矿井通风系统的信息化管理与监控策略.pdf

85Computer automation 计算机自动化矿井通风系统的信息化管理与监控策略李鹏飞1，雷鹏超2，党亚斌2摘要：矿井通风对于矿山的生产有着重要的影响，在矿山的生产中占据了重要地位，矿井通风的管理质量如何，直接关系到矿山的安全生产与效益。矿井通风技术与管理水平主要是通过大量的通风系统参数与信息反馈的，矿井通风系统具有信息量大、影响因素多及风地点不集中等特点，导致通风系统的信息化管理与监控具有一定的难度。文章基于当前计算机图形化、可视化技术快速发展的背景下，提出了构建可视化的通风安全信息系统，提高通风系统管理与监控的有效性。关键词：通风系统；信息化管理；监控策略矿井通风系统是保障矿工安全和生产效率的重要设施。传统的通风系统管理方式存在着信息不透明、反应慢等问题，这不利于矿井的安全生产。对此，文章提出了构建可视化的通风信息系统，通过实现图形的可视化，更加直观地获取到矿井通风的各项数据，并通过散点图、直方图等图表反映出当前矿井通风的情况，帮助工作人员更好地对其进行监控，及时根据数据反馈做出调整。1 矿井通风系统信息化管理必要性分析矿井通风系统是保证矿井安全生产的重要设施，而信息化管理可以提高矿井通风系统的效率和安全性。1.1 提高管理的效率矿井通风系统的信息化管理方式具有自动化全天候管理的优势,这与传统的人工监控与管理形式有较大差异。信息化管理依托先进的自动化系统与远程监控装置,可以实现对通风系统运行状态的全面监测、数据采集与分析。与传统人工巡检相比,信息化管理无须编配大量人力进行频繁运行检测,大幅降低人力成本支出,具有较高的经济效益。基于实时运行数据和视频监控,信息化管理可实现对通风系统关键设备和主要部位的全天候监测,一旦系统出现异常,可自动发出预警信息并启动应急响应程序,具有较强的实时性与敏感性,能够及时发现潜在隐患和进行处理。这避免了依靠定期人工巡检可能存在的疏漏与延误,更能保证系统的安全稳定运行。信息化管理通过设置报警阈值和故障判断标准,还能对数据分析结果进行评估,自动诊断设备工作状态和提出处理建议,对技术人员形成很好的辅助支持,增强工作效率。同时,数据的自动采集与分析更便于对系统长期运行情况进行跟踪评价,为优化维护方案与节能降耗提供依据。1.2 提高安全性矿井通风系统通过传感器的安装，能够实现实时监测与预警，传统的矿井通风系统管理需要人员巡视和检查，而信息化管理可以实现对矿井通风系统的实时监测。通过传感器等设备获取数据，将数据传输到中央控制室，实现对整个系统的实时监测。同时，信息化管理中具备了相应的预警功能，通过对数据的分析和算法的应用，可以实现对系统的预警功能，及时发现系统异常情况并采取措施，避免事故发生。2 矿井通风信息可视化系统分析与设计2.1 通风信息可视化系统需求分析构建可视化的矿井通风信息系统，需要先确定系统的功能、数据等，才能设计出系统的逻辑模型。根据矿井的日常通风管理，系统应当设计以下功能。（1）绘制巷道，设置巷道属性。巷道属性的设置，指的是将矿井内的每条巷道的风阻、巷道的编号与类型等具体数据进行设置，并输入到系统中。（2）加节点。加节点的功能指的是，具备在已经设置好的巷道中进行开掘，嵌入新的巷道。通过添加新的节点，可以将一条巷道变成两条。设计人员已绘制了主要巷道的走向,但在某处需要增加侧巷或实现巷道的分支,这时就需要在主巷道上适当位置增加节点,然后从这个节点开始绘制新的巷道段,形成分叉的构型。“添加节点”功能可以实现在已有巷道上的任意位置快速插入新节点,为巷道的细分与增加分支提供方便。（3）安设通风构筑物与风机。矿井下常用到的通风构筑物，具体包含了风门、煤仓、风窗等。通风构筑物属于巷道一部分，这些构筑物在实际的应用中会对巷道的属性产生一定的影响，如改变风流的大小。如风门、风窗，通过对这些构筑物的面积进行改变，如增加其提及可实现风阻的增加，以此改变巷道内部的风流情况。风机则属于整个通风系统中的重要能量，安装风机时需要选择在与大气连接的巷道上，安装了风机的巷道其类型变为风机巷道。通过在系统上查询风机土块，可以获取到风机的各种特性参数，如风机的功率与效率。86Computer automation 计算机自动化（4）图形编辑功能。在系统的设计中，图形编辑功能可以实现对图形的移动、复制与保存等功能，这类软件提供了强大的二维与三维绘图功能,设计人员可以快速绘制复杂的通风网络方案与布置,并实施相应编辑以满足不同的设计要求。