礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)研究

何 先 庭

（云南省麗江市華坪縣船房鄉(xiāng)應(yīng)急中心，云南 麗江 674800）

0 引 言

礦井通風系統(tǒng)作為井下六大系統(tǒng)之一，可使井下人員和設(shè)備處于新鮮風流中，保證作業(yè)人員和設(shè)備的安全，排除井下積聚的瓦斯，可見其對煤礦的安全生產(chǎn)有著較大的影響[1-2]。然而，受煤礦開采環(huán)境的制約，礦井通風系統(tǒng)布置較為復(fù)雜，且不同時期的通風系統(tǒng)需要隨著生產(chǎn)進度而不斷改變和調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)通風系統(tǒng)則是靠人力監(jiān)測巷道中的風阻、風壓和風量等參數(shù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)不及時且誤差較大，更沒有統(tǒng)一性，由此帶來一系列的通風問題，如風阻過大、風量過小、不能及時排出積聚瓦斯等，嚴重影響井下的安全生產(chǎn)，因此研究礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)具有極為重要的意義[3-5]。

1 礦井通風系統(tǒng)信息化的基本概念

礦井的日常生產(chǎn)中井下通風系統(tǒng)設(shè)備繁多，種類及廠商不一，產(chǎn)生的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，格式多變，各設(shè)備和工作面之間形成信息孤島，數(shù)據(jù)不具備統(tǒng)一性，難以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，且無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化。礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)是利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)、智能控制技術(shù)、可視化技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理和共享，并將數(shù)據(jù)可視化，建立智能化、現(xiàn)代化、信息化的高效能礦井。礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的基本執(zhí)行架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)執(zhí)行架構(gòu)圖

近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化計算機技術(shù)在煤礦領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，同時“智慧礦山”的理念也隨之被學(xué)者和工程師們提出，智慧礦山可在節(jié)省大量人力、物力的條件下實現(xiàn)更高的安全保證，將是未來礦山的發(fā)展方向。而礦井通風系統(tǒng)的信息化集成技術(shù)則是智慧礦山的基本組成部分之一，也是建立智慧礦山的前提。礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的應(yīng)用具有以下優(yōu)點：

1）可改變以往人工監(jiān)測瓦斯、煤塵和一氧化碳等有毒有害氣體的低效模式，采用信息化集成技術(shù)實現(xiàn)對井下有毒有害氣體的統(tǒng)一實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)時能及時預(yù)警并排除。

2） 可使礦井通風系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)統(tǒng)一化管理，提高信息管理效率，避免重復(fù)采集數(shù)據(jù)信息，并通過算法將信息關(guān)聯(lián)分析，得到更為可靠的分析結(jié)果。

3）有利于輔助礦井決策部門做出正確的決策，信息化集成技術(shù)可通過分析數(shù)據(jù)，找出礦井通風系統(tǒng)中潛在的風險，這些風險將呈遞給決策部門，從而提高其決策能力，避免單純的依靠工程經(jīng)驗進行決策。

4） 信息化集成技術(shù)采用計算機和通訊技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、整理、分析和處理等，取代了以往報表管理的模式，提高了礦井通風管理的效率。

5）信息化集成技術(shù)可使礦井通風數(shù)據(jù)可視化，使得本來雜亂無章、毫無規(guī)律的通風數(shù)據(jù)變?yōu)樯鷦有蜗蟮膱D像呈現(xiàn)出來，有助于工程師找出數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，并挖掘更多的潛在信息。

6）可使礦井生產(chǎn)成本降低，信息化集成技術(shù)采用大量的計算機和智能設(shè)備代替人工，同時具有極高的工作效率和準確性，能降低人力、物力成本，提高礦井的經(jīng)濟效益。

2 礦井通風系統(tǒng)信息化的初步設(shè)計

礦井通風系統(tǒng)的信息化建設(shè)并不是一個“單打獨斗”的過程，而是需要與其他系統(tǒng)相互結(jié)合、相輔相成。礦井通風系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源主要包括礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)、礦井自動報警系統(tǒng)和礦井人員定位系統(tǒng)等。

2.1 礦井通風系統(tǒng)信息化原則

1）先進性。礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)是智慧礦山的組成部分，應(yīng)采用國內(nèi)、國際標準實現(xiàn)標準化和可拓展性，并運用較為成熟可靠的算法、高效率的運算速度，保證系統(tǒng)的先進性。

