远程精准通风监测系统在煤矿井下通风管理中的应用

王宝录　刘拴鹏　张仁生　刘遵利

摘 要：以YFC15型煤矿用风速仪为基础，构建远程精准通风监测系统，并对系统结构、现场应用情况等进行分析。结果表明，远程精准通风监测系统可实现煤矿井下通风系统的风量精准监测，并对风速异常情况进行预警，可在一定程度上提升矿井通风系统稳定性。

关键词：煤炭开采;风量监测;矿用风速仪;通风系统

中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：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

通风系统为煤矿井下作业点提供新鲜空气并排出有毒有害气体，是煤矿采掘作业开展的基础。在煤矿实际生产过程中，受通风系统设计不合理等因素影响，煤矿井下可能存在无风、微风及循环风现象，继而引起与通风相关的各类事故[1-2]。通风系统运行稳定性直接关系煤矿生产效率及安全保障能力。通风监测是掌握通风系统运行情况、潜在隐患排查等的重要手段[3]。现阶段，煤矿井下的通风监测系统在风速监测、监测信号传输及数据分析等方面仍存在较大的改进空间[4]。传统的矿用风速传感器属于固定式测量设备，往往用巷道固定点的测量数值代替全断面的平均风速，巷道全断面风速测定不准，测量结果误差大，从而导致通风监测系统风速监测精度偏低[5]。随着电子技术、现代传感技术及自动化控制技术等逐渐发展以及智能化煤矿建设不断推进，煤矿通风监测也朝智能化和数字化方向发展。

利用智能化高精度超声波风速测量技术，可以实时不间断地进行通风参数监测，及时准确掌握通风系统的运行情况，从而实现通风管理的精细化、智能化和高效化。应用智能化高精度超声波监测技术，实现通风系统中各种参数的实时动态监测、通风系统优化及采掘工作面瓦斯预测预报，对保证井下安全生产、防患于未然有着极其重要的意义。因此，有必要采用超声波风速传感器精准监测巷道风速、风量，从而提高矿井通风安全。

1 远程精准通风监测系统结构

为实现井下通风系统远程智能监控，依据《煤矿安全规程》，本研究分析现有通风监测设备和系统的优缺点，提出采用智能化高精度超声波监测技术对井下各位置风速进行监测，并利用井下已有工业以太网环网构建远程精准通风监测系统，具体监测系统结构如图1所示。

远程精准通风监测系统主要包括：监控计算机、网络及软件;传输接口及传输电缆;矿用风速仪及供电电源;自动风门、风窗、各种传感器及执行器、控制装置（根据实际需要选配）。系统可以自成体系，独立运行，也可以与其他系统（煤矿安全监控系统、数字矿山系统）联网共享数据。通过挖掘通风系统的历史数据，可找出通风规律，指导合理通风，实现通风系统的稳定性、合理性和经济性。

2 风速传感器确定

风速传感器是整个远程精准通风监测系统的重要组成单元。选择合适的风速传感器是实现远程精准通风监测系统高精度监测的关键。现阶段，煤矿井下使用的各类风速传感器技术参数对比如表1所示。

从表1可以看出，矿用风量传感器、矿用双向风速传感器（超声波）采用超声波探测原理，矿用风向传感器、矿用收缩管风速传感器、矿用双向风速传感器（压力式）均采用机械化或者压力式探測原理。上述5种传感器仅可实现某点风速监测，同时监测精度和始动风速偏高，虽然可满足现阶段煤矿井下风速监测需求，但是无法实现精准监测，风速监测结果与整个断面有较大偏差。YFC15煤矿用风速仪基于超声波时差法探测原理，可实现巷道断面风速监测，监测精度、分辨率等更高，可满足煤矿井下通风系统高精度监测需要，因此远程精准通风监测系统选用YFC15煤矿用风速仪。YFC15煤矿用风速仪的具体技术指标如表2所示。

YFC15煤矿用风速仪是一款利用超声波在空气中传播的时间差来测量风速的测量仪器。它主要由1个显示主机和2个超声波探头组成，具体结构如图2所示，用于监测宽度较大的巷道内的风流速度。其主要利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差的原理实现相关功能，而这个时间差与被测流体的流动速度有关，可由此测出时间差，进而得出流体流速。

3 现场应用实例分析

某矿产能为180万t/a，井田范围内可采煤层有4层，井下通风系统复杂。由于开采的煤层厚度较大，瓦斯涌出量高，矿井回采巷道断面较大，而采用传统的风速监测系统存在测量精度不高的问题。为提高通风系统监测精度和智能化水平，将远程精准通风监测系统应用到井下通风系统监测中。通风系统测点布置应遵循下述原则：可实时监测矿井总进、回风量;可实现井下各采区风量动态监测;能够动态监测各采掘作业面用风情况;能够动态监测重点位置風量情况。根据现场情况，在总回风巷、北翼主要巷道、中央采区等位置布置55个测风点和1个机动点。140水平运输大巷的YFC15煤矿用风速仪现场布置情况如图3所示。

该矿于2019年8月完成远程精准通风监测系统井下布置、安装及调试。为考察远程精准通风监测系统风速测量精度，采用人工测风方法对北翼人员运输大巷、北翼辅助运输大巷、2号集中回风大巷及C1204工作面进风等位置风量进行人工测定，并将人工测风结果与远程精准通风监测系统获取的风量进行比对，发现两者间数据测量偏差控制在0.02%～0.09%。人工测风表明，矿井使用的远程精准通风监测系统可实现井下风量精准监测。远程精准通风监测系统的风速实时监测结果如表3所示。

4 结语

实时测风在提高矿井测风精度和频度、减少人工风量监测工作量的同时，还可大幅减少测风人员的数量，实现测风工作的有人巡检和无人值守，从而减少人工支出。智能通风系统的使用便于通风管理人员及时掌握通风系统运行情况，并根据监测结果调整通风系统，使矿井通风系统时刻保持最佳的工作状态，减少因通风不正常引起的停工停产事故，从而保证矿井生产安全有序进行。

参考文献：

[1]刘荣卿.大运华盛庄旺煤业矿井通风控制系统的优化分析[J].山西化工，2021（5）：97-99.

[2]常少锋.保障煤矿井下通风质量安全的技术措施探究[J].中国石油和化工标准与质量，2021（19）：35-36.

[3]刘佳季.矿井智能通风与实时监测系统[J].能源与节能，2021（9）：157-158.

[4]周志翔.矿井通风网络风流参数的动态监测及优化[J].机械管理开发，2021（9）：186-187.

[5]赵波，路培超，苏南丁，等.煤矿通风系统动态预警研究[J].能源与环保，2021（9）：46-49.