礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控軟件在煤礦的應(yīng)用

龔節(jié)兵 劉遠(yuǎn)龍 劉凌霄

(重慶松藻煤電公司 打通一礦，中國 重慶 401445)

長期以來，礦井通風(fēng)安全技術(shù)人員在各類災(zāi)害的防治中積累了豐富的經(jīng)驗，但仍未脫離定性分析階段，復(fù)雜通風(fēng)系統(tǒng)中的控制決策及災(zāi)害救援仍是十分困難的工作。礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理與否對礦井安全生產(chǎn)具有重要而長期的影響，鑒于礦井復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)，如何保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量及風(fēng)流的穩(wěn)定性，優(yōu)化各種調(diào)節(jié)設(shè)施，降低礦井通風(fēng)功耗，使整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)工作在最佳區(qū)域，實現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測與實時控制，對于抑制礦井災(zāi)害，維持安全生產(chǎn)起著重要的作用。本文利用礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控軟件進(jìn)行模擬解算，并從打通一礦通風(fēng)系統(tǒng)改造的實踐中，對生產(chǎn)礦井通風(fēng)在線監(jiān)控進(jìn)行了研究。

1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控軟件概述

本文使用礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控軟件（以下簡稱通風(fēng)在線監(jiān)控），是基于成熟的C/S 網(wǎng)絡(luò)計算模式設(shè)計，系統(tǒng)在服務(wù)器端可以選擇SQL Server 2005 大型數(shù)據(jù)庫作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)源，也可以在客戶端使用ACCESS 數(shù)據(jù)庫作本地數(shù)據(jù)源。整個系統(tǒng)采用Microsoft Visual C#.Net開發(fā)、應(yīng)用工具完成開發(fā)。采用COM 技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的對象化設(shè)計和開發(fā)，利用MapObjects 的相關(guān)控件完成GIS 部分的功能，保證系統(tǒng)的高效率和穩(wěn)定性。軟件體系結(jié)構(gòu)如圖1：

圖1 軟件體系結(jié)構(gòu)圖

從總體上看，通風(fēng)在線監(jiān)控是以計算機(jī)硬件與網(wǎng)絡(luò)通信平臺為依托，以規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、信息化機(jī)構(gòu)以及安全體系為保障，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以MapObjects 為支撐開發(fā)的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控系統(tǒng)軟件，該軟件具有通風(fēng)系統(tǒng)圖編輯、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)自動解算、通風(fēng)在線監(jiān)控等功能，為采掘工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造、礦井主通風(fēng)機(jī)改造及工況點(diǎn)調(diào)整等提供可靠依據(jù)。

2 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控平臺的構(gòu)建

礦井通風(fēng)在線監(jiān)控就是將現(xiàn)行通風(fēng)系統(tǒng)實現(xiàn)可視化和信息化的在線監(jiān)控，即首先利用在線監(jiān)控軟件編輯功能將礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖繪制到在線監(jiān)控服務(wù)器內(nèi)，然后將通風(fēng)系統(tǒng)中各巷道的風(fēng)速、風(fēng)壓傳感器采集的各類數(shù)據(jù)傳入礦現(xiàn)有的KJ90N 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，在線監(jiān)控軟件服務(wù)器通過KJ90N 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)并將相關(guān)巷道屬性和監(jiān)測傳感器進(jìn)行關(guān)聯(lián)設(shè)置，實現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)控。

2.1 礦井概況

打通一礦采用斜、立井開拓方式，通風(fēng)方式為混合式，通風(fēng)方法為抽出式機(jī)械通風(fēng)?，F(xiàn)有六個進(jìn)風(fēng)井，兩個回風(fēng)井。進(jìn)風(fēng)井分別為主斜井、副斜井、S 平硐、新豎井、排矸立井和北進(jìn)風(fēng)井，回風(fēng)井分別為西風(fēng)井和西二風(fēng)井。

進(jìn)風(fēng)井口主斜井、副斜井、南平硐、新豎井、排矸立井和北風(fēng)井的風(fēng)量分別為1361m3/min、2862m3/min、2640m3/min、7971m3/min、6774m3/min 和4016m3/min，回風(fēng)井西風(fēng)井和西二風(fēng)井的風(fēng)量分別為12197m3/min 和13647m3/min。

