遠程精準通風監測系統在煤礦井下通風管理中的應用

王寶錄　劉拴鵬　張仁生　劉遵利

摘 要：以YFC15型煤礦用風速儀為基礎，構建遠程精準通風監測系統，并對系統結構、現場應用情況等進行分析。結果表明，遠程精準通風監測系統可實現煤礦井下通風系統的風量精準監測，并對風速異常情況進行預警，可在一定程度上提升礦井通風系統穩定性。

關鍵詞：煤炭開采;風量監測;礦用風速儀;通風系統

中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0066-03

Application of Remote Precision Ventilation Monitoring

System in Mine Ventilation Management

WANG Baolu?LIU Shuanpeng?ZHANG Rensheng?LIU Zunli

（1.Jinjie Coal Mine of Shendong Coal Group， Yulin Shaanxi 719319;2. Shandong Ding'an Testing Co.， Ltd.， Jinan Shandong 250000 ）

Abstract： Based on the YFC15 coal mine anemometer， a remote accurate ventilation monitoring system is constructed， and the system structure and field application conditions are analyzed. The results show that the remote accurate ventilation monitoring system can realize the accurate monitoring of the air volume of the coal mine underground ventilation system， and provide early warning of abnormal wind speed， which can improve the stability of the mine ventilation system to a certain extent.

Keywords： coal mining;air flow monitoring;mine anemometer;ventilation system

通風系統為煤礦井下作業點提供新鮮空氣并排出有毒有害氣體，是煤礦采掘作業開展的基礎。在煤礦實際生產過程中，受通風系統設計不合理等因素影響，煤礦井下可能存在無風、微風及循環風現象，繼而引起與通風相關的各類事故[1-2]。通風系統運行穩定性直接關系煤礦生產效率及安全保障能力。通風監測是掌握通風系統運行情況、潛在隱患排查等的重要手段[3]。現階段，煤礦井下的通風監測系統在風速監測、監測信號傳輸及數據分析等方面仍存在較大的改進空間[4]。傳統的礦用風速傳感器屬于固定式測量設備，往往用巷道固定點的測量數值代替全斷面的平均風速，巷道全斷面風速測定不準，測量結果誤差大，從而導致通風監測系統風速監測精度偏低[5]。隨著電子技術、現代傳感技術及自動化控制技術等逐漸發展以及智能化煤礦建設不斷推進，煤礦通風監測也朝智能化和數字化方向發展。

利用智能化高精度超聲波風速測量技術，可以實時不間斷地進行通風參數監測，及時準確掌握通風系統的運行情況，從而實現通風管理的精細化、智能化和高效化。應用智能化高精度超聲波監測技術，實現通風系統中各種參數的實時動態監測、通風系統優化及采掘工作面瓦斯預測預報，對保證井下安全生產、防患于未然有著極其重要的意義。因此，有必要采用超聲波風速傳感器精準監測巷道風速、風量，從而提高礦井通風安全。

1 遠程精準通風監測系統結構

為實現井下通風系統遠程智能監控，依據《煤礦安全規程》，本研究分析現有通風監測設備和系統的優缺點，提出采用智能化高精度超聲波監測技術對井下各位置風速進行監測，并利用井下已有工業以太網環網構建遠程精準通風監測系統，具體監測系統結構如圖1所示。

遠程精準通風監測系統主要包括：監控計算機、網絡及軟件;傳輸接口及傳輸電纜;礦用風速儀及供電電源;自動風門、風窗、各種傳感器及執行器、控制裝置（根據實際需要選配）。系統可以自成體系，獨立運行，也可以與其他系統（煤礦安全監控系統、數字礦山系統）聯網共享數據。通過挖掘通風系統的歷史數據，可找出通風規律，指導合理通風，實現通風系統的穩定性、合理性和經濟性。

2 風速傳感器確定

風速傳感器是整個遠程精準通風監測系統的重要組成單元。選擇合適的風速傳感器是實現遠程精準通風監測系統高精度監測的關鍵。現階段，煤礦井下使用的各類風速傳感器技術參數對比如表1所示。

