改擴建礦井通風智能化技術研究現(xiàn)狀

丁玲玲

（云南工業(yè)技師學院，云南 曲靖 655000）

在礦井作業(yè)正常運轉(zhuǎn)時，必須將地面新鮮空氣源源不斷地輸送到礦井下面各作業(yè)地點，用來供給工作人員呼吸，并且稀釋以及排除礦井下各種有毒、有害的氣體以及礦塵。只有科學地、可控地控制礦井中風流，才能最有效地防止瓦斯爆炸、防止煤塵爆炸，創(chuàng)造健康的工作環(huán)境并保障礦井下作業(yè)人員的身體健康、勞動安全以及設備的正常運轉(zhuǎn)[1]，為了解我國改擴建礦井通風智能化研究水平，提出改擴建礦井通風智能化技術研究現(xiàn)狀。本文從改擴建礦井通風智能化技術體系，以及智能化技術能力的研究現(xiàn)狀兩方面進行分析。對通風網(wǎng)絡解算數(shù)據(jù)采集與處理、通風系統(tǒng)優(yōu)化靈敏度與可靠性計算、漏風處理技術、狀態(tài)識別方法、最優(yōu)調(diào)節(jié)與控制智能裝備等相關技術研究現(xiàn)狀進行分析，闡述我國改擴建礦井通風智能化研究水平現(xiàn)狀。

1 改擴建礦井通風智能化技術體系的現(xiàn)狀分析

1.1 智能化結(jié)構技術體系的研究現(xiàn)狀分析

礦井的通風情況對于礦井中人員安全保障起著至關重要的作用。改擴建礦井通風智能化結(jié)構技術體系主要包括：需風量超前計算模型與控制算法，礦井通風智能化系統(tǒng)技術。其中需風量超前計算模型與控制算法的關于改建擴建中用風點和需風量計算問題，雖然相關教課書及文獻給出了一些計算方法，但是這些計算方法都必須是已知：機械散熱、人員數(shù)量、瓦斯涌出量、環(huán)境溫度、粉煤塵產(chǎn)生量、炮煙產(chǎn)生量等參數(shù)的基礎上進行計算的，然而不同的礦井、不同的用風點的環(huán)境、工藝差別都非常大，不可能用一樣的方法計算需風量，即這種計算方法對改建擴建礦井安全來說是不可行的；即使上述參數(shù)都已知后再進行需風量的計算，這時礦井已經(jīng)處于滯后狀態(tài)，中間會存在具有安全隱患的灰色區(qū)間，給礦井中人員安全造成一定的風險。關于改建擴建礦井通風智能化系統(tǒng)技術，隨著采礦技術不多的進步，我國現(xiàn)代化大型礦井越來越多，大型無軌膠輪車已經(jīng)應用在很多大型煤礦的輔助運輸和人員輸送上。但是井下運行的大量無軌膠輪車，不僅會排放一氧化碳等有害氣體，膠輪車產(chǎn)生的活塞風將對整個礦井的通風系統(tǒng)造成嚴重影響，導致礦井通風系統(tǒng)紊亂[2]。

因此，這也是一個需要解決的問題，目前礦井只能借鑒地鐵和隧道的活塞風處理方法，對大型復雜的礦井系統(tǒng)，其活塞風的處理，還沒有系統(tǒng)性可用的成果，加大研究力度是科研人員的首要任務。

1.2 智能化數(shù)據(jù)采集分析技術體系的研究現(xiàn)狀分析

改擴建礦井通風智能化網(wǎng)絡解算數(shù)據(jù)采集與處理是改建擴建礦井內(nèi)通風系統(tǒng)分析，狀態(tài)估計、調(diào)控、優(yōu)化的基礎，盧建軍教授提出《管道網(wǎng)絡數(shù)學問題解法與規(guī)劃》提出的非線性動力網(wǎng)絡方程組的性質(zhì)與解法，解決了礦井中通風系統(tǒng)多態(tài)(包括紊流、層流等)流動的智能網(wǎng)絡分析計算問題，不僅使得漏風通道風流、采空區(qū)風流、巷道風流、低速風流和高速風流可以混合解算，得出的解更符合礦井內(nèi)通風的實際情況，而且給出了算法的收斂性條件和定理，后修乃華，張國樑，王旭東的《非線性管道網(wǎng)絡中的一類改進數(shù)學規(guī)劃算法及收斂性》對其的算法進行簡化，使其解算效率得到進一步提高。