同时,软件还具有文件管理与输出能力,这增强了设计工作的连贯性与可管理性，有助于设计人员对系统中的巷道进行相应的修改与调整。（5）查询功能。矿井通风日常的管理中，会时刻产生大量的有关通风安全方面的数据并形成报表。通过查询功能，可以实现对这些数据报表的分类查询，快速获取相应的信息。2.2 矿井通风系统设计2.2.1 矿井通风系统设计的原则（1）针对性的原则。矿井通风系统的设计，主要为了满足矿井通风安全系统的管理需求，确保井下充分的通风与良好的工作环境。为达此目的,系统设计应充分考虑管理效率与水平的提高，在设计中需要提高其管理的效率，为负责人提供更加及时、准确与有效的信息。（2）实用性的原则。实用性要求系统的设计要具备完善的数据库以及数据更新、查询等功能，通过采用最为简单的方式实现通风安全部门的相关要求。各项功能的设计中，都要体现出操作的便捷性，以此适应不同层次用户都能很好地使用该系统。（3）开放性的原则。通过构建企业内部网络与外部网络的互联互通,可实现系统运行数据和视频画面的共享,为管理中心和各级监控终端以及移动监控设备提供基础支撑。管理人员要在任何时间任何地点登录网络,实时了解系统运行状态和生产现场情况,大幅提高工作效率。网络系统还可以实现远程维护与诊断,无须到现场即可对设备进行参数设置、软件升级、程序修改等,节省大量人力物力,具有较好的经济效益。通过网络,管理中心可以远程控制和启动各类设备与资源,实现集中化的调度与协同,这是现代化自动化管理系统的重要标志之一。2.2.2 可视化通风安全信息系统设计可视化通风安全信息系统的结构图设计。通风安全信息系统中，主要包括通风数据输入、编辑、管理模块等，在获取到通风数据之后，首先，会将数据输入到数据库中进行存储。在此基础上，一方面，管理人员可通过编辑模块对存储的数据进行编辑，另一方面，可通过提供的数据可视化查询功能，对储存的数据进行查询。最后，这些数据都可通过数据输出模块进行输出。矿井编辑模块主要用于处理矿井通风中的数据，该模块具备复杂的图形数据编辑功能，如图形数据的查询、修改以及图幅拼接等功能。通风数据可视化分析模块的设计中，主要通过从通风安全基础数据库读取到的数据，进行通风计算，具体包括数据处理、网络计算等，计算获取到的结果将会作为通风参数可视化操作中的基础数据。然后，利用MapX中的数据分析功能，对通风系统中的参数进行获取并制定具体的分析图。2.2.3 关键技术分析（1）总线技术。基于信息化技术发展下，矿井通风信息管理系统中，总线技术的设计是其中最为关键的技术。总线技术中以总线为核心，将控制、通讯等技术进行有效结合，从而完成对目标的监控。矿井通风系统的监控系统中，主要用到的总线技术有控制器局域网CAN、局域操作网络Lonworks等。根据我国的矿井开采的特点，主要用到的监控总线技术为CAN，通过使用串行总线结构的形式，能够实现全双工作形式，有效识别相关信息与远地传送的请求。在矿井通风系统中应用控制器局域网CAN总线技术，能更为精准地完成监控。CAN总线属于一种全数字化、标准化与规格化的总线，不同的传感器与设备都能与之进行连接，改变过往的矿井通风系统中封闭的、不灵活的控制体系。（2）灰色预测理论。在矿井通风信息管理系统中，应用智能传感器有着非常重要的作用。具体包括：第一，实时监测。智能传感器可以实时监测通风系统的气流速度、温度、湿度、氧气含量、二氧化碳含量等参数；第二，数据采集。智能传感器可以采集通风系统中的各种数据，并将这些数据传输到数据中心进行存储和管理；第三，数据分析。通过利用人工智能等技术对采集到的数据进行分析和处理；第四，故障预警。智能传感器可以监测通风系统的运行状态，当通风系统出现异常情况时，系统会自动发出报警信号。为了能够更好地确保智能传感器在使用中的性能，需要相应的应用灰色预测理论。灰色预测理论是一种基于少量数据的预测方法，它可以利用少量的数据对未来的趋势进行预测。在矿井通风监控系统中，灰色预测理论可以结合智能传感器采集到的数据，对通风系统的运行状态进行预测和分析，从而提高通风系统的效率和安全性。具体来说，灰色预测理论可以通过建立灰色模型，对通风系统的气流速度、温度、湿度等参数进行预测。通过对预测结果的分析，可以确定通风系统的优化方案，提高通风系统的效率和安全性。同时，灰色预测理论还可以用于通风系统的故障预测，及时发现通风系统的异常情况，并采取措施87Computer automation 计算机自动化避免事故的发生。（3）矿井通风信息可视化技术分析。