從表1可以看出，礦用風量傳感器、礦用雙向風速傳感器（超聲波）采用超聲波探測原理，礦用風向傳感器、礦用收縮管風速傳感器、礦用雙向風速傳感器（壓力式）均采用機械化或者壓力式探測原理。上述5種傳感器僅可實現某點風速監測，同時監測精度和始動風速偏高，雖然可滿足現階段煤礦井下風速監測需求，但是無法實現精準監測，風速監測結果與整個斷面有較大偏差。YFC15煤礦用風速儀基于超聲波時差法探測原理，可實現巷道斷面風速監測，監測精度、分辨率等更高，可滿足煤礦井下通風系統高精度監測需要，因此遠程精準通風監測系統選用YFC15煤礦用風速儀。YFC15煤礦用風速儀的具體技術指標如表2所示。

YFC15煤礦用風速儀是一款利用超聲波在空氣中傳播的時間差來測量風速的測量儀器。它主要由1個顯示主機和2個超聲波探頭組成，具體結構如圖2所示，用于監測寬度較大的巷道內的風流速度。其主要利用聲波在流體中順流、逆流傳播相同距離時存在時間差的原理實現相關功能，而這個時間差與被測流體的流動速度有關，可由此測出時間差，進而得出流體流速。

3 現場應用實例分析

某礦產能為180萬t/a，井田范圍內可采煤層有4層，井下通風系統復雜。由于開采的煤層厚度較大，瓦斯涌出量高，礦井回采巷道斷面較大，而采用傳統的風速監測系統存在測量精度不高的問題。為提高通風系統監測精度和智能化水平，將遠程精準通風監測系統應用到井下通風系統監測中。通風系統測點布置應遵循下述原則：可實時監測礦井總進、回風量;可實現井下各采區風量動態監測;能夠動態監測各采掘作業面用風情況;能夠動態監測重點位置風量情況。根據現場情況，在總回風巷、北翼主要巷道、中央采區等位置布置55個測風點和1個機動點。140水平運輸大巷的YFC15煤礦用風速儀現場布置情況如圖3所示。

該礦于2019年8月完成遠程精準通風監測系統井下布置、安裝及調試。為考察遠程精準通風監測系統風速測量精度，采用人工測風方法對北翼人員運輸大巷、北翼輔助運輸大巷、2號集中回風大巷及C1204工作面進風等位置風量進行人工測定，并將人工測風結果與遠程精準通風監測系統獲取的風量進行比對，發現兩者間數據測量偏差控制在0.02%～0.09%。人工測風表明，礦井使用的遠程精準通風監測系統可實現井下風量精準監測。遠程精準通風監測系統的風速實時監測結果如表3所示。

4 結語

實時測風在提高礦井測風精度和頻度、減少人工風量監測工作量的同時，還可大幅減少測風人員的數量，實現測風工作的有人巡檢和無人值守，從而減少人工支出。智能通風系統的使用便于通風管理人員及時掌握通風系統運行情況，并根據監測結果調整通風系統，使礦井通風系統時刻保持最佳的工作狀態，減少因通風不正常引起的停工停產事故，從而保證礦井生產安全有序進行。

參考文獻：

[1]劉榮卿.大運華盛莊旺煤業礦井通風控制系統的優化分析[J].山西化工，2021（5）：97-99.

[2]常少鋒.保障煤礦井下通風質量安全的技術措施探究[J].中國石油和化工標準與質量，2021（19）：35-36.

[3]劉佳季.礦井智能通風與實時監測系統[J].能源與節能，2021（9）：157-158.

[4]周志翔.礦井通風網絡風流參數的動態監測及優化[J].機械管理開發，2021（9）：186-187.

[5]趙波，路培超，蘇南丁，等.煤礦通風系統動態預警研究[J].能源與環保，2021（9）：46-49.