淺析礦井智能通風原理及關鍵技術

（山西天成元礦山安全技術咨詢有限公司 山西 030012）

引言

近年來，伴隨著國內煤礦行業進行開采等工作，相關的開采設備由老式機械化逐漸的向著系統智能化進行轉型，創建智能化系統的煤礦越來越受歡迎。但是礦井通風這個子系統依然是比較死板的，仍然是應用人工進行運作，這樣的運作方式不能夠很好的滿足礦井智能化的相關要求。當前一些礦井通風災害的異常預警以及發生事故后的應急決策等涉及到的處理事件的能力不足，在災變期間的預警等等方面的響應也不是很及時，這就使得災害來臨，不能夠有效的進行控制。

1.礦井智能通風的原理

礦井智能通風是主是應用智能控制的方式進行按需供風，并依據礦井的需求持續穩定的進行輸送新鮮的空氣，供礦井中的工作人員使用，主要的方法是應用機械通風，然后將有害氣體及時的排出，這樣就能夠使得礦井氣候條件變得有利于作業環境，能夠很好地供應礦井生產所需，同時也是災害防治的一個重要的基礎。主要的方法就是將礦井內的信息進行采集并經過相關的處理后，經過控制技術進行結合，依據“平戰結合”的相關理念進行一定的按需供風，在實際的運行過程中，如果出現異常災變的情形下，能夠使用智能的系統進行應急調控。這樣的方式符合當前狀態下通風的自動化管理，也能符合災變時期所進行的應急響應。其主要功能包括：

（1）礦井的通風系統進行評估后，其經濟可靠的特點是受歡迎的，災情預警方面也是受歡迎的，能夠達到礦井開采過程中的安全、經濟的目標。

（2）礦井通風系統能夠實現全程自動化實施，也能夠達到智能調控的相關目標：應用目前流行的人工智能亦或者是新材料的融合技術，創建智慧礦山的現場通風系統，也能夠實現在作業的過程中有效聯動調控。

2.礦井智能通風功能實現的關鍵技術

(1)礦井通風參數的精準監測

通風參數所涵蓋的監測傳感技術或是所使用的裝備能夠有效的對礦井智能通風的系統中的信息進行采集，基于風網信息監測傳感技術能夠及時的采集風網運行的狀態，可以實現實時解算風網。通風參數主要是涵蓋風壓、風量等等。礦內使用的智能控風的參數感知相關的參數都符合相關的要求，所以可靠性相對較高。

①井巷風速（量）測定

井巷風流的斷面風速以及湍流脈動的不均一的特點，很容易造成測試平均風速的難度。要精確測量風速，一是要進行設計抗干擾能力較強且符合相關要求的風速測量傳感器，二是應用湍流統計法測量單點等等狀態下的時均風速，然后通過優化傳感器的分布避免井巷突變區造成的大渦干擾等等相關的問題，這樣還能夠有效實現點亦或是高精度測定風速，三是基于速度場結構的相關恒定原理進行轉換。當前，國內礦用點所使用的一類風速傳感器的測量精度一般是小于0.3m/s，所以在該精度條件下所測量出的井巷全斷面的平均風速所呈現的誤差是比較大的，也不能夠滿足風網精準調控的要求。使用超聲波時差法進行有效測量線段的風速，在進行點風速測量的時候，能夠克服傳感器尺度效應誘發的一種測量誤差，所以該方法是一種精度較高的方法。

