煤礦智能通風(fēng)與監(jiān)測系統(tǒng)研究

閆建武

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤業(yè)有限公司， 山西 離石 033000）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)是井下煤炭開采主要的輔助系統(tǒng)，主要用以給井下提供新鮮空氣、調(diào)節(jié)井下氣候、排出井下有毒有害物質(zhì)等[1-2]。隨著井下煤炭開采范圍、開采強(qiáng)度增加，井下通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況也會不斷發(fā)生變化，對通風(fēng)系統(tǒng)效率以及安全性造成一定的影響[3-5]?，F(xiàn)階段礦井普遍采用人工監(jiān)測方式對井下通風(fēng)參數(shù)（風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)壓以及溫度等）進(jìn)行監(jiān)測，現(xiàn)場應(yīng)用存在監(jiān)測效率低、勞動強(qiáng)度大等問題[6]。隨著綜合自動化、智能化技術(shù)和設(shè)備在煤礦推廣應(yīng)用，為井下智能通風(fēng)以及通風(fēng)監(jiān)測創(chuàng)造了良好條件[7]。

1 山西某礦11306 綜采工作面概況

山西某礦為年設(shè)計生產(chǎn)能力300 萬t，主采煤層包括有2 號、4 號、11 號和13 號等，現(xiàn)階段生產(chǎn)主要集中在11 號煤層。11 號煤層賦存穩(wěn)定，厚度均值4.56 m，頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖為主。11306 綜采工作面位于3 采區(qū)中部，采用U 型通風(fēng)方式，設(shè)定通風(fēng)量為2360 m3/min。礦井通風(fēng)采用分區(qū)式通風(fēng)，有東、西兩個回風(fēng)立井，東回風(fēng)井回風(fēng)量為16890 m3/min，西回風(fēng)井回風(fēng)量為15730 m3/min。

2 智能通風(fēng)與監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析2

.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

在礦井采用的智能通風(fēng)與監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1 所示。在井下使用的智能通風(fēng)與監(jiān)測系統(tǒng)通過百葉式自動風(fēng)窗、自動風(fēng)門等對井下通風(fēng)量進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。在井下布置高精度、高性能的風(fēng)速、風(fēng)壓、一氧化碳、溫度和甲烷等傳感器，并通過地面監(jiān)控機(jī)房內(nèi)的通風(fēng)軟件對監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)參數(shù)實(shí)時監(jiān)測。

圖1 智能通風(fēng)與監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在地面監(jiān)控中心采用的通風(fēng)監(jiān)控軟件具備實(shí)時分析、數(shù)據(jù)存儲，并可對井下通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，為煤礦井下智能通風(fēng)管理奠定了基礎(chǔ)。結(jié)合礦井已有的KJ90NB 監(jiān)控系統(tǒng)，通過井下通風(fēng)系統(tǒng)布置的各類傳感器，可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)阻力測定，并對井下各個用風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。

2.2 現(xiàn)場布置方案

2.2.1 實(shí)時監(jiān)控

為了提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，對11306 綜采工作面通風(fēng)進(jìn)行了智能化管理及監(jiān)控。11306 綜采工作面的具體通風(fēng)路線為：主斜井→井底車場→3 采區(qū)集中運(yùn)輸巷→采面運(yùn)輸順槽→采面→采面回風(fēng)順槽→3 采區(qū)集中回風(fēng)巷→回風(fēng)大巷→東回風(fēng)立井。根據(jù)礦井生產(chǎn)規(guī)劃以及井下巷道布置情況，在采區(qū)集中運(yùn)輸巷，并集中回風(fēng)巷，采面進(jìn)風(fēng)及回風(fēng)順槽、采面上下端頭以及回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷等位置均布置傳感器監(jiān)測點(diǎn)。在監(jiān)測點(diǎn)內(nèi)布置的傳感器類型包括有風(fēng)速、風(fēng)壓、一氧化碳、溫度和甲烷等傳感器，傳感器監(jiān)測的數(shù)據(jù)可通過井下已有的工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)傳輸給地面監(jiān)控中心。