2）整體性。礦井通風系統(tǒng)的信息化是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，該系統(tǒng)既包括井下的數(shù)據(jù)采集傳感器和命令執(zhí)行器，又包括地面的主機和風扇等。各個部位和設(shè)備需要相互配合，從而形成完整可靠的信息化系統(tǒng)，因此，礦井通風系統(tǒng)的信息化必須具有整體性。

3）易操作性。根據(jù)煤礦生產(chǎn)行業(yè)的特點，礦井通風系統(tǒng)信息化技術(shù)可提供簡便和友好的人機交互界面，并使數(shù)據(jù)可視化，同時具備信息檢索等功能。

4）有效性。礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)通過數(shù)據(jù)的采集、處理和可視化消滅信息孤島，保證數(shù)據(jù)存儲的安全和可靠性，該系統(tǒng)投資較大，因此必須保證具有切實的實際作用，即保證投資的有效性。

5）針對性。礦井開采是一次性的工程項目，每個礦井都有其獨特的地質(zhì)條件和開采特點，因此礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)，應(yīng)實現(xiàn)在國家有關(guān)標準的前提下，采用適合自身生產(chǎn)和需要的技術(shù)和功能，選擇性的增加和刪減系統(tǒng)。

2.2 礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)架構(gòu)

礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的基本架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的基本架構(gòu)

如圖2 所示礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的基本架構(gòu)由設(shè)備層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層組成。設(shè)備層是采用PC 分布式系統(tǒng)、機電一體化設(shè)備或PLC 系統(tǒng)，以及生產(chǎn)過程中的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)備層可實現(xiàn)對井下安全和通風系統(tǒng)參數(shù)的控制與監(jiān)測。數(shù)據(jù)層是利用數(shù)據(jù)集成技術(shù)對設(shè)備層傳輸過來的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和存儲，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標準化。應(yīng)用層是利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)讀取數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)并以直觀、形象的可視化圖片表示出來，供工程師進行參考和研判，且礦井各部門可通過應(yīng)用層實時查詢井下各地點的瓦斯?jié)舛?、風量、風壓和一氧化碳濃度等通風參數(shù)。

圖3 數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)

3 礦井通風系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)倉庫的建立是實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的重要前提，礦井通風系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)主要包括兩種方式：由上向下和由下向上。由上向下是先建立礦井通風系統(tǒng)信息化的全局數(shù)據(jù)倉庫，再根據(jù)礦井的具體生產(chǎn)情況，建立各部門的數(shù)據(jù)倉庫；由下向上則反之，先建立各部門的數(shù)據(jù)倉庫，再統(tǒng)一匯聚成全局的數(shù)據(jù)倉庫。針對煤礦生產(chǎn)企業(yè)的特點，從成本及運營方面考慮，選取由下向上的方式較為合理，數(shù)據(jù)倉庫的建設(shè)如圖3 所示。

礦井通風系統(tǒng)信息化集成數(shù)據(jù)倉庫包括5 個分層分別為：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)儲存與分析層、數(shù)據(jù)共享層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層，其數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 礦井通風系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)

如圖4 所示，數(shù)據(jù)采集層導(dǎo)入不同的數(shù)據(jù)源；數(shù)據(jù)儲存與分析層對采集的數(shù)據(jù)進行標準化的存儲和處理，剔除無用或重復(fù)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)所應(yīng)具備的格式和一致性；數(shù)據(jù)共享層一般采用星型結(jié)構(gòu)或雪花結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)不同主題的數(shù)據(jù)共享；數(shù)據(jù)應(yīng)用層是數(shù)據(jù)的高度匯總層，可提供數(shù)據(jù)可視化前端頁面，是實現(xiàn)友好人機交互的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 論

1）指出了了礦井通風系統(tǒng)信息化的基本概念，并從不同方面對該系統(tǒng)的優(yōu)點進行了說明，闡述了礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)建設(shè)的基本原則。

2）對礦井通風系統(tǒng)信息化集成技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)進行了分析，主要包括設(shè)備層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，說明了礦井通風系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)倉庫的構(gòu)建過程和技術(shù)架構(gòu)。