矿井的智能通风系统优化探究

矿井的智能通风系统优化探究

朱茂臻

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摘要：现当今，随着我国经济的加快发展，在煤矿开采过程中，矿井通风的主要作用是更新煤矿井下气候，排放开采过程中产生的有毒有害气体，保证井下空气中O2的浓度，对安全生产非常重要。许多灾害都与矿井通风系统的故障有关，如瓦斯中毒、瓦斯爆炸等。产生这种现象的原因是矿井通风系统没有及时调整。矿井通风系统中有大量的通风设施，如风门、风窗、风机等。有时需要根据矿井通风情况调整相应的设施，以保证煤矿的安全开采。

关键词：矿井；智能通风；系统优化

引言

煤矿高效通风系统在保证煤矿生产和矿工生命安全方面发挥了重要的作用。通过对国内现有煤矿通风系统进行分析，指出当前现有的煤矿通风系统存在的问题和不足，结合工业4.0思想和模块化设计方法，提出了一套智能通风系统设计方案，并且对智能通风系统技术方案进行了硬件系统设计和软件系统设计，包括数据采集模块、数据分析模块和数据处理模块等，利用以太网通信系统进行数据的无线传输。

1智能通风系统构架

所构建的智能通风系统应用与智能矿山相结合的方法，实现了识别通风隐患、感知通风参数和协调控制通风结构的功能。目前，山西某矿山已建立了功能较为完备、可靠性较强的通风监测系统，但尚未实现智能控制。现场应用中存在的主要问题有:监测设备少，通风系统监测精度低，无法实现矿井下风窗、风门等通风结构的远程控制;安全监测系统无法实现自动分析和预警的功能。风网和风量分配的计算都是人工实现的，存在精度低、效率低的问题。通风图纸不能自动生成。因此，本文基于井下各监测设备的监测参数，构建了矿井通风三维可视化平台和三维模型，实现了通风监测与决策的智能控制。综合采用遥测感应、超声波等技术，实时测量井下通风巷道内的风压、风速、相对湿度、温度等参数。当监测参数变化幅度超过预先设定值时，监测中心会自动发出预警信息，并将报警点的位置和报警原因发送给通风系统智能决策平台。构建了地下通风监测、通风状态识别、通风系统优化和远程控制的闭环系统。

2提高矿井智能通风系统运行水平的策略

2.1矿井通风网络的等效简化处理

对矿井通风网络做等效简化处理，全面优化布置方案，保证传感器及调控设施的合理性，使气压、风速、温度等传感器以及风门等各类调控设施均可正常运行，协同参与到矿井通风中。在等效简化的优化思路下，可实现对风阻、自然风压等的管理权限管理，感知当前的矿井状态，动态优化通风系统运行参数，保证生产作业的安全性。

2.2煤矿信息高速传输技术管理

智能化是信息化的基础，因此实现煤矿井下与地面信息的高速传输非常重要。目前可采用无线传输技术和光纤传输技术。虽然无线传输技术更易于使用和操作，但井下的强电干扰会显著降低信息传输的质量。光纤传输技术传输质量高，传输速度快，但需要铺设大量线路，不仅成本高，而且后期维护困难。因此，在这两者之间找到一个有效的平衡对实现智能是非常重要的。随着通信技术的发展，比如新兴的5G技术，必然会出现更稳定的信息传输技术。这就需要煤矿信息工程师不断地进行测试和检查。目前，一些矿山已经开始使用5G技术在地下传输信息。5G具有带宽高、时延低、数据传输量大、抗干扰能力强的特点，极大地便利了煤矿智能化信息控制。

2.3智能通风决策及控制平台

根据建设要求，建立了一套集通风在线监测、通风隐患自动识别、通风设备远程控制、通风灾害联动控制等功能于一体的智能通风决策控制平台。(1)井下风量按需分布模拟。在矿井通风系统改造调整和系统优化方案制定中，提前模拟系统变更后的风网状态，提高通风系统的可靠性。(2)矿井通风网络实时监测与动态计算。在矿井通风网络风阻模型的基础上，根据主要通风隧洞和关键位置风速的实时监测数据，对矿井通风网络进行实时动态计算，掌握整个矿井所有通风隧洞的风量分布情况。(3)通风危害及异常变化预警。在实时动态网络计算和实时通风监测数据的基础上，通过图文渲染的方式，对通风系统不稳定、风速超限、风量不足、微风、循环风、气流反转、气流短路、供需失衡等隐患进行智能报警。(4)通风三维综合显示。三维显示可以向人们呈现更加直观和互动的视觉效果，可以减轻人们的认知和分析负担。根据煤矿常用的梯形拱、三中心拱、圆拱等断面参数的计算公式，建立了巷道三维模型。根据密闭性、风门、风窗、硐室等参数结构，建立了隧道辅助设施的三维模型。同时，建立了隧道三维标注和节点轮廓处理模型。研究3D场景动态浏览技术，选择合理先进的空间数据库引擎平台和通风系统3D显示平台，包括井巷、通风设施设备、风网计算数据、传感器和监测数据、风向等内容。(5)有毒有害气体分布分析及云图显示。针对有毒有害气体单点监测不能充分反映其在地下空间分布的问题，系统结合通风网络动态求解的风量数据，自动计算出各巷道有毒有害气体浓度分布，并进行云图显示和超限报警。(6)通风设备远程控制。通过开发通风设备智能控制系统，实现了井下自动测风装置的远程集中控制和显示，局部风机、自动风门、自动风窗。(7)通风灾害联动控制。借助风窗的远程自动调节和风门的远程控制，根据设定的抗风险控制模型，在矿山工作面或运输车道上的带式输送机发生火灾的情况下，实现紧急通行风险控制系统。

2.4智能化算法

除了芯片，智能通风系统还需要各种智能算法。可以说，智能算法是实现智能的关键。常用的智能算法主要有人工神经网络、混沌和各种群算法。但如何利用这些智能算法来解决通风过程中的一些问题，还需要大量的实践测试。风量的变化可以通过安装在煤矿内的各种传感器进行检测，并体现在矿井主通风机上的工况点的变化上。如何根据风量的变化——主风量的增减来调整工况点，这些都需要通过智能算法计算来确定。在调整矿井通风系统时，需要多次考虑矿井通风阻力的变化。为了获得矿井通风阻力，需要找到合理的矿井通风网络求解方法。通过了解矿井通风阻力与通风网络的关系，找到矿井风量调节的最佳方案。根据确定的方案，调整风量和通风机的工作点，保证通风安全高效。此外，在通风系统运行过程中，还需要根据风量变化的监测来评估通风系统的安全性，这需要使用一些智能算法来完成。由于矿井通风系统参数众多，用简单的算法很难进行评价。

结语

在各独立功能模块的组合下，构成完善的矿井通风系统，功能模块协同运行，显著提升通风系统的稳定性，营造良好的通风环境，降低矿井事故发生几率，满足矿井生产需求，是矿井通风技术研究中的重点内容，工程技术人员应予以高度的重视，并在此领域持续耕耘，实现技术突破。

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