礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)在智能化礦山建設(shè)中的應(yīng)用

柳凱元

（神東煤炭集團(tuán)大柳塔煤礦，陜西 神木 719315）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為煤礦“采、掘、機(jī)、運(yùn)、通”五大系統(tǒng)之一，其重要性不言而喻，它一方面肩負(fù)著向井下人員供給新鮮空氣，滿足人員呼吸需要的使命，另一方面也起著沖淡井下有害氣體和粉塵，保證安全生產(chǎn)，調(diào)節(jié)井下氣候，創(chuàng)造良好工作環(huán)境的重要作用。礦井通風(fēng)系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，事關(guān)整個(gè)煤礦生產(chǎn)發(fā)展的安全與否。縱觀近年來的煤礦安全生產(chǎn)事故，特別是重大事故，往往是由于供風(fēng)不足導(dǎo)致的瓦斯積聚，進(jìn)而造成了局部瓦斯爆炸事故。為了全面貫徹“安全第一，預(yù)防為主，綜合治理”的方針，大力促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高礦井安全保障能力，必須保證通風(fēng)系統(tǒng)保持最佳運(yùn)行狀態(tài)。

1 礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)＋互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交互式智能化管理

IMVS整個(gè)系統(tǒng)由以下四部分組成：（1）通風(fēng)技術(shù)主管客戶端；（2）礦井服務(wù)器端；（3）礦井客戶端；（4）集團(tuán)公司管理終端。礦井內(nèi)部通過局域網(wǎng)進(jìn)行連接，集團(tuán)公司與各礦之間利用集團(tuán)公司內(nèi)部網(wǎng)進(jìn)行連接，其中各端擁有不同的權(quán)限。

通過應(yīng)用該軟件系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)（Internet）交互式智能化管理。解決了通風(fēng)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸關(guān)鍵問題，首次提出了礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化管理模式，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)技術(shù)員層、礦領(lǐng)導(dǎo)管理層、集團(tuán)公司管理層對(duì)于通風(fēng)管理交互的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息化智能化管理。對(duì)礦井安全生產(chǎn)救災(zāi)決策的制定具有積極的輔助作用，可以極大縮短對(duì)井下災(zāi)害的應(yīng)急反應(yīng)時(shí)間，為井下應(yīng)急救援贏得更多時(shí)間。通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交互式智能化管理模式，能夠有效應(yīng)對(duì)煤礦應(yīng)急管理中突出的“應(yīng)急性”，對(duì)其突發(fā)的煤礦安全生產(chǎn)事故所做出的“臨時(shí)性”決策提供技術(shù)支持。

2 通風(fēng)系統(tǒng)分配優(yōu)化仿真，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)降阻穩(wěn)流，保持通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定

智能礦井通風(fēng)仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了以礦井需風(fēng)量、《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的最高及最低風(fēng)速為限制、以礦井通風(fēng)總功耗最小為目標(biāo)算法功能，解決了在含有固定風(fēng)量通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算算法中，只處理節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡而造成回路風(fēng)壓不平衡的問題，然后再反過來通過增阻調(diào)節(jié)，達(dá)到回路風(fēng)壓平衡狀態(tài)，往往會(huì)導(dǎo)致主要通風(fēng)機(jī)負(fù)壓增大，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)；因此在使用該算法之前，應(yīng)該具有完善通風(fēng)仿真系統(tǒng)圖、巷道屬性參數(shù)中的“固定風(fēng)量”值或“斷面積”“最高允許風(fēng)速”“最低允許風(fēng)速”，若不輸入采用默認(rèn)參數(shù)最低風(fēng)速為0，最高風(fēng)速不限制；構(gòu)筑物屬性數(shù)據(jù)“等效風(fēng)阻”根據(jù)實(shí)際狀況輸入，如可以“打開”“等效風(fēng)阻”為0；輸入?yún)?shù)如圖1、圖2所示。

圖1 輸入巷道斷面積，最高、最低允許風(fēng)速，固定風(fēng)量

圖2 輸入構(gòu)筑物等效風(fēng)阻

點(diǎn)擊【仿真】菜單中【優(yōu)化風(fēng)流分配】菜單后，彈出優(yōu)化分風(fēng)結(jié)果，并給出通風(fēng)動(dòng)力裝置工作負(fù)壓，對(duì)應(yīng)巷道調(diào)節(jié)建議，其中負(fù)值標(biāo)識(shí)應(yīng)該提供動(dòng)力（通風(fēng)動(dòng)力裝置負(fù)壓）值，如圖3所示。

