煤礦通風系統現狀及智能通風系統設計

汪培柱

（山西魯能河曲電煤開發有限責任公司，山西 忻州 036504）

近幾年，煤礦安全監控系統仍以監測功能為主，盡管附加簡單的邏輯控制功能，還不能真正起到調節和控制風量、風壓的功能，監測系統的數據沒有得到最大程度的利用，一旦井下發生瓦斯變化需要緊急調整風流時卻難以實現，又因巷道的推進，局部通風系統呈動態變化，并非是一個恒定不變的系統。掘進工作面通風智能控制系統，以其顯著的脈動通風特性、柔性的變頻風量調節、無極調速特性、操作簡單、節能效果明顯、運行可靠等優點領先于國內其他系統，智能控制系統不但使礦井通風系統的安全運行得到有效保障，而且實現了人性化風量調節的目標，節能降耗的目的，可以取得顯著的經濟效益。

一、概述

礦井通風系統作為煤炭礦井的“血液循環系統”，由通風動力及其裝置、通風井巷網絡、風流監測與控制設施組成。建立系統合理、設施完好、風量充足、風流穩定的通風系統對礦井安全生產至關重要。某礦井采用中央分列式通風系統，主、副斜井、進風立井進風，回風立井回風，通風方式為機械抽出式。實現礦井通風網絡實時在線監測、通風設施遠程全自動控制如主扇風機、局扇風機和風門的三遙控、通風網絡仿真及三維展示、通風數據智能分析與管理、通風系統異常變化或瓦斯涌出異常趨勢智能預警、與安全監測監控等關聯系統及子系統之間聯動控制等功能。

二、通風系統自動控制功能

（一）通過綜合集中控制平臺實現整個礦井所有風門的遠程控制，監測各個風門開閉狀態，結合風量傳感器實現所有風窗風量的自動調節。風門控制用電控裝置適用于煤炭礦井井下通風巷道內的環境，關閉風門使風向指定的方向流動，在人員通過時，用礦燈照射風門開閉狀態傳感器或使紅外線傳感器檢測到人員通過信號，讓風門自動打開，同時有燈光顯示及語言提醒的功能。一定時間后，風門能自動關閉；為防止2 個風門同時打開，設有電器互鎖功能。

（二）根據集控平臺通風系統監測數據變化和分析結果，自動提示集控工作人員通風系統運行狀況，通過設備風量變頻閉環自動調節和風葉動態調節功能，調整巷道風量。

（三）實現局部通風智能變頻調風，通過集控平臺。通風系統數據，分析所有巷道風量變化對系統風量的影響，自動生成通風系統各關鍵點設備、設施控制建議方案，提示集控中心人員，結合生產現場實際情況，遠程調整主通風機、局扇、風門等設備設施。反風遠程自動控制實時、動態分析要求時間段內通風系統關鍵技術指標變化分析曲線、反風仿真演示結果，為反風提供決策依據，遠程控制反風設備。

（四）智能預警及聯動控制功能系統依據動態。解算的數據，按照集控平臺事先確定的預警規則，實時對井下各巷道以及工作面的通風數據、工作面瓦斯涌出數據進行趨勢分析，超前預警，并與管控平臺各生產系統互聯互動，控制設備，指導生產，實現通風與生產系統的聯通聯動。煤礦智能通風系統工作原理如圖所示。

三、智能通風系統設計

主通風機采用具有系統結構簡單、可靠性高、運行穩定、使用方便、適應負載多變特點的高壓變頻調速拖動系統，通過反轉實現系統反風。高壓變頻拖動系統可降低電機損耗、提高系統效率，節約能源，同時可避免機械調風方式對設備的沖擊，提高設備使用壽命。其主通風機監控系統采用可編程序控制器PLC 為核心，配套壓力、流量、振動等傳感器，對主通風系統進行全方位實時監控；井下局部通風機采用防爆變頻裝置，能夠通過變頻器調節局部通風量的大小；井下風門均設有控制裝置，能夠通過該裝置對風門進行開閉。

（一）通風網絡監測。在礦井通風網絡中關鍵分支巷道的關鍵點設置風流狀態傳感器，用以實時監測該關鍵巷道分支的風流狀態數據，利用測得的數據進行動態網絡解算，從而得出通風網絡中各巷道的實時通風風流狀態。風流狀態傳感器主要包括風壓傳感器、風速傳感器、溫度傳感器等，考慮到煤礦井下溫度在相近地點的變化幅度較小，對通風網絡解算結果的影響不大，因此只在溫度變化幅度較大的區域設置溫度傳感器，而風壓傳感器、風速傳感器在各關鍵點均普遍安裝。

