大海則煤礦智能通風(fēng)系統(tǒng)可視化管控平臺搭建及應(yīng)用

閆尚彬，李 靜

（1.中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林719000；2.山東藍(lán)光軟件有限公司，山東 泰安271000）

0 引言

目前國內(nèi)外的通風(fēng)信息化軟件大多較側(cè)重于對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)網(wǎng)解算和三維仿真，在礦井通風(fēng)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測信息的運(yùn)用方面尚有不足[1]，在通風(fēng)設(shè)施的遠(yuǎn)程自動調(diào)控運(yùn)用方面還屬于國內(nèi)空白，我國煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制，不論是調(diào)控方案決策，還是調(diào)節(jié)控制方法一般都是人工進(jìn)行的，沒有定量化風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置和自動決策手段，很難及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)量[2]。風(fēng)窗、風(fēng)門的調(diào)節(jié)也主要依靠人工來完成，雖然目前出現(xiàn)了一些遠(yuǎn)程自動控制風(fēng)窗，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)窗開口面積的自動調(diào)節(jié)，但依然是通過“監(jiān)測－調(diào)節(jié)”的循環(huán)與驗(yàn)證，解放了人員，但并未提高調(diào)控速度，同時(shí)因風(fēng)量的精準(zhǔn)監(jiān)測問題沒有得到解決，無法實(shí)現(xiàn)真正的風(fēng)量定量調(diào)節(jié)[3]。礦井的通風(fēng)系統(tǒng)還停留在人工或半人工階段，因此，造成大型的礦井，特別是大型煤礦難以實(shí)現(xiàn)有效通風(fēng)和按需供風(fēng)[4]，造成嚴(yán)重的人力、物力和財(cái)力的極大浪費(fèi)。

而本文介紹的智能通風(fēng)系統(tǒng)可視化管控平臺，不但實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化，最重要的是通過與監(jiān)測系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了需風(fēng)量動態(tài)定量調(diào)節(jié)解算、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)解算、通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及在線預(yù)警，并且結(jié)合風(fēng)窗和風(fēng)門智能裝備，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)窗和風(fēng)門的遠(yuǎn)程自動調(diào)控，可以解決風(fēng)門的開關(guān)自動化問題，也可以解決風(fēng)門的調(diào)節(jié)自動化問題;既可以實(shí)現(xiàn)單道風(fēng)門的自動化，也可以實(shí)現(xiàn)雙道風(fēng)門的自動閉鎖;不僅可以通過測速雷達(dá)和紅外傳感器識別車輛和行人，還可以與遠(yuǎn)程通風(fēng)自動調(diào)控系統(tǒng)、人員和車輛定位系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)，為實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的全局自動化和智能化奠定了硬件基礎(chǔ)[5]。

1 總體設(shè)計(jì)

大海則煤礦智能化通風(fēng)管控平臺包含4個(gè)功能模塊，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 大海則煤礦智能化通風(fēng)管控平臺結(jié)構(gòu)

通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化主要實(shí)現(xiàn)巷道、通風(fēng)線路和通風(fēng)設(shè)施的三維可視化，為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算、通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及在線預(yù)警、通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化控制奠定基礎(chǔ)。

通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算在通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化的基礎(chǔ)上，基于感知數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)需風(fēng)量實(shí)時(shí)計(jì)算和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算，實(shí)現(xiàn)按時(shí)按需供風(fēng)，并將解算結(jié)果自動提交到通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程可視化控制模塊，為風(fēng)窗、調(diào)節(jié)風(fēng)門的遠(yuǎn)程控制提供定量化的調(diào)節(jié)方案。

通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及在線預(yù)警在通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算的基礎(chǔ)上，基于感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)風(fēng)道參數(shù)、通風(fēng)設(shè)施狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)在線預(yù)警。

通風(fēng)設(shè)施遠(yuǎn)程可視化自動控制基于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算模塊提供的調(diào)風(fēng)方案和傳感感知數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)門、風(fēng)窗、主通風(fēng)機(jī)和局扇的遠(yuǎn)程自動控制。

2 通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化

基于藍(lán)光智能化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，通過建立巷道、通風(fēng)線路和通風(fēng)設(shè)施的地理信息，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化管理，將復(fù)雜的通風(fēng)拓?fù)潢P(guān)系、通風(fēng)參數(shù)和通風(fēng)過程以三維組態(tài)的形式簡單、直觀的進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)從任意角度觀察和調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。

