煤矿井下智能通风系统构建研究

煤矿井下智能通风系统构建研究

岳喜亮

七台河矿业公司新铁煤矿  黑龙江七台河市154600

摘要：随着科技的发展，煤矿逐渐向智能化发展。智能化建设包含许多方面，包括基础操作平台和采矿系统的设计和运用、安全设备系统的升级等。其中，矿井通风系统作为安全保障系统的重要板块，决定着井下生产环境及生产安全。因此，对通风系统进行智能化升级改造势在必行。从智能通风系统的概述及整体构架、主要通风设备的智能化改进以及智能通风安全控制监测系统的主要技术方面简要分析了煤矿井下通风系统的智能化建设，希望煤矿企业重视通风系统的智能化建设，为井下工作人员提供安全保障。

关键词：煤矿井下；智能通风系统；构建

引言

煤炭开采过程中，最重要的是确保施工人员的人身安全，这是生产红线、底线，只有这样才能促进煤矿企业的健康发展。煤矿生产中通风系统是必不可少的一部分，能及时有效排出有毒有害气体，是实现井下空气交换的重要设施。通风系统的应用可以避免安全事故的发生，防止造成企业经济损失。现阶段，自动化技术已经被广泛应用，将自动化技术应用在煤矿通风设备中可以提高通风系统的运转效率和质量，延长通风系统使用年限，从而极大程度地保障井下开采环境安全，更好地辅助人员进行高质量、高效率采煤。

1煤矿井下智能通风概述

矿井智能通风是运用物联网技术对矿井通风环境的全息数据进行精准感知,利用流体力学理论,通风工程及人工智能算法等技术实时分析通风系统状态,在对井下通风网络实时解算的基础上下达控制指令,远程控制通风设施进行精准联动调控,并即时反馈信息,实现通风设施管控自动化、系统优化常态化、故障诊断精准化及决策方案智能化,最终形成全面感知、实时分析、智能决策、精准调控及自主学习的智能通风模式。此外，矿井智能通风系统还具备故障诊断和优化功能。通过对通风系统的实时监控和数据分析，系统能够精确诊断通风设施的故障，并提供解决方案。同时，系统还能根据矿井通风环境的动态变化，自动调整通风策略，实现系统优化。

2煤矿井下智能通风系统构建中存在的问题

2.1通风系统自动化程度低

目前煤矿通风系统普遍存在自动化程度低、人工干预较多的情况。这不仅增加了运维成本，而且存在安全隐患。构建智能通风系统可以提高自动化水平，减少人工干预，降低运维成本，提高矿井安全性。

2.2通风系统调控不灵活

传统煤矿通风系统调控主要依靠人工经验，难以满足矿井生产动态变化的需求。构建智能通风系统后，通风系统可以根据矿井作业动态信息智能核算各分段的需风量，并自动调节风机和风门，实现按需通风，提高通风效果。

2.3通风系统预警能力不足

当前煤矿通风系统在面临瓦斯异常涌出、巷道变形、火灾或煤岩动力灾害等突发问题时，预警能力有限。构建智能通风系统可以建立矿井通风预警指标体系，实现安全预警和智能决策，提高矿井应对突发事故的能力。

3煤矿井下智能通风系统构建策略

3.1建立智能通风软件平台

智能通风软件平台是在地面调度中心配置通风软件服务器主机１套，安装通风网络仿真、解算软件，利用虚拟服务器作为数据服务器，解算服务器通过连接数据服务器数据库，读取风网传感器数据，进行实时监测、计算。工控机安装智能通风主控软件平台，主控软件工控机与数据服务器实现数据交换，解算服务器的解算结果经过主控软件的分析运算后，从而控制主扇通风机、局部通风机、风门、风窗等通风设施进行微量调风，使通风系统处于最优化的通风状态，以实现井下通风状态的三维动态可视化、智能通风大数据监测和通风系统智能调控，其技术框架。其中，利用数字孪生技术实现风流、烟流、有毒有害气体扩散动画模拟和阻力三区、灾变分级划分、风速和颜色梯度等展示；利用矿井三维通风系统模型快速建立技术，实现通风系统图自动导入建模以实现井下通风状态三维动态可视化。

