煤矿智能化通风安全管控研究

煤矿智能化通风安全管控研究

郑伟

国能新疆宽沟矿业有限责任公司  新疆乌鲁木齐 830000

摘要：从矿井通风风速传感器启动风速。实时通风网路解算﹑网路优化调节软件等方面阐述了矿井智能通风的研究现状及存在的问题。对包括煤矿数字化矿井通风系统构建、矿井主要通风机和局部通风机远程控制矿井通风参数的精准监测，基于在线监测的实时通风网路解算、通风系统异常诊断，定位与预警，通风系统基本特征分析及可视化在内的煤矿智能化通风安全管控进行了分析研究，对通风网路优化的按需通风、灾变通风决策的智能化﹑智能通风辅助决策平台等通风集成技术进行了初步探讨，提出了矿井通风设计与决策的综合集成研究方向。

关键词：矿井通风;智能决策;远程控制;智能化

引言

矿井通风系统是矿井“六大系统”之首，负责为井下人员、设备提供新鲜空气，同时负责排除井下有毒有害气体。随着矿井开采深度的延伸，矿井通风系统越来越复杂，通风管理越来越难，耗费的人力物力也越来越多。目前，我国许多矿井面临通风系统管理落后。通风监测数据更新滞后等问题，导致我国矿山工业发展受到严重影响。研究出安全可靠的煤矿智能通风系统，是防范化解煤矿安全风险的治本之策，是实现煤矿高质量发展的重要途径。本文分析了矿井智能通风系统的研究现状及存在的问题，对煤矿智能化通风安全管控进行了研究分析，建立煤矿智能化通风系统来保障矿井通风平稳、可靠，实现煤矿安全高效生产。

1煤矿通风系统研究现状及存在的问题

智能通风没有明确的定义，一般认为智能通风是融合信息采集处理技术。控制技术与通风技术，实现日常按需供风和自动化管理、灾变条件下提供分析决策与联动调控。智能通风技术研究取得了很多重要成果，例如王恩等[研发了多点移动式测风装置，通过控制风速传感器在巷道断面内精确移动，确定巷道平均风速。徐瑞龙等采用Dinic算法遍历所有网络寻找网络所有通路，但对于大型网络而言，该方法时间复杂度和空间复杂度过高，且仅适用于单源单汇的网络。刘剑提出了一种基于通风网络最小功耗的深度优先搜索算法，并解决了存在单向回路网络的求解和复杂通风网络的多源多汇求解问题，使通路法在解决复杂通风系统按需优化调节上的应用得到推广。张睿等通过运输巷火灾应急救援系统，以数据采集﹑智能分析﹑灾害报警为依托，远程控制风门实现火灾期间灾害气体的有效隔离。尽管智能通风技术研究取得了一些成果，但仍有几个关键问题尚未得到解决，阻碍了智能通风的发展和应用，主要表现如下：1、传统的机械式风速仪维护周期长，且易发生损坏。在测风过程中，由于测风人员移动，测定断面风流的稳定性容易受到影响，各点风速出现变动，导致所测数据不准确。煤矿中广泛采用的风速传感器启动风速大于o 3 m/ s，无法实现全矿井无盲区全覆盖风量监测。2、通风系统分析过程中需要进行通风网络解算，以对其状态进行评估，但实时通风网路解算问题仍未得到解决。3、在对矿井通风系统调风过程中需要对需风量进行超前计算，因而需要建立一套可靠的需风量计算方法。在对矿井需风量超前计算过程时，需要用智能化的方法，并结合多种传感技术，从而实现各个用风点用风量的超前预测，而网路优化调节软件不支持超前风量调控设施。

