煤礦通風(fēng)系統(tǒng)隱患智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分析

＊張 曼

（晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦 山西 037003）

1.引言

基于目前煤礦企業(yè)大多利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，測得的每個傳感器不同的通風(fēng)參數(shù)，來排查通風(fēng)系統(tǒng)是否具備安全隱患，研究了優(yōu)化并改進實時監(jiān)控通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)施。全面的排查隱患首先要檢查通風(fēng)系統(tǒng)及其可靠性。人工排查無法實現(xiàn)實時監(jiān)測且費力費時；研發(fā)的系統(tǒng)在線監(jiān)測可以自動識別隱患并收集通風(fēng)參數(shù)，設(shè)定模型，實現(xiàn)提前報警，需要人工去實時分析和監(jiān)控通風(fēng)是否具備隱患。結(jié)果表明結(jié)合人工和系統(tǒng)兩種方式，會得到一個可靠安全的通風(fēng)系統(tǒng)，更有利于人工分析通風(fēng)系統(tǒng)實時運行狀況。

2.概述礦井

某礦的主采煤層沒有爆炸性，通風(fēng)是分區(qū)式，即通風(fēng)系統(tǒng)各采區(qū)彼此獨立，其可以采用的開拓方式為混合式、長壁走向的采煤方法，管理頂板采用全部垮落法，回采工藝采用綜采。礦井開掘了13個工作面，2個為備用，4個工作面用于生產(chǎn)?！癠”或“W”形通風(fēng)用于回采工作面，局部壓入模式通風(fēng)用于開掘工作面。

3.排查隱患

(1)如何排查隱患及最終目的

詳細排查礦井通風(fēng)隱患，要定期運用安全檢查表法去進行，錄入各測風(fēng)點測定的通風(fēng)阻力數(shù)據(jù)庫，針對隱患建立監(jiān)控系統(tǒng)，提供依據(jù)實現(xiàn)預(yù)警災(zāi)害。

①是否完善了通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)實際礦井情況的規(guī)程要求，結(jié)合實際作業(yè)場所及巷道的需風(fēng)量，查看是否滿足礦井整體或局部通風(fēng)系統(tǒng)的需要，存在缺陷是否較大。

②測定礦井的通風(fēng)阻力

通風(fēng)阻力決定通風(fēng)系統(tǒng)的可靠程度。礦井主要管理通風(fēng)技術(shù)內(nèi)容的是測定的通風(fēng)阻力，目的是檢查是否合理分布了通風(fēng)阻力，如某些部分區(qū)段及巷道是否具有過大的阻力，礦井實現(xiàn)均壓防滅火及通風(fēng)機降低電耗也是通過降低通風(fēng)阻力、優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)來實現(xiàn)。礦井優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)通過測定通風(fēng)阻力來增強抗災(zāi)防災(zāi)，使生產(chǎn)成本降低，獲得安全、高效的經(jīng)濟效益。

③通風(fēng)設(shè)備、設(shè)施

通風(fēng)系統(tǒng)是否穩(wěn)定的基礎(chǔ)和前提，是通風(fēng)設(shè)施的維護和構(gòu)建。部分巷道配置合適的設(shè)施，微調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備，保證風(fēng)流流動的線路是固定的。生產(chǎn)區(qū)域直接影響通風(fēng)效果的是：是否合理選擇設(shè)備位置及通風(fēng)設(shè)施以及是否達到有效穩(wěn)定的運行狀態(tài)。未合理選擇通風(fēng)設(shè)備或損壞設(shè)施，風(fēng)流會大量漏風(fēng)產(chǎn)生循環(huán)風(fēng)、造成短路，結(jié)果是礦井的通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定、浪費了資源、井下操作人員安全性受到了威脅。

礦井主要檢查通風(fēng)機電流、電壓和工況等運行的狀態(tài)，判斷風(fēng)機故障是否發(fā)生，定期檢測礦井需要的風(fēng)量，測定風(fēng)機能否達到要求，對風(fēng)機參數(shù)準(zhǔn)確性進行各項核實。檢查導(dǎo)風(fēng)板、風(fēng)門、風(fēng)障、風(fēng)酮、風(fēng)橋、密閉墻以及調(diào)節(jié)風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施的運行狀態(tài)是否穩(wěn)定、合理。

(2)初步排查分析通風(fēng)系統(tǒng)的隱患

①分析通風(fēng)阻力

測定四條路線的通風(fēng)阻力采用的方法是同步測定氣壓計法。兩條西風(fēng)井的工作面是3501和3503；兩條西二風(fēng)井的工作面是西區(qū)路線和3505，具體參數(shù)如表1。

表1 通風(fēng)參數(shù)測量結(jié)果

A.根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，礦井通風(fēng)時所受到的阻力不能大于2940Pa，其回風(fēng)量應(yīng)在10000-20000m3/min之間，而根據(jù)實際勘測，所有勘測的路線之中，受到的最大的阻力大約是1982.5Pa，遠未達到2940Pa，故其風(fēng)阻合格達標(biāo)。

B.根據(jù)測得數(shù)據(jù)可以看出，所有檢測的等面積孔和礦井的總值都不小于2m3，而且總的風(fēng)阻也遠遠不到0.345N·s2/m3，因此不難得出這個礦井正處在容易通風(fēng)階段的結(jié)論。

C.通過對圖一的分析，我們可以看出這幾條路線的分布雖然合理，但是卻存在著較大的回風(fēng)阻力，尤其是占60.8%的2703路線，究其根本，還是因為巷道年久失修缺乏維護而且它的截斷面積太小導(dǎo)致，見圖1。

