煤矿通风系统现状及智能通风系统设计

汪培柱

（山西鲁能河曲电煤开发有限责任公司，山西 忻州 036504）

近几年，煤矿安全监控系统仍以监测功能为主，尽管附加简单的逻辑控制功能，还不能真正起到调节和控制风量、风压的功能，监测系统的数据没有得到最大程度的利用，一旦井下发生瓦斯变化需要紧急调整风流时却难以实现，又因巷道的推进，局部通风系统呈动态变化，并非是一个恒定不变的系统。掘进工作面通风智能控制系统，以其显著的脉动通风特性、柔性的变频风量调节、无极调速特性、操作简单、节能效果明显、运行可靠等优点领先于国内其他系统，智能控制系统不但使矿井通风系统的安全运行得到有效保障，而且实现了人性化风量调节的目标，节能降耗的目的，可以取得显著的经济效益。

一、概述

矿井通风系统作为煤炭矿井的“血液循环系统”，由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施组成。建立系统合理、设施完好、风量充足、风流稳定的通风系统对矿井安全生产至关重要。某矿井采用中央分列式通风系统，主、副斜井、进风立井进风，回风立井回风，通风方式为机械抽出式。实现矿井通风网络实时在线监测、通风设施远程全自动控制如主扇风机、局扇风机和风门的三遥控、通风网络仿真及三维展示、通风数据智能分析与管理、通风系统异常变化或瓦斯涌出异常趋势智能预警、与安全监测监控等关联系统及子系统之间联动控制等功能。

二、通风系统自动控制功能

（一）通过综合集中控制平台实现整个矿井所有风门的远程控制，监测各个风门开闭状态，结合风量传感器实现所有风窗风量的自动调节。风门控制用电控装置适用于煤炭矿井井下通风巷道内的环境，关闭风门使风向指定的方向流动，在人员通过时，用矿灯照射风门开闭状态传感器或使红外线传感器检测到人员通过信号，让风门自动打开，同时有灯光显示及语言提醒的功能。一定时间后，风门能自动关闭；为防止2 个风门同时打开，设有电器互锁功能。

（二）根据集控平台通风系统监测数据变化和分析结果，自动提示集控工作人员通风系统运行状况，通过设备风量变频闭环自动调节和风叶动态调节功能，调整巷道风量。

（三）实现局部通风智能变频调风，通过集控平台。通风系统数据，分析所有巷道风量变化对系统风量的影响，自动生成通风系统各关键点设备、设施控制建议方案，提示集控中心人员，结合生产现场实际情况，远程调整主通风机、局扇、风门等设备设施。反风远程自动控制实时、动态分析要求时间段内通风系统关键技术指标变化分析曲线、反风仿真演示结果，为反风提供决策依据，远程控制反风设备。

（四）智能预警及联动控制功能系统依据动态。解算的数据，按照集控平台事先确定的预警规则，实时对井下各巷道以及工作面的通风数据、工作面瓦斯涌出数据进行趋势分析，超前预警，并与管控平台各生产系统互联互动，控制设备，指导生产，实现通风与生产系统的联通联动。煤矿智能通风系统工作原理如图所示。

三、智能通风系统设计

主通风机采用具有系统结构简单、可靠性高、运行稳定、使用方便、适应负载多变特点的高压变频调速拖动系统，通过反转实现系统反风。高压变频拖动系统可降低电机损耗、提高系统效率，节约能源，同时可避免机械调风方式对设备的冲击，提高设备使用寿命。其主通风机监控系统采用可编程序控制器PLC 为核心，配套压力、流量、振动等传感器，对主通风系统进行全方位实时监控；井下局部通风机采用防爆变频装置，能够通过变频器调节局部通风量的大小；井下风门均设有控制装置，能够通过该装置对风门进行开闭。

（一）通风网络监测。在矿井通风网络中关键分支巷道的关键点设置风流状态传感器，用以实时监测该关键巷道分支的风流状态数据，利用测得的数据进行动态网络解算，从而得出通风网络中各巷道的实时通风风流状态。风流状态传感器主要包括风压传感器、风速传感器、温度传感器等，考虑到煤矿井下温度在相近地点的变化幅度较小，对通风网络解算结果的影响不大，因此只在温度变化幅度较大的区域设置温度传感器，而风压传感器、风速传感器在各关键点均普遍安装。

