容 (3)2 通风系统及主扇风机控制方案 (5)2.1通风系统的设计方案 (6)2.2矿井主扇风机的控制方案 (7)2.2.1 矿井主扇风机概述 (7)2.2.2 矿井主扇风机的供电系统 (8)3 系统硬件构成及各部分功能 (9)3.1PLC可编程控制器部分 (9)3.1.1 PLC概述 (9)3.1.2 PLC的应用 (10)3.1.3 典型的PLC产品 (11)3.1.4 PLC外部 I/O 连接 (11)3.1.5 I/O接线图 (13)3.2变频器 (14)3.3变频器的选型和容量的确定 (15)3.4离心风机 (16)3.5模数转换模块 (17)4 通风系统硬件的设计 (18)4.1硬件电路 (18)4.2系统控制电路设计 (19)5 软件设计 (20)5.1通风系统的主要参数监控 (20)5.2瓦斯浓度控制 (21)5.2压力的监测 (22)5.3温度的监测 (24)5.4流量的监测 (25)5.5电气参数的测量与监测 (26)5.6振动的监测 (26)5.7信号采集设备 (27)6 矿井通风机远程监控系统设计 (27)6.1矿井通风机自动监控系统的功能 (27)6.2通风机自动监控系统的技术指标 (28)6.3通风机自动监控系统的整体结构 (28)6.4通风机自动监控系统运行方式 (29)7 矿井通风机自动监控系统硬件设计 (30)7.1 系统的组成和特点 (30)7.2风机参数的监测 (31)7.3风机监控系统所需监控的输入输出量 (32)总结 (33)致谢 (35)参考文献 (36)附录A (37)1 绪论1.1矿井通风系统简介矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网络的总称，基本任务是：供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要，冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产，调节井下气候，创造良好的工作环境，所以本设计主要是对通风系统内的风压风量及瓦斯浓度的控制。

矿井通风系统由影响矿井安全生产的主要因素所决定。

根据相关因素把矿井通风系统划分为不同类型。

根据瓦斯、煤层自燃和高温等影响矿井生产安全的主要因素对矿井通风系统的要求，为了便于管理、设计和检查，把矿井通风系统分为一般型、降温型、防火型、排放瓦斯型、防火及降温型、排放瓦斯及降温型、排放瓦斯及防火型、排放瓦斯与防火及降温型几种，依次为1-8八个等级。

矿井通风方式有串联通风和并连通风两种。

按进回风巷在井田位置不同，通风系统分为中央式、对角式、分区式和混合式矿井通风系统。

矿井通风系统是由通风机和通风网络两部分组成。

风流由入风井口进入矿井后，经过井下各用风场所，然后进入回风井，由回风井排出矿井，风流所经过的整个路线称为矿井通风系统。

矿井通风方法以风流获得的动力来源不同，可分为自然通风和机械通风两种。

（1）自然通风：利用自然气压产生的通风动力，致使空气在井下巷道流动的通风方法叫做自然通风。

自然风压一般都比较小，且不稳定，所以《煤矿安全规程》规定：每一矿井都必须采用机械通风。

（2）机械通风：利用扇风机运转产生的通风动力，致使空气在井下巷道流动的通风方法叫做机械通风。

采用机械通风的矿井，自然风压也是始终存在的，而且也并在各个时期内影响着矿井的通风工作，在通风管理工作中应给予充分重视。

矿井通风系统的基本要求是：1．每个矿井，至少要有两个通到地面的安全出口。

2．进风井口要有利于防洪，不受粉尘，有害气体污染。

3．北方矿井、井口需装供暖装备。

4．总回风巷不得作为主要人行道。

5．工业广场不得受扇风机噪音干扰。

6．装有皮带机的井筒不得兼作回风井。

7．装有箕斗的井筒不应作为主要进风井。

8．可以独立通风的矿井，采区应尽量独立通风，不宜合并一个通风系统。

保证系统能够独立地进行工作，这样当一个矿井出现故障时，另一个矿井的通风工作不受影响。

使生产不受大面积的受阻。

9．通风系统要为防治瓦斯、火、尘、水及高温创造条件。

10．通风系统要有利用深水平或后期通风系统的发展变化。

1.2国内外研究状况矿井通风系统分析技术现状煤矿通风系统是保障安全生产的基础同时又受制于煤层地质条件及由此形成的矿山井巷系统的特点。

近年来煤矿扩能及生产的集约化成为了普遍的趋势矿井装备水平迅速提高系统有了明显的简化。

但是现在仍有大量开采多年的老矿系统极为复杂大量新井产能的高度集中造成了系统新的隐患矿井在日常生产中所遵从的分区通风格局抗灾能力不足在强烈的扰动面前有可能形成严重的风流紊乱因而需要有预先的判断和分析矿井主扇和通风构筑物作为矿井通风系统的重要构成部分其参数选取、布局、可靠性等均对系统的合理运行起着重要的作用。

