智能通风系统在色连二矿的应用_韩宝音.pdf

第卷第期建井技术年月 智能通风系统在色连二矿的应用韩宝音，苏靖翔，薛巨云（鄂尔多 斯市中北 煤 化工有限公司，内蒙 古 鄂尔多 斯 ）摘要：近年来，随着 科 技的发 展，智慧矿山建设已成为我国矿山领域技术发 展的主 导 方向。矿井通 风安全是煤矿安全的核心和基础，是 矿井 安全生产的重要保障。智能通 风系统不但可以提高矿井通 风安全的可 靠性 和 有效性，减少人工管理的缺陷和效能不足，而且可以提高矿井通 风自动化、信息化和智能化的水平，以适应新时代智能化矿山建设发 展的要求。色连二矿主要围绕矿井通 风系统的网络解算、三维立体平台展示、局部通 风机智能控制、风门自动控制、采空区气体自动分析检测系统、智能 防尘及灾害智能预警等几个方 面进 行了智能通 风系统的建设。智能通 风系统建设完 成后，实现了各类通 风 数 据的集中展示、分析和预警，通 过 通 风设施、设备的远程 集中控制提升了工作效率，为通 风系统调整提 供了理论 依据，极大地 提高了矿井通 风自动化、信息化和智能化的水平。关键词：智能通 风系统；信息化；采空区气体自动分析检测系统；远程通 风监测和 控制中 图分类 号：文献标识码：文章编 号：（）卜 ，（，？（）：，？，？，：；收 稿日期：丄修回日期：丄责任编 辑：王媛：丄丄 丄 作者 简介：韩宝音（即），男，内蒙 古 赤 峰 人，大 学本科，工程 师。：引用格式：韩宝音，苏 靖 翔，薛巨云智能 通 风系统 在 色 连二矿的应 用建井技 术，（）：（）：第期韩宝音，等：智 能通风系统 在 色 连二矿的应 用；智能通风系统建设的意义所谓“智能通风系统”，即主要由科学技术驱动的一套现代新型矿井智能通风系统，矿井智能通风是智慧 矿山建设和 智能化开采安全保障的重要内容，符合矿井节能减排、绿色高效发展的必然要求，同时，智能通风是灾 变应急控风的基础，也是防灾减灾的最有效途 径。色 连二矿是现代化大型矿井，煤层为易自燃煤层，煤尘具有爆炸性。开展矿井智能通风系统的建设，可以保证矿井通风安全的可靠性和有效性，减少人工管理缺陷和效能不足，同时，通过智能通风系统可以实现矿井通风的实 时监测感知、故 障智能诊断、灾害智能 预警、安全智能 管控和灾 变智能应急控制等风险控制，提高了矿井通风自动化、信息化和 智能化的水平，适应了新时代智能化矿山建设发展的需求。智能通风系统建设的目标在传统的通风管理中，由于现实、技术和设备的原因，矿井通风一直处在“粗放”的层次。实现矿井的“精 准”通风和管理，实现正常 时按需供风、灾 变 时高效控风，以及通风系统的优化设计和节能 降耗是智能通风系统建设的关 键。除此之外，根据矿井 煤层的实际情况，智能通风系统实现矿井防火指标的精 准预 测、风门自动化 控制和防尘设施智能化等功 能，对矿井安全生产也 起到至关重要的作用。为达到以上目标，色 连二矿智能通风系统 平台融 合了主要通风机、局部通风机、自动化风门、精 准测风、智能防火及防尘、采空区气体自动分析 检测系统、安全 监测监控视频等所 包含的主要指标数据，实现了对各子系统的实 时在线监测、智能远程集控。矿井 智能通风系统系统组成矿井智能通风系统 平台包含通风环境 感知系统、三维通风智能决策系统和矿井通风集中管控系统三个主要系统，分别 实现对通风环境 精 准和全面地感知、对通风网络 阻力进行实 时监测与 动态解算、对通风设 施和设备实现自动调节以及联动控制等功 能。通过融 合多系统监测数据，收集并分析这 些基础数据，达到对通风系统的 网络解算、通风网络 阻力实 时监测、通风系统状态识别和故 障自诊断与预警的要求，同时，系统可根据矿井需风量的变化，生成通风设 施、设备智能调控方案。以风网分析 结 果为依据，实现通风系统与其它系统的智能 联动控制，满足正常通风时自动风门可靠闭锁，风窗、主要通风机和局部通风机根据需风量变化自动调节和控制；在灾 变 时风门自动远程解除闭锁，通风设备和设施通过联动控制，高效控风；系统具备自动规划避灾路线的规划功 能。