（二）关键点监测。在矿井回风井井口的主要通风机引风道内安装静压传感器，用于监测全矿井实时的静压情况；在矿井、采区的主要进、回风巷道以及各用风地点的回风巷道等风流状态(风量、负压)变化幅度较大的地方，安装风速、风压传感器；在矿井主要进风和回风巷道间联络巷的风门两侧安装风流差压传感器，同时为了能较容易地捕捉到通风系统灾变情况，在对矿井通风系统变化较敏感的角联巷道中也需要安装风流差压传感器。

（三）采、掘工作面监测。回采、掘进工作面回风巷安装风速传感器，监测采、掘工作面风量变化；安装瓦斯浓度传感器，监测采、掘工作面瓦斯浓度；安装粉尘浓度传感器，监测采、掘工作面粉尘浓度；安装温度传感器，监测采、掘工作面温度；在回风巷与进风巷的连接风门内、外两侧分别安装风压传感器与风流差压传感器，用以监测各风门内、外两侧的压差情况。通过实时监测，后台对比，可以及时发现回采、掘进工作面风流的异常情况。

（四）智能通风系统的技术

1.井下通风系统调查。智能通风系统可以实现对井下通风系统的有效调查，并对井下通风系统进行分区控制。调查后的数据将真实反馈给相应的管理人员，通过专业的设备和技术对得到的数据进行进一步的分析，从而确定井下通风的系统的设置。

2.人员定位系统人员信息和相关设备信息的采集。智能通风系统可以对矿井中的作业人员进行良好的管理和监控，并对作业人员数量、方位等进行全方位的掌握，并整理形成档案进行存储。管理人员只需查阅数据库就可以及时掌握矿井下的作业情况，并在意外发生时及时、有效的制定应对策略。

3.建立井下通风系统运行模式。通过智能通风系统的应用，煤矿企业可以在井下建立起合理、科学的通风系统运行模式。通风系统的运行首先必须符合国家及行业的相关规定，其次还要结合矿井自身的作业特点进行进一步的调整。进行作业人员需要将矿井作业过程中的相关数据及时反馈给管理人员，便于管理人员进行管理方式的调整。

4.建立井下通风监测监控系统并确保数据可靠性。智能化通风系统在许多工作环节中都实现了自动化控制，减少了人工的控制，有效的提高了检测数据的客观、真实性，同时还极大的提高了检测的效率。同时，智能检测系统采用的是分区管理，能对矿井中的各个细小环节进行良好的把控。通风监控系统采集各区域内风量，主要在各分区域内机站风机巷设置的风速传感器采集各区域风量，经数据传输进入通风系统智能控制终端，得到实际供风量。定期对监测监控系统进行验证，确保其可靠性及稳定性。建立三维通风系统模型，三维通风系统模式的建立是智能通风系统的主要优势和特点之一。通过三维通风系统模式的建立，可以对矿井内部的实际施工情况进行模拟，从而确保通风量能够满足实际开采作业的需要。

5.智能通风系统的适用性。当前大多数矿井都采用了通风系统的计算机自动控制，信息的传输速率和处理速率都有明显提升。网络平台的应用使得系统的精确度有了更好的保障，此外还能通过控制中心对矿井通风进行有效的调整。智能通风采用多功能计算机，其在电路连接形式方面进一步优化，解决了单一信号传输不足问题，使大型矿区通风有了可靠的传输平台。智能局部通风系统根据掘进工作面的瓦斯浓度、风量、风速来自动调整风速以调节风量，能更有效地排出掘进工作面的矿尘及各种有害气体，有利于工作人员的身体、健康。智能化设计是在传统采煤网基础上开辟的新模式，注重煤矿井内通风改造是行业改革的必然趋势。

智能通风系统是在变频技术、监测技术、智能控制技术、数字化技术发展到一定水平后的必然产物。该矿井智能通风系统将整个煤炭矿井的各采、掘工作面监测，主要通风巷道监测以及关键区域瓦斯、温度、粉尘等的监测与矿井主要通风机和各局部通风机的控制系统整合成为一个智能化的整体，通过建立全矿井通风数学模型，采用个性化、智能化技术方案来集中管理和智能化控制，及时调整和改善井下各关键区域的通风情况，保证矿井的通风安全，同时达到节能环保的要求。