改扩建矿井通风智能化技术研究现状

2018-01-30丁玲玲

世界有色金属 2018年10期

丁玲玲

（云南工业技师学院，云南曲靖 655000）

在矿井作业正常运转时，必须将地面新鲜空气源源不断地输送到矿井下面各作业地点，用来供给工作人员呼吸，并且稀释以及排除矿井下各种有毒、有害的气体以及矿尘。只有科学地、可控地控制矿井中风流，才能最有效地防止瓦斯爆炸、防止煤尘爆炸，创造健康的工作环境并保障矿井下作业人员的身体健康、劳动安全以及设备的正常运转[1]，为了解我国改扩建矿井通风智能化研究水平，提出改扩建矿井通风智能化技术研究现状。本文从改扩建矿井通风智能化技术体系，以及智能化技术能力的研究现状两方面进行分析。对通风网络解算数据采集与处理、通风系统优化灵敏度与可靠性计算、漏风处理技术、状态识别方法、最优调节与控制智能装备等相关技术研究现状进行分析，阐述我国改扩建矿井通风智能化研究水平现状。

1 改扩建矿井通风智能化技术体系的现状分析

1.1 智能化结构技术体系的研究现状分析

矿井的通风情况对于矿井中人员安全保障起着至关重要的作用。改扩建矿井通风智能化结构技术体系主要包括：需风量超前计算模型与控制算法，矿井通风智能化系统技术。其中需风量超前计算模型与控制算法的关于改建扩建中用风点和需风量计算问题，虽然相关教课书及文献给出了一些计算方法，但是这些计算方法都必须是已知：机械散热、人员数量、瓦斯涌出量、环境温度、粉煤尘产生量、炮烟产生量等参数的基础上进行计算的，然而不同的矿井、不同的用风点的环境、工艺差别都非常大，不可能用一样的方法计算需风量，即这种计算方法对改建扩建矿井安全来说是不可行的；即使上述参数都已知后再进行需风量的计算，这时矿井已经处于滞后状态，中间会存在具有安全隐患的灰色区间，给矿井中人员安全造成一定的风险。关于改建扩建矿井通风智能化系统技术，随着采矿技术不多的进步，我国现代化大型矿井越来越多，大型无轨胶轮车已经应用在很多大型煤矿的辅助运输和人员输送上。但是井下运行的大量无轨胶轮车，不仅会排放一氧化碳等有害气体，胶轮车产生的活塞风将对整个矿井的通风系统造成严重影响，导致矿井通风系统紊乱[2]。

因此，这也是一个需要解决的问题，目前矿井只能借鉴地铁和隧道的活塞风处理方法，对大型复杂的矿井系统，其活塞风的处理，还没有系统性可用的成果，加大研究力度是科研人员的首要任务。

1.2 智能化数据采集分析技术体系的研究现状分析

改扩建矿井通风智能化网络解算数据采集与处理是改建扩建矿井内通风系统分析，状态估计、调控、优化的基础，卢建军教授提出《管道网络数学问题解法与规划》提出的非线性动力网络方程组的性质与解法，解决了矿井中通风系统多态(包括紊流、层流等)流动的智能网络分析计算问题，不仅使得漏风通道风流、采空区风流、巷道风流、低速风流和高速风流可以混合解算，得出的解更符合矿井内通风的实际情况，而且给出了算法的收敛性条件和定理，后修乃华，张国樑，王旭东的《非线性管道网络中的一类改进数学规划算法及收敛性》对其的算法进行简化，使其解算效率得到进一步提高。

关于测量改建扩建矿井内通风系统的平差和阻力测定与研究。众所周知，无论是调风控风、分风解算、系统改造还是系统优化，都需要知道矿井内的通风系统的参数，特别是各系统内分支的风阻。如果知道的的参数精度较低，甚至是错误参数，则无论计算方法有多先进，计算过程再精确也是徒劳无功。如何提高参数精度，以前大都局限于测定仪器和测定方法，但由于矿井内通风系统是复杂多变的，测定时还有众多不可控的干扰因素，即便消除了矿井通风的系统误差，随机误差也在无可避免。为此，戚颖敏的《矿井通风网风量测量的平差》首次提出了矿井通风网风量测量平差的概念，后来科研人员将这一概进行了完善，利用最大似然原理不仅可以识别和消除矿井内通风系统的错误数据，也得到了比较完整的矿井通风网络测量平差方法。