因此矿井通风系统的合理性、可靠性和抗灾能力分析对于防止通风瓦斯及煤层自燃等意外的出现对于矿井预防处理通风瓦斯意外及灾变的能力对于提高矿井安全管理水平均有着重要的作用。

我国煤矿的重、特大瓦斯事故所造成的井下人员大量伤亡均源于通风系统抗灾能力不足致使正常生产时的分区通风在瓦斯爆炸条件下受到破坏爆炸气体进入了爆源以外的广泛区域使其他通风分区乃至全矿井下的人员中毒死亡。

研究瓦斯爆炸对分区通风的破坏机理对瓦斯爆炸条件下通风系统的抗灾能力予以定量评价和分级研究灾变条件下维持分区通风的条件和相应措施对于提高通风网络的抗灾能力有着现实的意义。

煤矿安全规程对煤矿通风有严格的要求和限制特别在高突矿井明确禁止使用串联通风。

因此以各采掘工作面为核心的分区通风成为了煤矿通风的基本规定和实践。

在矿井灾变条件下维持正常分区通风的能力是评价矿井通风系统抗灾能力的基本考虑因素。

除巷道布置这一重要但难以调整的因素之外分区通风及风量分配调节主要依靠于风门、风窗等通风设施的应用其类型、数量、分布上的合理性是影响通风系统合理性的基本因素扇风机及通风构筑物受矿井生产活动及灾变影响而失去原定功能时矿井通风维持在合理水平上的能力则是通风系统可靠性的重要标志。

矿井通风是一个古老的技术领域但对灾变条件下维持分区通风的相关技术、特别对于瓦斯爆炸与通风系统的相互作用缺乏必要的理论与实验研究。

我国瓦斯爆炸频发许多爆炸力学工作者对气相爆轰进行过深入研究瓦斯爆炸方面的文献十分丰富但现有的成果与煤矿井下的实际尚有较大差距如井下特有的结构设施、巷道特征等等研究煤矿井下结构设施与瓦斯爆轰波及冲击波相互作用的成果较少井下通风设施抗爆强度的理论研究基本是空白现有的文献多限于事故现象的简单描述。

深入系统地研究煤矿井下瓦斯燃爆的物理机制及其灾害效应对于正确评价分析煤矿预防瓦斯爆炸安全等级、科学地改进井下通风设施和巷道布置具有极其重要的学术价值和实际意义。

在此基础上模拟了氢氧燃烧驱动的破膜过程以及破膜前后压缩波、稀疏波对火焰阵面的影响。

同时也研究了瓦斯爆炸过程中压力波、火焰与障碍物的相互作用。

近几年国内学者开展了瓦斯煤尘爆炸机理、传播规律及防治对策的研究工作同时也揭示了瓦斯爆炸火焰的结构特征及其影响因素揭示了瓦斯爆炸过程中爆炸波的特征参数变化规律及其影响因素开展了壁面热效应对瓦斯爆炸传播规律影响作用的实验研究建立了管内瓦斯爆炸能量平衡方程。

通过理论分析、数值模拟和实验研究煤矿井下巷道条件对瓦斯爆炸及其冲击波衰减的影响规律研究各种通风设施结构与爆轰波、冲击波的相互作用研究各种通风设施结构在冲击波载荷下的破坏过程和极限强度将能够对矿井分区通风的抗灾能力对矿井通风系统的合理性、可靠性及抗灾能力予以定量的评价和分级这些都是当前该研究领域的前沿课题。

1.3 课题的主要研究内容煤矿矿井通风系统是煤矿矿井安全生产的重要组成部分，煤矿矿井通风系统能否正常工作与矿井内工作环境条件、生产效率、安全生产密切相关。

随着我国政府对各行各业安全生产监管力度的不断加强，尤其对煤矿安全生产的要求越来越高，对煤矿矿井通风系统进行技术改造，提高其运行稳定性、可靠性、节能降耗等势在必行。

目前煤矿矿井通风系统的控制系统，大多仍采用继电、接触器控制系统，但这种控制系统存在着体积大、机械触点多、接线复杂、可靠性低、排除故障困难等很多的缺陷；如果工作通风机不采用变频控制，那么矿井通风量的调节方法，只能依靠两个垂直风门提起的高度，和调节风机扇叶的数量和角度。

那么主通风机就会一直高速运行，备用通风机停止，不能轮休工作，易使工作通风机产生故障，降低使用寿命，也会造成很大的能源浪费。

针对这一系列问题，随着电子技术和微电子技术的迅速发展，PLC和变频器正成为通用、廉价和性能可靠的控制和驱动设备，得到广泛的应用。