圖1 3503工作面三區(qū)通風(fēng)阻力分布圖

②檢查通風(fēng)問題

采用安全檢查表法排查隱患1個、優(yōu)化項1個。

A.通過排查我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)機房內(nèi)顯示的壓力與實際的壓力不符，通過縝密的查驗，我們得出的結(jié)論是傳感器出現(xiàn)了問題，而更換傳感器之后恢復(fù)了正常。

B.這個礦場目前存在兩臺風(fēng)機，經(jīng)過實地測量，西一區(qū)風(fēng)機排風(fēng)量約為13785m3/min，西二區(qū)的約為14580m3/min，而由于礦井的安排，這樣的風(fēng)量分配并不合理，需要重新分配風(fēng)量來提高通風(fēng)效率。

4.通風(fēng)系統(tǒng)安全自動分析預(yù)警

(1)原理

通過收集測量通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)阻，可以構(gòu)建并逐步完善其數(shù)據(jù)庫和建立預(yù)警模型，在監(jiān)測體系的幫助下對礦井各項參數(shù)進行檢測并通過大數(shù)據(jù)運算達到對通風(fēng)系統(tǒng)安全隱患提前預(yù)警的目的。

(2)預(yù)警模型的不同模塊

①循環(huán)風(fēng)模塊。在掘進巷道內(nèi)安裝傳感器對風(fēng)速和風(fēng)向進行實時監(jiān)測，當(dāng)風(fēng)向與設(shè)定的方向之間超過了90°，就應(yīng)進行預(yù)警，因為此時很容易發(fā)生循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象。

②風(fēng)壓模塊。在調(diào)風(fēng)設(shè)施處安裝傳感器，實時監(jiān)測其風(fēng)壓，當(dāng)其風(fēng)壓變化較大時應(yīng)進行預(yù)警。

③風(fēng)量、風(fēng)速模塊。這個模塊有兩種預(yù)警體系，一是通過對比傳感器所得數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)異常并進行預(yù)警，這相當(dāng)于直接監(jiān)控；二是通過對關(guān)鍵位置的風(fēng)量的檢測并結(jié)合大數(shù)據(jù)對井內(nèi)通風(fēng)狀況的運算來與井內(nèi)的通風(fēng)量對比，而這就相當(dāng)于間接監(jiān)控。

(3)預(yù)警系統(tǒng)的組成和效果

①在線監(jiān)測系統(tǒng)

主要內(nèi)容：

A.計算網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)和測量不同傳感器得到的數(shù)據(jù)相加構(gòu)成了預(yù)警隱患功能，結(jié)合模塊預(yù)警的規(guī)則預(yù)警不同地點的異常。B.監(jiān)控系統(tǒng)圖上可以看到每個傳感器分布的位置在哪，還可以通過檢測系統(tǒng)圖來查詢其檢測的數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，當(dāng)其狀態(tài)改變時或者其檢測到的數(shù)據(jù)不正常時會發(fā)出預(yù)警。

②預(yù)警模型數(shù)字化

預(yù)警模型數(shù)字化包含數(shù)據(jù)審核、圖紙數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)解算和通風(fēng)參數(shù)提取，其中，數(shù)據(jù)審核是指通過實際測量到的數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)的對比來確認其各項參數(shù)是否合理；用CAD來實現(xiàn)數(shù)字圖紙化的通風(fēng)系統(tǒng)圖，可識別的圖紙是信息格式化的巷道位置；自然風(fēng)壓初始化計算由模型內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)解算而來，同理，回路風(fēng)量平衡及生成和生成最小樹以及特定風(fēng)機模擬的計算與之類似；測定通風(fēng)阻力的參數(shù)與通風(fēng)傳感器的參數(shù)相加得到最終的通風(fēng)參數(shù)，最后計算錄入每個節(jié)點的風(fēng)阻和風(fēng)量。

③效果

在應(yīng)用本系統(tǒng)的11個多月里，一共出現(xiàn)過13次預(yù)警，其中，有兩次是風(fēng)流異常產(chǎn)生的預(yù)警，有8次是因為短時間內(nèi)風(fēng)速異常而產(chǎn)生的預(yù)警，有兩次是因為風(fēng)壓異常而產(chǎn)生的預(yù)警，最后一次預(yù)警的原因則是長時間內(nèi)的風(fēng)速異常導(dǎo)致的。據(jù)事后分析得出的結(jié)論，短時間內(nèi)風(fēng)速異常導(dǎo)致的預(yù)警是正常的波動，無需理會；長時間內(nèi)的風(fēng)速異常導(dǎo)致的預(yù)警則是因為回風(fēng)巷的斷口變形變窄導(dǎo)致風(fēng)速上升直至超出預(yù)定速度；而在西二區(qū)發(fā)生的風(fēng)流異常的原因則是西五區(qū)內(nèi)巷道積水使得回風(fēng)斷面變小導(dǎo)致的；而由于風(fēng)的壓力變化產(chǎn)生的預(yù)警則是因為工作人員操作不規(guī)范，沒有完全復(fù)位擋風(fēng)裝置導(dǎo)致的。

5.結(jié)語

（1）礦井應(yīng)該從管、物、環(huán)等方面嚴(yán)查使安全等級得到提升，以此來加強對井內(nèi)通風(fēng)技術(shù)的管理能力，確保礦井通風(fēng)安全可靠。

（2）從實際操作中可以看出，數(shù)據(jù)庫的建立以及數(shù)字化通風(fēng)系統(tǒng)的實施以及測量礦井內(nèi)的各種參數(shù)和利用傳感器實時監(jiān)控各項參數(shù)、通過大數(shù)據(jù)模擬運算礦井通風(fēng)系統(tǒng)可能存在的安全隱患來進行檢測并預(yù)警礦井通風(fēng)的安全問題，使得通風(fēng)系統(tǒng)的安全等級上升了很多，對井下作業(yè)有了更高的安全保障。