圖3 風(fēng)量優(yōu)化分配結(jié)果表

在仿真系統(tǒng)調(diào)平之后便可以對(duì)系統(tǒng)的仿真結(jié)果及誤差進(jìn)行分析；點(diǎn)擊【分析報(bào)告】下的【通風(fēng)仿真結(jié)果分析報(bào)告】菜單項(xiàng)，將會(huì)生成礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流分配仿真結(jié)果分析報(bào)告；根據(jù)報(bào)告對(duì)當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題及時(shí)做出對(duì)應(yīng)的調(diào)整，可以使礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行保持穩(wěn)定，能夠進(jìn)一步優(yōu)化礦井通風(fēng)應(yīng)急系統(tǒng)，礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)是瓦斯風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的重要防范措施，也是礦井通風(fēng)安全的重要保障。

3 礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)＋礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化礦山通風(fēng)系統(tǒng)在線的實(shí)時(shí)仿真

結(jié)合礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集風(fēng)網(wǎng)各類參數(shù)，融合通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?shù)據(jù)計(jì)算誤差處理等分析匹配技術(shù)，以分支風(fēng)阻反演解算法為理論基礎(chǔ)，軟件編程為解決手段，實(shí)現(xiàn)風(fēng)網(wǎng)實(shí)時(shí)解算和各類參數(shù)的分析、處理。以通風(fēng)參數(shù)快速準(zhǔn)確獲取為理論和技術(shù)基礎(chǔ)，開發(fā)通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化仿真平臺(tái)；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)等手段，制定通風(fēng)系統(tǒng)異常-人員一體化控風(fēng)預(yù)案庫，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)異常的超前仿真，開發(fā)礦井通風(fēng)三維智能輔助決策平臺(tái)。通過研究礦井通風(fēng)參數(shù)異常診斷與異常影響范圍快速確定方法，建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支風(fēng)阻反演求解模型，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算（準(zhǔn)確率大于90%），研發(fā)礦井通風(fēng)三維智能輔助決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)異常快速研判、應(yīng)急調(diào)控超前模擬、調(diào)控方案快速生成和通風(fēng)智能控制等功能，這一技術(shù)可對(duì)井下粉塵和有毒有害氣體的監(jiān)控檢測(cè)能力以及變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)井下風(fēng)量調(diào)整給出對(duì)應(yīng)方案，及時(shí)解決有害氣體積聚的隱患，因此，礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)＋礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，可以對(duì)監(jiān)控應(yīng)急系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)配置，保障井下開采的安全與穩(wěn)定。

4 礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)在智能化礦山建設(shè)中應(yīng)用的重要性

“水、火、瓦斯、頂板、煤塵”五大自然災(zāi)害長期以來嚴(yán)重威脅著井下煤礦工人的生命與健康安全，近年來煤礦自然災(zāi)害與粉塵災(zāi)害尤為嚴(yán)重，且大多數(shù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量少、準(zhǔn)確性低、風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控難、人工調(diào)控效率低、“一通三防”設(shè)施自動(dòng)化控制水平不高，企業(yè)往往是被動(dòng)地應(yīng)對(duì)事故，不能及時(shí)、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)安全隱患，加之由于采掘工程的影響，通風(fēng)設(shè)施的變形、老化嚴(yán)重，使礦井通風(fēng)阻力進(jìn)一步增大，風(fēng)門、風(fēng)墻漏風(fēng)量也隨之增大；各種通風(fēng)動(dòng)力設(shè)備的磨損、銹蝕，使性能參數(shù)逐漸變差，迫切需要優(yōu)化各種調(diào)節(jié)設(shè)施，來提高通風(fēng)系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)分析。為了保證礦井通風(fēng)安全的可靠性和有效性，減少人工管理不到位和效能的不足，提高礦井通風(fēng)自動(dòng)化、信息化和智能化的水平，適應(yīng)新時(shí)代智能化礦山建設(shè)發(fā)展的需求，引入礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)感知、故障智能診斷、災(zāi)害智能預(yù)警、安全智能化管控和災(zāi)變智能應(yīng)急控制等多項(xiàng)重要功能對(duì)智能化礦井建設(shè)十分必要。

5 結(jié)論

礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)是礦井通風(fēng)安全管理的決策支持技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交互式智能化管理的同時(shí)，也能夠使通風(fēng)系統(tǒng)分配優(yōu)化仿真，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)降阻穩(wěn)流，保持通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)和礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)仿真功能，可以作為礦井通風(fēng)安全可靠性評(píng)價(jià)和決策研究的重要內(nèi)容之一，因此礦井通風(fēng)仿真系統(tǒng)具有極高的應(yīng)用價(jià)值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)礦井通風(fēng)管理、系統(tǒng)調(diào)整設(shè)計(jì)、風(fēng)流分配仿真的可視化、智能化，能夠?yàn)榈V井智能化建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。