（二）關鍵點監測。在礦井回風井井口的主要通風機引風道內安裝靜壓傳感器，用于監測全礦井實時的靜壓情況；在礦井、采區的主要進、回風巷道以及各用風地點的回風巷道等風流狀態(風量、負壓)變化幅度較大的地方，安裝風速、風壓傳感器；在礦井主要進風和回風巷道間聯絡巷的風門兩側安裝風流差壓傳感器，同時為了能較容易地捕捉到通風系統災變情況，在對礦井通風系統變化較敏感的角聯巷道中也需要安裝風流差壓傳感器。

（三）采、掘工作面監測。回采、掘進工作面回風巷安裝風速傳感器，監測采、掘工作面風量變化；安裝瓦斯濃度傳感器，監測采、掘工作面瓦斯濃度；安裝粉塵濃度傳感器，監測采、掘工作面粉塵濃度；安裝溫度傳感器，監測采、掘工作面溫度；在回風巷與進風巷的連接風門內、外兩側分別安裝風壓傳感器與風流差壓傳感器，用以監測各風門內、外兩側的壓差情況。通過實時監測，后臺對比，可以及時發現回采、掘進工作面風流的異常情況。

（四）智能通風系統的技術

1.井下通風系統調查。智能通風系統可以實現對井下通風系統的有效調查，并對井下通風系統進行分區控制。調查后的數據將真實反饋給相應的管理人員，通過專業的設備和技術對得到的數據進行進一步的分析，從而確定井下通風的系統的設置。

2.人員定位系統人員信息和相關設備信息的采集。智能通風系統可以對礦井中的作業人員進行良好的管理和監控，并對作業人員數量、方位等進行全方位的掌握，并整理形成檔案進行存儲。管理人員只需查閱數據庫就可以及時掌握礦井下的作業情況，并在意外發生時及時、有效的制定應對策略。

3.建立井下通風系統運行模式。通過智能通風系統的應用，煤礦企業可以在井下建立起合理、科學的通風系統運行模式。通風系統的運行首先必須符合國家及行業的相關規定，其次還要結合礦井自身的作業特點進行進一步的調整。進行作業人員需要將礦井作業過程中的相關數據及時反饋給管理人員，便于管理人員進行管理方式的調整。

4.建立井下通風監測監控系統并確保數據可靠性。智能化通風系統在許多工作環節中都實現了自動化控制，減少了人工的控制，有效的提高了檢測數據的客觀、真實性，同時還極大的提高了檢測的效率。同時，智能檢測系統采用的是分區管理，能對礦井中的各個細小環節進行良好的把控。通風監控系統采集各區域內風量，主要在各分區域內機站風機巷設置的風速傳感器采集各區域風量，經數據傳輸進入通風系統智能控制終端，得到實際供風量。定期對監測監控系統進行驗證，確保其可靠性及穩定性。建立三維通風系統模型，三維通風系統模式的建立是智能通風系統的主要優勢和特點之一。通過三維通風系統模式的建立，可以對礦井內部的實際施工情況進行模擬，從而確保通風量能夠滿足實際開采作業的需要。

5.智能通風系統的適用性。當前大多數礦井都采用了通風系統的計算機自動控制，信息的傳輸速率和處理速率都有明顯提升。網絡平臺的應用使得系統的精確度有了更好的保障，此外還能通過控制中心對礦井通風進行有效的調整。智能通風采用多功能計算機，其在電路連接形式方面進一步優化，解決了單一信號傳輸不足問題，使大型礦區通風有了可靠的傳輸平臺。智能局部通風系統根據掘進工作面的瓦斯濃度、風量、風速來自動調整風速以調節風量，能更有效地排出掘進工作面的礦塵及各種有害氣體，有利于工作人員的身體、健康。智能化設計是在傳統采煤網基礎上開辟的新模式，注重煤礦井內通風改造是行業改革的必然趨勢。

智能通風系統是在變頻技術、監測技術、智能控制技術、數字化技術發展到一定水平后的必然產物。該礦井智能通風系統將整個煤炭礦井的各采、掘工作面監測，主要通風巷道監測以及關鍵區域瓦斯、溫度、粉塵等的監測與礦井主要通風機和各局部通風機的控制系統整合成為一個智能化的整體，通過建立全礦井通風數學模型，采用個性化、智能化技術方案來集中管理和智能化控制，及時調整和改善井下各關鍵區域的通風情況，保證礦井的通風安全，同時達到節能環保的要求。