关于改建扩建矿井通风系统可靠度和灵敏度的研究，1985年在原阜新矿业学院的辽宁工程技术大学学报首次提出了矿井通风系统可靠度的概念，并且利用数学和一些网络知识给出了确定矿井通风系统可靠度的方法。目前主流的矿井通风系统可靠度计算方法主要分为两类，以辽宁工程技术大学为代表的主要研究者大部分沿用原有的计算思想，其他大部分学者沿用了文献卢建军的《矿井通风系统的优化以及可靠度计算》研究思路。截至目前，除卢建军的《矿井通风系统的优化以及可靠度计算》外，关于如何优化矿井通风系统可靠度的研究成果还很少，然而实际矿井工作中上，优化可靠度对矿井通风系统的稳定运行有着至关重要的作用。

2 改扩建矿井通风智能化技术能力的研究现状分析

2.1 在线状态识别技术与在线调节技术的研究现状分析

在线状态识别与在线调节技术主要包括改建扩建矿井通风系统状态识别技术的研究，以及改建扩建矿井通风系统在线调节方法和装置的研究。

其中关于改建扩建矿井通风系统状态识别技术的研究，是因为矿井内自然风压、风道风量、风道风阻、漏风状态在调风控风的时具有可变性，单纯依赖机械测定和测量平均值已经不能满足实现矿井内通风智能化通风的需要。有专家给出了一些根据测量矿井内通风从而求风阻的研究成果，但是这些方法不仅需要人为主动的对矿井内通风系统进行调节，影响矿井内正常通风，而且当调节地点、调节时间和调节量设置不当时，就会形成一个病态的方程组，从而很难得到正确的结果。卢建军、尹红的《一种矿井通风系统风道参数的多态自动识别方法》利用矿井相关的互联网技术，不仅给出了计算矿井内传感器最优布置方法，而且还建立了关于矿井内通风系统的状态识别的数学规划算法，相对比较完整地解决了除漏风之外其他参数的偏差问题。目前有了局部漏风测量和计算方法以及漏风通道的参数计算，但迄今为止还没有完整的矿井通风系统的漏风点和漏风通道识别模型和测量计算方法。

关于改建扩建矿井通风系统在线调节方法和装置的研究。相关文献虽然针对矿井内不同的调节环节提出了一些调节装置，但无论是在理论上，还是在实际矿井通风系统上都是局部的监测和局部的调节。部分文献表示，可以通过不断的调节矿井内风道的卷帘门开启的高度，利用风自身的流速使卷帘门处的风量达到预期风量值，但在原理上根本就行不通，因为矿井中各风道相互制约，整体风道都要满足平衡定律，假设，矿井中有两个风道，采用并联方式排列，即做A和B，要想使A风道的通风量达到最大，需将A风道卷帘门开启到最大，而且要把所在B风道的卷帘门关闭到最小，通过不断的节A风道的通风量，实现目标风量。但通过实验验证证明无法达到预期效果，并且A风道产生的风流同时影响其他风道，造成整个矿井通风系统混乱。现科研人员发明了卷帘式、百叶窗式、推拉式及其它们的组合的门窗智能调控装置，利用这些智能调控装置能在不影响正常运行的情况下，可进行大范围的通风量调节，根据监测数据处理、状态识别和全局优调优控方案计算，就可以实现调控的改建扩建矿井通风系统智能化。

2.2 故障诊断技术与整体优化技术的研究现状分析

实际上，要实现改建扩建矿井中通风系统的故障诊断，要用到：识别风阻异常、构筑物的状态异常、热力风压异常等相关矿井通风系统知识，即状态识别方法和风道参数识别方法进行解决。

关于改建扩建矿井通风系统优化问题的研究，一般有线性规划法、最大通路法、非线性规划法，以及固定风量法等。其中，最大通路法和线性规划法对矿井通风系统进行大量的简化，计算结果只是在特定的某种条件下的近似解。固定风量法定解矿井通风求出的风阻可能为负值，使得方案不可行。非线性规划方法虽然没有对系统进行简化，但就最优调节的一系列问题而言，黄元平，李湖生的《非线性规划解法的矿井通风网络优化调节问题》将矿井内风道的风压作为可调节的变量进行处理，这种处理方法对矿井通风系统而言，其计算结果有很多不可行之处，例如当风压调节值的正负数值和风流方向不一致时，就只能通过采用辅助通风机或者降阻进行调节，这在矿井中大部分地点是不允许的。