3.2安全预警

煤矿井下通风系统面临极其复杂的环境，受多方面影响，井下一旦发生故障，就可能引发严重的安全生产事故，危及作业人员的生命安全。通过融合自动化技术，可以形成更智能、更现代化的煤矿通风系统，可以全面收集煤矿各种数据，自动形成数据分析模型。除了能提升通风作业效率，还可建立更为直观的预警系统，对井下通风实现实时监控与管理。总的来说，自动化技术的融入，使井下通风系统具备数据采集、演示、监控等功能。其中配置了高灵敏度的传感器设备，例如热传感、光传感设备等，引入了监控+预警系统，可以有效降低气体中有害气体的含量、识别节点的异常温度等，有效检测出安全隐患，提高通风系统运行的稳定性和安全性。此外，为了平衡煤矿的高风险运营，风险管理要素也可在自动化技术中体现，例如管理者可以通过历史数据了解风险的一般类型和发生情况，或者将自动化技术与通风系统的历史数据相结合，选择最佳通风系统设计方案，提高管理效果。

3.3矿井通风系统故障诊断

矿井通风系统故障的快速准确诊断是保证通风系统智能化稳定运行和实现风流智能调控的关键。矿井通风故障诊断主要是利用矿井通风系统实时监测数据及矿井通风可视化仿真,利用神经网络技术综合分析通风动力设备、通风网络及通风构筑物等方面故障。对系统故障、设备设施故障及时发出报警信息并准确判断故障源。主通风机是矿井通风系统的心脏,建立主通风机在线监测与故障诊断系统,在对主风机运行温度、振动及电流等重要参数进行实时监测的基础上,根据设备的故障特征库建立预警机制,通过智能预警策略进行智能预警,提醒运行维护人员进行设备检修与维护。智能通风系统软件通过分析得出风速、风量、风压指标可以较好地进行矿井通风系统故障诊断。

3.4智能通风系统整体架构

煤矿井下供风系统较为复杂，基于现场总线的智能通风系统，该系统采用模块化设计，将数据采集、决策执行、分析处理等系统划分成若干功能模块，各功能模块间通过工业以太网通信，通过现场CAN总线方式实现控制功能，使智能通风系统具备远程控制、集成管理等功能。智能通风系统功能模块包括数据采集、险情报警、操作执行以及冗余设计等。智能通风系统用嵌入式模块化设计，可缩短设计周期、便于系统快速搭建，系统运行后各功能模块独立运行，相互不干扰。智能通风系统综合CAN总线、工业以太网两层控制网络，CAN总线实现现场控制、工业以太网实现数据远程传输，上位机将控制指令通过工业以太网传输至现场主控制器，并通过CAN总线控制通风机、通风构筑物、冗余设备及报警装置，确保通风系统可快速响应。井下各环境传感器、设备检测传感器等将通过数据采集卡将数据传输至现场监控计算机，现场监控计算机通过工业以太网将数据传输给远程监控计算机；现场监控计算机可依据各传感器检测数据智能分析井下通风情况，然后通过本地网络将远程控制指令传输至现场主控制器，主控制器解析主控制指令并控制设备运行。

结语

总之，煤矿井下智能通风系统不仅能可持续为煤矿的安全生产保驾护航,而且能通过系统软件平台的智能控制策略,自动控制变频器实时调节风机功率、风门开闭及风窗开启面积,实现按需通风,从而降低矿井通风能耗。同时,可实现煤矿井下通风系统全流程智能运行,减少人工成本,开创煤矿井下智能通风系统的安全高效新模式,具有重要的推广与应用价值。

参考文献

［1］宁玉淼．动态管理模型监测技术在通风系统中的应用［J］．中国矿山工程，2019，48(4):59－61，73．

［2］张明，何云文．黄白茨煤矿智能通风系统建设研究与设计［J］．中国煤炭，2020，48(9):107－112．

［3］李博．煤矿智能通风系统设计与研究［J］．自动化应用，2020(8):135－137，141．