主要系统功能通风环境 感知系统（）建立精确测风系统。精确测风系统的核心是 采用超声波风速仪测量 巷道 风速，改变传统“以点代面”的风速测量方式，实现对矿井通风系统的风向、风量、风速等数据准确实 时 测量，极大地提高了巷道 风速测量的准确性和实 时性。（）建立多系统 综 合监控，实现数据共享。即接人安全 监测、人员定 位、视频监控、粉尘 监测和束管监测等系统，实现风速、温度、湿度、气压、瓦斯、一氧化碳、二氧化 碳和粉尘等环境基础数据的准确、全面地采集。矿井三维通风智能决策系统（）三维通风系统构建。智能通风系统主要研究对矿山井巷及通风设备、设施的三维建模，将复杂的矿山通风以 图形化的方式展现出来。用户可以从巷道内部及外 部 任意角度观察风网状况；可以利 用井巷数据自动建立巷道拓扑关系，自动生成三维通风系统图；风网解算之后可以自动生成三维风流模型和二维通风网络图。（）通风网络 实 时解算。利 用 智能通风系统研究 井下复杂通风系统的实 时解算问题。以实 测风向、风速和风量为参 数，结 合当前巷道 属性（长度、断面形态、百米风阻 或风阻 摩擦因数等），进行风网 的分析和解算，从而实 时报告矿井内每一条巷道当前的通风参数。（）通风异常及时 预警和报警。智能通风系统根据实 时 实 测、推演和解算数据，第一时间发 现异常，及时 预警和报警。系统可实现对风量、风速和风向不稳定性的自动报警，能对报警原因和系统故 障原因进行查询，进而提高通风系统的安全性和通风管理的科学 性。（）历史 数据统计分析。系统以历史统计数据和实 测数据为基础，建立矿井通风系统数据库。通过对通风历史 数据的挖掘分析，结 合通风理论，建井技术年 第卷对当前通风系统的稳定性、合理性和经济性 进行客观评价；通过数据分析，找出通风网络结构中的薄弱环节，通过系统 模 拟，快速 给出系统 优化方案，提高矿井的通风效 率，保证通风系统安全、稳定和经济地运行。（）通风智能决策分析。根据 具体的需风量要求，基于动态风网解算，自动生成通风设备、设施（主要通风机、局部通风机、风门、风窗等）的调节方案；模 拟矿井灾 变情况，自动生成灾 变 时的高效控风方案，并实现救灾路线的自动规划；对矿井通风稳定性、可靠性和通风能耗进行分析，生成通风系统的优化方案。矿井通风集中管控系统煤矿通风系统的智能化分析主要利 用程序设计的手段实现，即运用系统 软件实现对煤矿通风系统 各种问题和常规通风系统 任务的处理，并通过对大数据的分析实现对通风命令的优化。（）地面集控中心。接受来自矿井三维通风智能决策系统的指令，实现对矿井通风设备、设施的集中管控、故 障诊断、预警和报警等功 能。（）主通风机集控系统。主要通风机集控系统实现主要通风机远程启停、一键倒机、一键送电、一键反风、关 键 数据的采集和预警、电力设备及设备布置房间的温度控制等功 能。（）局部通风机集控系统。通过设备改造，建设局部通风机集控系统，实现局部通风机设备的集中管控、远程调度和自动巡检，代 替人工看护局部通风机，达到减员提效、无人值守局部通风机的目标。（）自动风门集控系统建设。自动风门集控系统实现风门的就地控制与远程控制，具有防夹人功 能、机械闭锁和电路闭锁功 能、自动 复位和断电开启功 能。系统加 装摄像头 用于识别人员、车辆和风门的状态，做到视频冗余和记录操作人员。（）建立防尘、防火系统。在 井下机电设备集中摆放地点及皮带机 巷建立防火系统，在粉尘较大的皮带机 巷建立防尘系统，实现 现场自动报警、远程监控及监控启动功 能，提高除尘自动化水 平。智能通风系统运行原理智能通风系统的装置复杂，零 部件繁多，功 能强悍，在一定程度上能 有效 减少煤矿安全事故的发生，避免不 必要的人员伤亡和财产损失。智能通风系统 零 部件主要有单片机、人机界面、风速传感器、浓度传感器、瓦斯浓度传感器、报警模块、控制模 块、智能组合等。智能通风系统以“计算机网络”为中心，由智能开关进行调节，人工操作给予辅助。