關于測量改建擴建礦井內(nèi)通風系統(tǒng)的平差和阻力測定與研究。眾所周知，無論是調(diào)風控風、分風解算、系統(tǒng)改造還是系統(tǒng)優(yōu)化，都需要知道礦井內(nèi)的通風系統(tǒng)的參數(shù)，特別是各系統(tǒng)內(nèi)分支的風阻。如果知道的的參數(shù)精度較低，甚至是錯誤參數(shù)，則無論計算方法有多先進，計算過程再精確也是徒勞無功。如何提高參數(shù)精度，以前大都局限于測定儀器和測定方法，但由于礦井內(nèi)通風系統(tǒng)是復雜多變的，測定時還有眾多不可控的干擾因素，即便消除了礦井通風的系統(tǒng)誤差，隨機誤差也在無可避免。為此，戚穎敏的《礦井通風網(wǎng)風量測量的平差》首次提出了礦井通風網(wǎng)風量測量平差的概念，后來科研人員將這一概進行了完善，利用最大似然原理不僅可以識別和消除礦井內(nèi)通風系統(tǒng)的錯誤數(shù)據(jù)，也得到了比較完整的礦井通風網(wǎng)絡測量平差方法。

關于改建擴建礦井通風系統(tǒng)可靠度和靈敏度的研究，1985年在原阜新礦業(yè)學院的遼寧工程技術大學學報首次提出了礦井通風系統(tǒng)可靠度的概念，并且利用數(shù)學和一些網(wǎng)絡知識給出了確定礦井通風系統(tǒng)可靠度的方法。目前主流的礦井通風系統(tǒng)可靠度計算方法主要分為兩類，以遼寧工程技術大學為代表的主要研究者大部分沿用原有的計算思想，其他大部分學者沿用了文獻盧建軍的《礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化以及可靠度計算》研究思路。截至目前，除盧建軍的《礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)化以及可靠度計算》外，關于如何優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)可靠度的研究成果還很少，然而實際礦井工作中上，優(yōu)化可靠度對礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有著至關重要的作用。

2 改擴建礦井通風智能化技術能力的研究現(xiàn)狀分析

2.1 在線狀態(tài)識別技術與在線調(diào)節(jié)技術的研究現(xiàn)狀分析

在線狀態(tài)識別與在線調(diào)節(jié)技術主要包括改建擴建礦井通風系統(tǒng)狀態(tài)識別技術的研究，以及改建擴建礦井通風系統(tǒng)在線調(diào)節(jié)方法和裝置的研究。

其中關于改建擴建礦井通風系統(tǒng)狀態(tài)識別技術的研究，是因為礦井內(nèi)自然風壓、風道風量、風道風阻、漏風狀態(tài)在調(diào)風控風的時具有可變性，單純依賴機械測定和測量平均值已經(jīng)不能滿足實現(xiàn)礦井內(nèi)通風智能化通風的需要。有專家給出了一些根據(jù)測量礦井內(nèi)通風從而求風阻的研究成果，但是這些方法不僅需要人為主動的對礦井內(nèi)通風系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，影響礦井內(nèi)正常通風，而且當調(diào)節(jié)地點、調(diào)節(jié)時間和調(diào)節(jié)量設置不當時，就會形成一個病態(tài)的方程組，從而很難得到正確的結(jié)果。盧建軍、尹紅的《一種礦井通風系統(tǒng)風道參數(shù)的多態(tài)自動識別方法》利用礦井相關的互聯(lián)網(wǎng)技術，不僅給出了計算礦井內(nèi)傳感器最優(yōu)布置方法，而且還建立了關于礦井內(nèi)通風系統(tǒng)的狀態(tài)識別的數(shù)學規(guī)劃算法，相對比較完整地解決了除漏風之外其他參數(shù)的偏差問題。目前有了局部漏風測量和計算方法以及漏風通道的參數(shù)計算，但迄今為止還沒有完整的礦井通風系統(tǒng)的漏風點和漏風通道識別模型和測量計算方法。