1）巷道三維可視化：在二維通風(fēng)系統(tǒng)圖中通過繪制標(biāo)高點(diǎn)和連接關(guān)系的方法實(shí)現(xiàn)巷道空間關(guān)系的建立，對每一段巷道配置屬性信息，包括巷道名稱、寬度、高度、斷面形狀等，即可自動生成巷道三維模型，并自動處理上下、交叉等任意空間關(guān)系，見圖2。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化效果

2）通風(fēng)線路三維可視化：在二維通風(fēng)系統(tǒng)圖中通過繪制節(jié)點(diǎn)和線路的方法實(shí)現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的建立，并對風(fēng)道配置屬性信息，包括風(fēng)道名稱、始點(diǎn)編號、終點(diǎn)編號、始點(diǎn)標(biāo)高、終點(diǎn)標(biāo)高、風(fēng)道長度、寬度、高度、斷面周長、斷面面積等，即可自動生成三維通風(fēng)線路，對風(fēng)流流動進(jìn)行可視化模擬。

3）通風(fēng)設(shè)施三維可視化：通過三維實(shí)體的布爾運(yùn)算技術(shù)建立風(fēng)門、風(fēng)窗、通風(fēng)機(jī)、局扇、傳感器等三維模型。

3 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算

在通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化的基礎(chǔ)上，結(jié)合對井下瓦斯?jié)舛?、風(fēng)速、CO等參數(shù)的智能感知參數(shù)，實(shí)現(xiàn)用風(fēng)點(diǎn)需風(fēng)量的自動計(jì)算（見圖3），然后以每個(gè)用風(fēng)點(diǎn)的需風(fēng)量為基本參數(shù)，利用軟件提供的分風(fēng)解算功能，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)解算，并自動給出調(diào)風(fēng)方案（包括風(fēng)道編號、風(fēng)道地點(diǎn)、風(fēng)道名稱、調(diào)阻量、風(fēng)窗面積等信息），為通風(fēng)遠(yuǎn)程可視化控制模塊提供調(diào)風(fēng)數(shù)據(jù)（見圖4）。

圖3 需風(fēng)量自動計(jì)算

圖4 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算

4 通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控及在線預(yù)警

在通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化的基礎(chǔ)上，通過與監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集成，可以在平臺中直觀的查看當(dāng)前各個(gè)巷道的風(fēng)阻、風(fēng)量和風(fēng)壓情況，各個(gè)巷道周圍的環(huán)境參數(shù)（氧氣、溫度、一氧化碳、二氧化碳等），通風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況、各個(gè)通風(fēng)設(shè)施的狀態(tài)以及預(yù)警信息等。

1）風(fēng)道參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過與安全監(jiān)測數(shù)據(jù)集成，將各個(gè)風(fēng)道實(shí)時(shí)解算得到的風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)阻等數(shù)據(jù)展示到各個(gè)風(fēng)道上，見圖5。

圖5 風(fēng)道參數(shù)實(shí)時(shí)展示

2）通風(fēng)設(shè)施狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過與通風(fēng)設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)門、風(fēng)窗開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖6 設(shè)施狀態(tài)實(shí)時(shí)展示

3)環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過與安全監(jiān)測系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)瓦斯，一氧化碳、溫度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖7 環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

4）在線預(yù)警.通過與監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)集成，對主通風(fēng)機(jī)、局扇、風(fēng)門、風(fēng)窗的異常、故障等信息實(shí)現(xiàn)紅色、橙色、黃色、藍(lán)色分級預(yù)警，并可查詢預(yù)警詳細(xì)信息。

5 通風(fēng)設(shè)施遠(yuǎn)程自動控制

根據(jù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算模塊得到的的調(diào)風(fēng)方案，通過對接智能風(fēng)門、風(fēng)窗的相關(guān)控制接口，采用Modbus，OPC，PLC等通訊技術(shù)及通訊接口，基于工業(yè)環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對控制命令的準(zhǔn)確送達(dá)，對井下調(diào)節(jié)風(fēng)門、風(fēng)窗等實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)。并且可以根據(jù)礦井主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制，局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制啟停。

圖8 通風(fēng)系統(tǒng)在線預(yù)警

圖9 智能通風(fēng)設(shè)施遠(yuǎn)程自動控制

6 總結(jié)

本系統(tǒng)在大海則煤礦進(jìn)行了成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、通風(fēng)設(shè)施遠(yuǎn)程全自動控制，實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)的自動化，避免了靠人工來完成風(fēng)量分配與調(diào)節(jié)帶來的穩(wěn)定性差、效率低等問題，有效地降低了通風(fēng)成本。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的智能決策和風(fēng)門、風(fēng)窗的遠(yuǎn)程自動控制，對降低礦井火災(zāi)等事故危害的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)煤礦的安全生產(chǎn)具有重要意義。