2智能通风安全管控研究

21智能通风研究内容

智能通风研究内容包括智能通风安全管控理论与应用研究﹑智能通风系统核心计算能力建设与“中枢神经”构建研究2个部分。其中，智能通风安全管控理论与应用研究主要关注数字化矿井通风系统构建（包括二维三维建模）、主要通风机（局部通风机）远程控制﹑精准测风量以及传感器最优布置、实时动态监测数据的分析预警及通风系统基本特征的深度揭示。智能通风系统核心计算能力建设与“中枢神经”构建研究需要在实时通风网路解算，通风系统异常诊断﹑按需通风（通风网路优化调节），火灾动态信息模拟模型的基础上实现日常通风管理的智能调控能力、通风异常的自动感知诊断与预警能力。灾变条件下的分析决策与联动调控能力，形成统管矿井通风安全监控、分析﹑优化、管理的“中枢神经”，即智能化中央处理单元，实现以智能化决策辅助为重要特征的智能通风管理。

22智能通风管控系统组成

结合矿井通风基础设施设备﹑智能通风系统监测（风速、风压、环境有毒有害气体等）、通风机在线监测﹑远程可控的通风系统设施设备以及其他智能通风子系统，形成智能通风管控系统，集管控分析决策于一体，为矿井安全生产服务，达到“减人﹑提效、保安”的目标。智能通风管控系统由通风状态感知、通风系统分析决策、通风智能调控等模块组成。通风智能调控模块负责执行分析决策下达的调控命令，具备远程风门调控﹑远程风窗调控﹑局部通风机智能调控、灾变应急控制等功能。智能通风管控系统提供了统一的用户交互界面，将风网监测信息、通风机监测信息、火灾监测信息、安全监测信息集中展示管理。

2。3智能化通风安全管控理论与应用研究

（1）煤矿数字化矿井通风系统构建

①采用包括全矿通风阻力测定在内的现场实测﹑在线监测、理论计算等获取煤矿通风安全的基本参数并进行预处理和误差分析。2基于各类数据库﹑数据文件、图形文件库等资料为计算分析。辅助决策提供部分或全部输入数据。3利用图形转换技术将煤矿通风系统图转换为二维、三维数字模型，将通风参数和通风过程加工为直观﹑形象的动态图形的方式，实现数据图形的互联互通。

（2）主要通风机远程控制

矿井主要通风机远程监测及故障诊断系统的控制核心是可编程序控制器PLC，通过采用3层集散式结构对传感器所采集的通风机参数进行分析处理，并利用以太网模块将数据及视频信号传送至上位机。上位机通过组态软件创建主要通风机远程动态监测界面，实现主要通风机的远程监测。基于PowerBuilder 9。0系统工具构建主要通风机故障诊断专家系统，通过应用故障诊断规则，可以判断主要通风机的故障原因，实现主要通风机故障准确定位，为主要通风机的安全可靠运行提供保障。

（3）局部通风机远程控制

设计了局部通风机远程智能控制系统，可实现局部通风机转速自动调节﹑故障智能诊断等功能，使局部通风机系统的安全性和可靠性得到保障。通过T-S模型的模糊控制技术实现专家语言向模糊控制规则转换，从而智能控制局部通风机风量。由于传统的局部通风机控制技术存在信息滞后情况，引入了模糊预测控制技术，可准确预测瓦斯浓度，在瓦斯积聚之前可以通过提高风速消除潜在的危险。

结束语

在矿井通风领域，煤矿智能化通风安全管控始终是一个热点问题，人工智能领域中的神经网络、遗传算法、分形几何。专家系统技术等在矿井通风领域中得到了越来越成熟的应用。智能通风系统刚开始大规模建设，由于时间短，软件建设与矿井井下的实际需要还不能完全融合。在实际应用过程中将会遇到种种问题，制约智能通风的应用，这将是今后乃至一个时期内长期存在的客观现象，对此要有一个清醒的认知，不能全面依靠自动控制，还需要智能控制为主、人工检控为辅全力完善管控。目前，比较有价值的综合集成方法需要从定性到定量进行集成，为矿井通风系统建设中的设计和决策提供支撑。结合当前研究情况，对于矿井通风智能化而言，可行的发展途径是向智能决策支持系统方向发展。

参考文献

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[2]贺炳伟.煤矿智能通风与安全保障平台方案架构[J].陕西煤炭,2021,40(06):169-171+198.

[3]马瑞.煤矿矿井通风安全管理与智能化应用[J].科技创新与应用,2020(23):184-185.