關于改建擴建礦井通風系統(tǒng)在線調(diào)節(jié)方法和裝置的研究。相關文獻雖然針對礦井內(nèi)不同的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)提出了一些調(diào)節(jié)裝置，但無論是在理論上，還是在實際礦井通風系統(tǒng)上都是局部的監(jiān)測和局部的調(diào)節(jié)。部分文獻表示，可以通過不斷的調(diào)節(jié)礦井內(nèi)風道的卷簾門開啟的高度，利用風自身的流速使卷簾門處的風量達到預期風量值，但在原理上根本就行不通，因為礦井中各風道相互制約，整體風道都要滿足平衡定律，假設，礦井中有兩個風道，采用并聯(lián)方式排列，即做A和B，要想使A風道的通風量達到最大，需將A風道卷簾門開啟到最大，而且要把所在B風道的卷簾門關閉到最小，通過不斷的節(jié)A風道的通風量，實現(xiàn)目標風量。但通過實驗驗證證明無法達到預期效果，并且A風道產(chǎn)生的風流同時影響其他風道，造成整個礦井通風系統(tǒng)混亂。現(xiàn)科研人員發(fā)明了卷簾式、百葉窗式、推拉式及其它們的組合的門窗智能調(diào)控裝置，利用這些智能調(diào)控裝置能在不影響正常運行的情況下，可進行大范圍的通風量調(diào)節(jié)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)識別和全局優(yōu)調(diào)優(yōu)控方案計算，就可以實現(xiàn)調(diào)控的改建擴建礦井通風系統(tǒng)智能化。

2.2 故障診斷技術與整體優(yōu)化技術的研究現(xiàn)狀分析

實際上，要實現(xiàn)改建擴建礦井中通風系統(tǒng)的故障診斷，要用到：識別風阻異常、構筑物的狀態(tài)異常、熱力風壓異常等相關礦井通風系統(tǒng)知識，即狀態(tài)識別方法和風道參數(shù)識別方法進行解決。

關于改建擴建礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化問題的研究，一般有線性規(guī)劃法、最大通路法、非線性規(guī)劃法，以及固定風量法等。其中，最大通路法和線性規(guī)劃法對礦井通風系統(tǒng)進行大量的簡化，計算結(jié)果只是在特定的某種條件下的近似解。固定風量法定解礦井通風求出的風阻可能為負值，使得方案不可行。非線性規(guī)劃方法雖然沒有對系統(tǒng)進行簡化，但就最優(yōu)調(diào)節(jié)的一系列問題而言，黃元平，李湖生的《非線性規(guī)劃解法的礦井通風網(wǎng)絡優(yōu)化調(diào)節(jié)問題》將礦井內(nèi)風道的風壓作為可調(diào)節(jié)的變量進行處理，這種處理方法對礦井通風系統(tǒng)而言，其計算結(jié)果有很多不可行之處，例如當風壓調(diào)節(jié)值的正負數(shù)值和風流方向不一致時，就只能通過采用輔助通風機或者降阻進行調(diào)節(jié)，這在礦井中大部分地點是不允許的。

3 結(jié)語

本文提出了改擴建礦井通風智能化技術的研究現(xiàn)狀分析，基于改擴建礦井通風智能化技術體系的現(xiàn)狀分析，以及改擴建礦井通風智能化技術能力的研究現(xiàn)狀分析，完成提出的現(xiàn)狀分析。希望本文的研究能夠為改擴建礦井通風智能化技術研究提供理論依據(jù)。