矿井通风仿真系统在智能化矿山建设中的应用

柳凯元

（神东煤炭集团大柳塔煤矿，陕西 神木 719315）

矿井通风系统作为煤矿“采、掘、机、运、通”五大系统之一，其重要性不言而喻，它一方面肩负着向井下人员供给新鲜空气，满足人员呼吸需要的使命，另一方面也起着冲淡井下有害气体和粉尘，保证安全生产，调节井下气候，创造良好工作环境的重要作用。矿井通风系统能否稳定运行，事关整个煤矿生产发展的安全与否。纵观近年来的煤矿安全生产事故，特别是重大事故，往往是由于供风不足导致的瓦斯积聚，进而造成了局部瓦斯爆炸事故。为了全面贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，大力促进煤矿安全生产标准化管理，提高矿井安全保障能力，必须保证通风系统保持最佳运行状态。

1 矿井通风仿真系统＋互联网，实现矿井通风系统网络交互式智能化管理

IMVS整个系统由以下四部分组成：（1）通风技术主管客户端；（2）矿井服务器端；（3）矿井客户端；（4）集团公司管理终端。矿井内部通过局域网进行连接，集团公司与各矿之间利用集团公司内部网进行连接，其中各端拥有不同的权限。

通过应用该软件系统，可以实现矿井的通风系统网络（Internet）交互式智能化管理。解决了通风管理系统网络信息传输关键问题，首次提出了矿井通风系统网络化管理模式，实现了通风技术员层、矿领导管理层、集团公司管理层对于通风管理交互的通风系统网络信息化智能化管理。对矿井安全生产救灾决策的制定具有积极的辅助作用，可以极大缩短对井下灾害的应急反应时间，为井下应急救援赢得更多时间。通风系统网络交互式智能化管理模式，能够有效应对煤矿应急管理中突出的“应急性”，对其突发的煤矿安全生产事故所做出的“临时性”决策提供技术支持。

2 通风系统分配优化仿真，实现通风系统降阻稳流，保持通风系统运行稳定

智能矿井通风仿真设计系统提供了以矿井需风量、《煤矿安全规程》规定的最高及最低风速为限制、以矿井通风总功耗最小为目标算法功能，解决了在含有固定风量通风网络解算算法中，只处理节点风量平衡而造成回路风压不平衡的问题，然后再反过来通过增阻调节，达到回路风压平衡状态，往往会导致主要通风机负压增大，造成经济上的浪费；因此在使用该算法之前，应该具有完善通风仿真系统图、巷道属性参数中的“固定风量”值或“断面积”“最高允许风速”“最低允许风速”，若不输入采用默认参数最低风速为0，最高风速不限制；构筑物属性数据“等效风阻”根据实际状况输入，如可以“打开”“等效风阻”为0；输入参数如图1、图2所示。

图1 输入巷道断面积，最高、最低允许风速，固定风量

图2 输入构筑物等效风阻

点击【仿真】菜单中【优化风流分配】菜单后，弹出优化分风结果，并给出通风动力装置工作负压，对应巷道调节建议，其中负值标识应该提供动力（通风动力装置负压）值，如图3所示。

图3 风量优化分配结果表

在仿真系统调平之后便可以对系统的仿真结果及误差进行分析；点击【分析报告】下的【通风仿真结果分析报告】菜单项，将会生成矿井通风网络风流分配仿真结果分析报告；根据报告对当前通风系统存在的问题及时做出对应的调整，可以使矿井通风系统运行保持稳定，能够进一步优化矿井通风应急系统，矿井通风仿真系统是瓦斯风险预控的重要防范措施，也是矿井通风安全的重要保障。

3 矿井通风仿真系统＋矿井安全监控系统，实现智能化矿山通风系统在线的实时仿真

结合矿井监测系统，实时采集风网各类参数，融合通风网络拓扑、数据计算误差处理等分析匹配技术，以分支风阻反演解算法为理论基础，软件编程为解决手段，实现风网实时解算和各类参数的分析、处理。以通风参数快速准确获取为理论和技术基础，开发通风系统三维可视化仿真平台；基于神经网络、机器学习等手段，制定通风系统异常-人员一体化控风预案库，实现通风异常的超前仿真，开发矿井通风三维智能辅助决策平台。通过研究矿井通风参数异常诊断与异常影响范围快速确定方法，建立通风网络分支风阻反演求解模型，实现矿井通风网络实时解算（准确率大于90%），研发矿井通风三维智能辅助决策平台，实现通风异常快速研判、应急调控超前模拟、调控方案快速生成和通风智能控制等功能，这一技术可对井下粉尘和有毒有害气体的监控检测能力以及变化进行实时监控，并对井下风量调整给出对应方案，及时解决有害气体积聚的隐患，因此，矿井通风仿真系统＋矿井安全监控系统能实现通风系统在线实时仿真技术，可以对监控应急系统进行科学配置，保障井下开采的安全与稳定。

4 矿井通风仿真系统在智能化矿山建设中应用的重要性

“水、火、瓦斯、顶板、煤尘”五大自然灾害长期以来严重威胁着井下煤矿工人的生命与健康安全，近年来煤矿自然灾害与粉尘灾害尤为严重，且大多数矿井通风系统的通风监测点数量少、准确性低、风量自动调控难、人工调控效率低、“一通三防”设施自动化控制水平不高，企业往往是被动地应对事故，不能及时、主动发现通风安全隐患，加之由于采掘工程的影响，通风设施的变形、老化严重，使矿井通风阻力进一步增大，风门、风墙漏风量也随之增大；各种通风动力设备的磨损、锈蚀，使性能参数逐渐变差，迫切需要优化各种调节设施，来提高通风系统可靠性，实现矿井通风系统的动态监测与实时分析。为了保证矿井通风安全的可靠性和有效性，减少人工管理不到位和效能的不足，提高矿井通风自动化、信息化和智能化的水平，适应新时代智能化矿山建设发展的需求，引入矿井通风仿真系统来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、安全智能化管控和灾变智能应急控制等多项重要功能对智能化矿井建设十分必要。

5 结论

矿井通风仿真系统是矿井通风安全管理的决策支持技术，在实现通风系统网络交互式智能化管理的同时，也能够使通风系统分配优化仿真，实现通风系统降阻稳流，保持通风系统运行稳定。矿井通风仿真系统和矿井安全监控系统的结合，实现了通风系统在线实时仿真功能，可以作为矿井通风安全可靠性评价和决策研究的重要内容之一，因此矿井通风仿真系统具有极高的应用价值，实现了对生产矿井通风管理、系统调整设计、风流分配仿真的可视化、智能化，能够为矿井智能化建设提供强有力的技术支持。