2.2 在線監(jiān)控軟件參數(shù)的獲取

根據(jù)打通一礦目前采掘部署，由煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院預(yù)警研究所工程技術(shù)人員對礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行了全面測定，掌握當(dāng)前該礦井的各巷道的斷面積、周長、風(fēng)量、干濕溫度、氣壓、巷道長度、支護(hù)方式等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算出了每段巷道的風(fēng)阻值，繪制通風(fēng)系統(tǒng)圖和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算提供參數(shù)。在礦井主要進(jìn)回風(fēng)巷安裝風(fēng)速傳感器和風(fēng)壓傳感器，風(fēng)速傳感器布置位置：W風(fēng)井N總回風(fēng)巷、W風(fēng)井W總回風(fēng)巷、140排矸石門、W2707回風(fēng)巷、W2802回風(fēng)巷、W2704N回風(fēng)巷、W2704S回風(fēng)巷、W二風(fēng)井總回風(fēng)巷、南二區(qū)皮帶人行下山、N風(fēng)井進(jìn)風(fēng)巷、主斜井，共計11臺；風(fēng)壓傳感器布置位置：W2709 運(yùn)輸巷風(fēng)門兩側(cè)、W2707 運(yùn)輸巷、W2704 運(yùn)輸巷（2臺）、W風(fēng)機(jī)、W 二風(fēng)機(jī)，共計6臺，通過傳感器實時監(jiān)控獲取數(shù)據(jù)。

2.3 在線監(jiān)控軟件的生成

通過通風(fēng)在線監(jiān)控服務(wù)器利用通風(fēng)阻力測定數(shù)據(jù)、礦井各巷道風(fēng)速、風(fēng)壓傳感器采集的各類數(shù)據(jù)繪制通風(fēng)系統(tǒng)圖和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖，生成通風(fēng)在線監(jiān)控模型。在該模型生成過程中，由于打通一礦通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，限于篇幅，本文僅以W2707 采煤工作面通風(fēng)在線監(jiān)控為例。首先在W2707 采煤工作面回風(fēng)巷安裝風(fēng)速傳感器對工作面風(fēng)速進(jìn)行實時監(jiān)測監(jiān)控，在W2707 運(yùn)輸巷安裝風(fēng)壓傳感器通過沿7 號軌道巷敷設(shè)風(fēng)流壓力傳導(dǎo)管并延伸至W2707 回風(fēng)巷回風(fēng)繞道以西10m 位置處進(jìn)行工作面風(fēng)壓實時監(jiān)測監(jiān)控，將風(fēng)速和風(fēng)壓傳感器采集的各類數(shù)據(jù)實時上傳到KJ90N 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，通風(fēng)在線監(jiān)控服務(wù)器提取安全監(jiān)控監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)采集風(fēng)速、風(fēng)壓等各類參數(shù)，每5min 進(jìn)行一次礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)自動解算并對解算結(jié)果異常值進(jìn)行安全預(yù)警，進(jìn)而實現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實時在線監(jiān)控。

3 通風(fēng)在線監(jiān)控應(yīng)用及結(jié)果分析

本文以打通一礦通風(fēng)系統(tǒng)改造軟件模擬應(yīng)用為例，對礦井通風(fēng)在線監(jiān)控在煤礦中的應(yīng)用進(jìn)行敘述。

3.1 打通一礦通風(fēng)現(xiàn)狀

W風(fēng)機(jī)排風(fēng)量為12197m3/min，W 二風(fēng)排風(fēng)風(fēng)量為13647m3/min，目前W 二風(fēng)機(jī)范圍內(nèi)的生產(chǎn)過于集中，而W風(fēng)機(jī)范圍內(nèi)目前只有W2707 工作面回風(fēng)，有13 個掘進(jìn)工作面。大部分為安全配風(fēng)，相對W二風(fēng)機(jī)而言W風(fēng)機(jī)風(fēng)量富裕較多，風(fēng)量沒有充分利用，W、W 二風(fēng)機(jī)分配不合理，因此對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，風(fēng)量進(jìn)行重新分配具有非常重要的意義。