②井巷風壓的測定

及時準確的進行測定風流壓力（壓差）可以的了解礦井通風阻力的分布特點，能夠針對風網實時的進行解算亦或是調控風方案等等方面具有非常重要的意義。其技術思路：考察比較各式相關敏感壓力元件的一種輸出特點，并對測試精度的影響因素進行測試，就比如說井下復雜環境中的濕度等等，選擇適于井巷壓力測定的敏感元件，使用電路放大以及數字濾波技術使得復雜電磁環境下的感壓元件的相關抗干擾的能力提升，同時使用補償電路提升傳感器的使用精度。通過對國內外使用的壓力敏感的元件進行測試評估，選擇出硅可變電阻式彈性膜盒，有效提升傳感器的靈敏度；應用傳感器所集成的一種環境的溫度參數，經過融合多源數據，以及利用神經網絡的非線性校正的算法，有效降低非線性的誤差，提升傳感器的測量精度至1Pa。使用新型的壓力傳感器，并應用兩種方法進行相互校驗：一是壓差計法，二是氣壓計同步法。

③全風網傳感器布設原則

為了能夠實時解算礦井通風網絡，需要全面精準感知針對關鍵的通風參數比如說：主要風路、主要用風地點等。依據相關的感知要求，在進行布設全風網通風傳感器的過程中，需要遵守以下的原則，能夠及時的監測最大阻力路線上的一條經過工作面的相關參數，比如說風壓等，能夠監測主要用風位置的相關通風參數，在通風網絡變風阻分支處可以及時的感知的風量等參數，監測主要通風位置所需要的兩端壓差亦或是其余位置可能受災變的影響，這樣就能夠實時解算礦井通風網絡。

(2)礦井通風異常診斷與智能決策平臺

為了能夠保證礦井的智能通風系統在運行的過程中達到安全可靠的標準，需要對礦井通風進行實時的解算、也需要在運行的過程中對礦井通風異常進行很好的快速診斷亦或者是提前進行預警判斷。

①礦井通風網絡實時解算

實時解算礦井通風網絡以及進行運行診斷礦井通風出現的異常情形、礦井智能調控通風系統有很大的關聯。它是指根據礦井運行中所依據的理論，比如：一是風壓平衡定律，二是風量平衡定律，三是阻力定律，進行檢測風網各分支的實時風阻的過程中，主要是應用通風機的特點，應用傳感器對系統中的壓差、風速（風量）、濕度、溫度、等等參數進行實時數據的監控，并有效建立方程組然后對通風網絡所有分支風向的相關數據進行求解的過程。

實時解算礦井通風網絡主要關系到非定常實時熱濕模型，擾動識別模型，拓撲關系動態變換、優化布置通風參數傳感器、診斷故障源，自適應調整阻力系數等主要的技術。在應用高精度傳感器進行監測礦井的風壓、風速、溫度或是濕度等重要的巷道通風參數后，能夠實現自動維護礦井通風網絡的拓撲關系、也能夠實現自動繪制通風網絡圖、還能夠實現實時解算通風網絡、也能夠對異常進行實時診斷等功能。

②礦井通風異常診斷與預警

礦井通風運行的過程中診斷異常、確定相關災害發生的影響范圍以及提前發出預警是合理調節通風、控風等相關步驟的重要依據。診斷礦井通風運行中的異常狀態的方法中，主要是應用多傳感器進行采集相關的重要數據，然后進行有效的信息融合，并經過一定的處理技術，匯集大量的礦井通風運行過程中的歷史數據、以及進行實時解算礦井通風網絡數據，這樣就能夠實現在通風動力出現異常、在通風網絡出現異常以及在通風設施出現異常的時候，及時的顯示響應，在實際的運行中，也會考慮量變到質變、漸變到突變、應用神經網絡模型、以及應用機器學習模型、應用模糊數學的相關計算方法，進行創建礦井通風系統的異常診斷的重要模型，也能夠對礦井通風參數在運行過程中出現異常狀態的因素進行采集，并對該異常狀態的位置進行快速診斷。

在進行快速確定通風災變的相關影響范圍的時候，使用通風網絡模擬進行創建災害源場模擬的等效模型，應用火災以及煤巖動力的一些常見災害作為模型的分析依據，并考慮到多元信息感知的一些重要的參數，以獲取通風網絡在不同的約束狀態下的通風參數的相關數據。