矿井通风系统在井下的各个角落中进行分布，有着较高的空间地理数据属性，形成庞大的空间网络系统。通过运用GIS技术可以实现对空间数据的获取以及对相关属性数据进行处理。GIS技术是一种基于计算机软硬件和空间数据的信息技术，可以用来收集、存储、分析、管理和展示地理空间数据。GIS技术可以用来处理各种类型的地理数据，包括地形、气候、土地利用、人口、交通等。在矿井通风系统中应用GIS技术，可用于绘制矿井地图，将矿井的通风系统、设备、管道等信息以图形化的方式呈现出来。此外，GIS技术还可以将实时监测到的矿井数据整合到地图上，如瓦斯浓度、风速、温度等，通过颜色、符号、图表等方式进行可视化展示，帮助矿井管理人员更好地了解矿井的运行状态和风险情况。3 矿井通风系统信息化监控策略3.1 完善监控机制与相关制度矿井通风与安全监控系统的工作开展中，需要根据国家与行业标准中的相关要求，结合矿井实际的情况构建相应的制度。通过制度的落实，实现对井下监控设备的有效管理。监控制度的制定中，首先，需要严格遵守国家与地方相关的法律法规，如 煤矿安全规程 煤矿安全监察条例 等；其次，要参考国家和行业的安全标准，如 煤矿安全规程 煤矿安全规定 煤矿通风规程 等，确定矿井通风系统监控管理制度的具体内容和要求；再次，要根据现代化矿井通风系统的技术标准，确定矿井通风系统监控管理制度的技术要求，包括传感器和数据采集设备、数据管理平台、通信分站等组成部分的技术要求。最后，需要制定矿井通风系统监控管理制度及管理流程，包括设备维护保养、数据采集和处理、异常报警处理等流程的规范化和标准化。设备维护人员要深刻理解自动化监控系统与各传感设备的工作原理、布置模式与维护要求,熟练掌握其定期维护保养的流程与标准。数据处理人员要熟练运用监控软件,能够及时采集、汇总和分析系统运行数据,并根据管理制度进行设备工作状态评估与诊断。处理异常报警时，处理人员需要对可能出现的各类故障与异常情况有清晰的认识,掌握信息化监控系统的报警机制与处理流程,能够在第一时间启动应急预案,组织开展事故应急处置工作。中层管理人员更需要全面理解监控管理制度的内容,组织与指导各级人员并行管理制度,并根据系统运行情况进行评估与修订。通过系列的培训,使设备维护、数据处理、报警处置与管理等各层次人员对管理制度有相应的理解和掌握,制度才可能真正在运行中发挥其管理和指导作用,达到监控运行、提高效率、保证安全的目的。人员培训是使管理制度落到实处的关键,这关系到制度的实施效果与长期遵循。3.2 加强安全管理人员的培训和教育工作加强矿井安全管理人员的培训和教育工作是一件尤为重要的事情，尤其在信息化发展的背景下，更是要及时加强安全管理人员对新技术的学习。一般而言，安全管理人员的培训与教育工作内容应当包括矿井安全法律法规、安全生产管理制度、安全技术知识与应急处理知识等。在具体的措施上，首先，要制定培训和教育工作计划，明确培训和教育的目标、内容、方式和时间，建立健全培训和教育档案，对培训和教育工作进行跟踪和评估。其次，采用多种培训和教育方式，包括理论培训、实践培训、现场教学、案例分析、模拟演练等，形成多元化的培训和教育模式，提高培训和教育的效果。最后，加强培训和教育的评估和反馈，对培训和教育的效果进行监测和评估，及时发现问题并采取措施，不断改进培训和教育工作。3.3 优化设备的日常检修与维护工作由于矿井通风系统需要24小时运作，为了能够确保通风系统的正常运作，需要严格做好通风系统设备的日常检修与维护工作。基于信息化技术的背景下，一方面，可以通过采用传感器和数据采集设备，实现对设备的实时监测和数据采集，及时发现设备异常情况，提高设备故障的诊断和处理效率。另外一方面，定期进行通风系统设备的巡检与维护工作，制定巡检路线和巡检频次，对设备进行分类管理，分别制定巡检计划。在对设备进行维护时，要使用正确的工具和材料，按照维护标准进行操作。维护完毕后，要对设备进行测试，确保设备正常运行。4 结语煤矿开采工作中，矿井通风系统的运行质量直接关系到煤矿开采工作的正常开展。通过信息化管理和监控技术可以有效提升矿井通风系统运行效率和质量，为煤矿开采工作的顺利开展奠定基础。在实际应用过程中，应该充分认识到信息化管理与监控技术的重要性，结合矿井通风系统运行特点以及实际需求，合理选择信息化管理与监控技术，提升其应用效果。此外，还应该不断完善信息化管理与监控系统，为矿井通风系统的良好运行提供有力保障。（作者单位：1.陕西陕煤澄合矿业公司董家河煤矿分公司；2.陕西陕煤澄合矿业有限公司）