正常情况下，智能通风系统通过各种传感器、巡检设备等进行自动检测，并 将 检测结果传输到单片机上，由系统进行集成分析，如果数据有异常 变化 情况就会立即发出预警，提醒管理人员采取措施，从而预防煤矿安全事故的发生。在 煤矿开采过程中，瓦斯 事故往 往会造成 群死群伤，大量的经济财产损失，因此，瓦斯浓度的精确检测就 非常重要。智能通风系统可以很好地完成该项任务。当智能通风系统 检测到瓦斯浓度过高时，就会被传输到单片机上，系统 就会对瓦斯浓度异常地点的供风量做出适当的调整，从而使瓦斯浓度降低；当风速过快或者过慢 时，系统会自动调节风速，使其稳定 在一个适当的范围。一旦井下瓦斯浓度过高，系统既不能自动调节瓦斯浓度，又不能调节风速时，随 时都可能发生 瓦斯 事故，这时就需要 人工对智能通风系统进行设置，辅助 智能通风系统进行工作，尽可能地在最短时间将瓦斯浓度降低，避免 事故发生。智能通风系统 技 术特点系统架构设计智能通风系统设计为四层架构，自下 而上依次为设备层、数据层、应用层和管理决策层。具体架构设计如图所示。设备层设备层主要分为数据采集设备和通风设施控制终端的各 类传感器。数据采集设备除包含精确风速采集设备 外，还包括本项目集成的安全 监测系统、视频监控系统、主要通风机及 局部通风机监控系统所使用的数据采集设备。通风设 施、设备的控制包括用于风门开关的控制箱、用于调节风窗大小的控制箱、局部风机（可编程逻辑控制器）控制柜及主通风机控制 系统，用于根据 决策层指令对通风设施进行控制。数据层数据层存储管理的数据包含四大 类：第一类是 井巷工程及通风设施三维地理信息数据及通风属性数据，如巷道测 点数据、通风设施和监测设备的安装位置数据、巷道断面规格参 数、支护方式等，以及巷道百米风阻、摩擦阻力因数、通风设 施的规格参 数等；第二类 是实 时及历史 数据，包括各第期韩宝音，等：智 能通风系统 在 色 连二矿的应 用管理决策层应用层视频监控系统通风设施巡检系统综合防尘系统光纤测温系统精确风量测量系统通防综合管理平台（可视化看板）通风自动调节系统矿井综合控制平台数据层设备层（各类数据 采集和控制终端设备）瓦斯、粉尘、烟人员位罝粉尘传感视频监控通风设施精准测风雾、风速、温度、开定位卡、器、热释摄 像头、自动 巡检换 能器、停、风门开关等类 传车辆位红外传感感 温 光纤、设 备、手注氮设备感器定位卡器束管监测设 备持巡检设备数据采 集设 备风门控制箱、风窗 调 节 控制箱、局部风机控制通风设施控制设备圈鬌儒通興：孽镇雜类监测系统和耀声波风速仪实时乘取的动态监？则数据和历臾数据如风麻，瓦斯浓虔：、（）？浓度、瀉度、粉尘浓度等数据；第三类是通风设施、设备监控系统数据；第四类暴：分析成果数据及控制调节数据栗包括通凤三：維解算系统所产生的解算数据、管理决策产迮的解决方案：数据，及通风设施控制、调魯数据等应用島用于实现各应用子系统的专业功能精确风量测定系统是以太鉅离超声测风技术进行巷道风速的测定，实观风向、凤量和风速等数据的准确集財 测量构譲风询风：逮和凤識：麗控体系；：安全监控系统实现瓦斯、粉坐、烟雾、风逮、温度、并停、风风门开关等数据的实时采集、实时监测、数据分析、超限有动报眷等虛用宸还包括主夢通风机、揭部通风机、风门、风窗监控系统的应 用？以及视频监控系统的应用管理决策展决策用宁实现对璲用各子系统的有机壤成通过对各子系统所采：集的实时监测数据进行整合分析，全面感知矿并通风坏境在全面感知油基础土根据通风理论、灾变理论和相关實理规義通过建震（地逋信息摹统：）苹倉縛三维通风解鷥系统，结合隹買的矿弁感知数据，根据生产需粟：生成相应的替能化通风解决方案；决策以解决方康为墨細，过通风设施貞动控制系统，实现对风门、凤 窗、凝鄯通风机和主要逋风机的智能化调赁满，足常态下逋系雄的经济、对运行：；及时感知矿井遍风异常，第一时间异常满眷，实现突装究变状态下灾情的动态研判、智能决慮调控。矿井智能通风系统的实用性阿