3.2 打通一礦通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

目前W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷是進(jìn)風(fēng)巷道，在當(dāng)前采掘部署情況下在W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷施工幾組設(shè)施，將W 區(qū)茅口總進(jìn)風(fēng)巷變?yōu)榛仫L(fēng)巷，將W 區(qū)W1 號瓦斯巷以北的原W 二風(fēng)機(jī)的回風(fēng)通過W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷進(jìn)入W風(fēng)機(jī)，將W1 號回風(fēng)斜坡的回風(fēng)通過W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷進(jìn)入W風(fēng)機(jī)（包括W2709 運(yùn)輸巷、W2709 運(yùn)輸巷下、W2709S 專用瓦斯抽采巷、W2707 工作面、W2805 工作面相關(guān)巷道安全配風(fēng)），以此來提高W風(fēng)機(jī)風(fēng)量的最大利用，若將W 區(qū)W1 號瓦斯巷以北的原W 二風(fēng)機(jī)的風(fēng)量全部調(diào)到W風(fēng)機(jī)屆時W風(fēng)機(jī)的能力不能滿足需求，所以在優(yōu)化系統(tǒng)當(dāng)班將對W290 總回風(fēng)巷控風(fēng)墻的風(fēng)窗大小進(jìn)行優(yōu)化使其通過1900m3/min 的風(fēng)量進(jìn)入W 二風(fēng)機(jī)，從W290 輔助總回風(fēng)巷調(diào)整500m3/min 進(jìn)入W 二風(fēng)機(jī)，優(yōu)化后W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷的進(jìn)風(fēng)將會自然分配到其他用風(fēng)地點(diǎn)

優(yōu)化后W風(fēng)機(jī)承擔(dān)東區(qū)、西二區(qū)和W 區(qū)W1 號瓦斯以北的采掘頭面回風(fēng)。

W 二風(fēng)機(jī)承擔(dān)西區(qū)W1 號瓦斯巷以南的采掘頭面回風(fēng)、南二區(qū)回風(fēng)。

3.3 打通一礦通風(fēng)系統(tǒng)改造軟件模擬效果檢驗

為了檢驗通風(fēng)在線監(jiān)控及分析預(yù)警系統(tǒng)具有輔助礦井進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的功能及其可靠性，如實參考礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，對打通一礦此次的通風(fēng)系統(tǒng)改造過程進(jìn)行了軟件模擬，以W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷為例：

圖2 系統(tǒng)改造前W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷通風(fēng)狀況

圖3 系統(tǒng)改造后W 區(qū)茅口總回風(fēng)巷通風(fēng)狀況

3.4 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算結(jié)果及誤差分析

對礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造進(jìn)行軟件模擬后，選出受影響較大的主要通風(fēng)巷道，提取巷道實際風(fēng)量與模擬風(fēng)量進(jìn)行對比，計算相對誤差，如表1 所示。

表1 巷道實際風(fēng)量與模擬風(fēng)量對比表

4 結(jié)論

經(jīng)過對比驗證，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造進(jìn)行軟件模擬后，模擬風(fēng)量與巷道的實際風(fēng)量非常接近，相對誤差控制在了10%以內(nèi)，且多數(shù)巷道的誤差低于5%。通過上述模擬效果可知，通風(fēng)在線監(jiān)控可用于對礦井的通風(fēng)系統(tǒng)改造、通風(fēng)設(shè)施布置等進(jìn)行提前數(shù)值模擬，并對可能出現(xiàn)的風(fēng)流風(fēng)向等異常情況進(jìn)行預(yù)警，從而對礦方采取超前性防范措施起到一定的指導(dǎo)作用。

［1］龔節(jié)兵.打通一礦井下通風(fēng)在線監(jiān)控科學(xué)技術(shù)報告[R].2013，8.

［2］張?zhí)K，王金貴，王磊，劉洪影，李騰.基于風(fēng)丸軟件的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬解算[J].煤礦開采，2012，17，104：34-36.

［3］張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].2版.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007，1：37-100.