2.2.2 智能通風(fēng)調(diào)控

智能通風(fēng)調(diào)控主要通過百葉風(fēng)窗實(shí)現(xiàn)，在采面運(yùn)輸順槽內(nèi)布置百葉風(fēng)窗，風(fēng)窗結(jié)構(gòu)如下頁圖2 所示。百葉風(fēng)窗安裝在結(jié)構(gòu)為直墻半圓拱形，巷高、巷寬分別為3600 mm、4500 mm 的巷道內(nèi)，結(jié)合11306 綜采工作面通風(fēng)需要，在巷道斷面上部位置安裝智能調(diào)節(jié)風(fēng)窗（寬、高分別為2700 mm、800 mm），百葉風(fēng)窗可實(shí)現(xiàn)水平180°旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)百葉風(fēng)窗旋轉(zhuǎn)角度實(shí)現(xiàn)采面供風(fēng)量遠(yuǎn)程智能調(diào)節(jié)。在百葉風(fēng)窗下分別開窗，分別用以皮帶輸送機(jī)、行人等，其中行人通行側(cè)布置有風(fēng)門。

圖2 風(fēng)窗結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

智能控制系統(tǒng)可根據(jù)采煤工作面現(xiàn)場情況智能確定現(xiàn)場需風(fēng)量，并通過遠(yuǎn)程控制百葉窗實(shí)現(xiàn)風(fēng)量調(diào)節(jié)，皮帶輸送機(jī)位置風(fēng)門面積可滿足采面最小通風(fēng)量需求，即便百葉風(fēng)窗無法正常工作，皮帶輸送機(jī)位置風(fēng)門面積也可滿足采面的通風(fēng)需求。

2.3 智能通風(fēng)管控平臺

在地面監(jiān)控中心構(gòu)建智能通風(fēng)管控平臺，該平臺融合有信息采集、動態(tài)解算、遠(yuǎn)程控制以及火災(zāi)動載模擬等功能，并結(jié)合現(xiàn)階段技術(shù)相對成熟的大數(shù)據(jù)分析、規(guī)律提取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)參數(shù)分析、管控。通過分析井下各傳感器監(jiān)測結(jié)果實(shí)現(xiàn)通風(fēng)異常的快速響應(yīng)、判斷以及預(yù)報等功能，并在井下災(zāi)變時輔助智能決策、日常按通風(fēng)需求智能管理。采用的智能通風(fēng)管控平臺架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 智能通風(fēng)管控平臺架構(gòu)圖

該智能通風(fēng)管控平臺本質(zhì)上是將科學(xué)理論、計算機(jī)技術(shù)以及現(xiàn)場實(shí)際通風(fēng)管理經(jīng)驗相融合，有效提升了智能通風(fēng)系統(tǒng)可靠性。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果分析

在11306 綜采工作面通過采用智能通風(fēng)與監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行控制后，礦井點(diǎn)監(jiān)控中心可對井下各位置通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并在顯示屏上實(shí)時顯示監(jiān)測結(jié)果。地面監(jiān)控中心內(nèi)置的分析軟件會智能分析通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測，確保通風(fēng)系統(tǒng)可平穩(wěn)運(yùn)行，同時會對監(jiān)測參數(shù)變化趨勢進(jìn)行智能分析預(yù)測，確保井下生產(chǎn)安全。

智能通風(fēng)系統(tǒng)可依據(jù)綜采工作面通風(fēng)需要對風(fēng)向進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，如在正常割煤期間，百葉風(fēng)窗會自動開啟至最大，確保瓦斯、粉塵等濃度不超限。綜采工作面在檢修期間則自動降低開啟角度，適當(dāng)減少供風(fēng)量，不僅可滿足通風(fēng)需求，而且可降低礦井通風(fēng)系統(tǒng)能耗。