煤礦通風系統隱患智能監測系統應用分析

＊張 曼

（晉能控股煤業集團馬脊梁礦 山西 037003）

1.引言

基于目前煤礦企業大多利用通風網絡節點，測得的每個傳感器不同的通風參數，來排查通風系統是否具備安全隱患，研究了優化并改進實時監控通風系統的設施。全面的排查隱患首先要檢查通風系統及其可靠性。人工排查無法實現實時監測且費力費時；研發的系統在線監測可以自動識別隱患并收集通風參數，設定模型，實現提前報警，需要人工去實時分析和監控通風是否具備隱患。結果表明結合人工和系統兩種方式，會得到一個可靠安全的通風系統，更有利于人工分析通風系統實時運行狀況。

2.概述礦井

某礦的主采煤層沒有爆炸性，通風是分區式，即通風系統各采區彼此獨立，其可以采用的開拓方式為混合式、長壁走向的采煤方法，管理頂板采用全部垮落法，回采工藝采用綜采。礦井開掘了13個工作面，2個為備用，4個工作面用于生產?！癠”或“W”形通風用于回采工作面，局部壓入模式通風用于開掘工作面。

3.排查隱患

(1)如何排查隱患及最終目的

詳細排查礦井通風隱患，要定期運用安全檢查表法去進行，錄入各測風點測定的通風阻力數據庫，針對隱患建立監控系統，提供依據實現預警災害。

①是否完善了通風系統

根據實際礦井情況的規程要求，結合實際作業場所及巷道的需風量，查看是否滿足礦井整體或局部通風系統的需要，存在缺陷是否較大。

②測定礦井的通風阻力

通風阻力決定通風系統的可靠程度。礦井主要管理通風技術內容的是測定的通風阻力，目的是檢查是否合理分布了通風阻力，如某些部分區段及巷道是否具有過大的阻力，礦井實現均壓防滅火及通風機降低電耗也是通過降低通風阻力、優化通風系統來實現。礦井優化通風系統通過測定通風阻力來增強抗災防災，使生產成本降低，獲得安全、高效的經濟效益。

③通風設備、設施

通風系統是否穩定的基礎和前提，是通風設施的維護和構建。部分巷道配置合適的設施，微調通風系統的設備，保證風流流動的線路是固定的。生產區域直接影響通風效果的是：是否合理選擇設備位置及通風設施以及是否達到有效穩定的運行狀態。未合理選擇通風設備或損壞設施，風流會大量漏風產生循環風、造成短路，結果是礦井的通風系統不穩定、浪費了資源、井下操作人員安全性受到了威脅。

礦井主要檢查通風機電流、電壓和工況等運行的狀態，判斷風機故障是否發生，定期檢測礦井需要的風量，測定風機能否達到要求，對風機參數準確性進行各項核實。檢查導風板、風門、風障、風酮、風橋、密閉墻以及調節風窗等通風設施的運行狀態是否穩定、合理。

(2)初步排查分析通風系統的隱患

①分析通風阻力

測定四條路線的通風阻力采用的方法是同步測定氣壓計法。兩條西風井的工作面是3501和3503；兩條西二風井的工作面是西區路線和3505，具體參數如表1。

表1 通風參數測量結果

A.根據國標規定，礦井通風時所受到的阻力不能大于2940Pa，其回風量應在10000-20000m3/min之間，而根據實際勘測，所有勘測的路線之中，受到的最大的阻力大約是1982.5Pa，遠未達到2940Pa，故其風阻合格達標。

B.根據測得數據可以看出，所有檢測的等面積孔和礦井的總值都不小于2m3，而且總的風阻也遠遠不到0.345N·s2/m3，因此不難得出這個礦井正處在容易通風階段的結論。

C.通過對圖一的分析，我們可以看出這幾條路線的分布雖然合理，但是卻存在著較大的回風阻力，尤其是占60.8%的2703路線，究其根本，還是因為巷道年久失修缺乏維護而且它的截斷面積太小導致，見圖1。

圖1 3503工作面三區通風阻力分布圖

②檢查通風問題

采用安全檢查表法排查隱患1個、優化項1個。

A.通過排查我們發現風機房內顯示的壓力與實際的壓力不符，通過縝密的查驗，我們得出的結論是傳感器出現了問題，而更換傳感器之后恢復了正常。

B.這個礦場目前存在兩臺風機，經過實地測量，西一區風機排風量約為13785m3/min，西二區的約為14580m3/min，而由于礦井的安排，這樣的風量分配并不合理，需要重新分配風量來提高通風效率。

4.通風系統安全自動分析預警

(1)原理

通過收集測量通風系統的風阻，可以構建并逐步完善其數據庫和建立預警模型，在監測體系的幫助下對礦井各項參數進行檢測并通過大數據運算達到對通風系統安全隱患提前預警的目的。

(2)預警模型的不同模塊

①循環風模塊。在掘進巷道內安裝傳感器對風速和風向進行實時監測，當風向與設定的方向之間超過了90°，就應進行預警，因為此時很容易發生循環風現象。

②風壓模塊。在調風設施處安裝傳感器，實時監測其風壓，當其風壓變化較大時應進行預警。

③風量、風速模塊。這個模塊有兩種預警體系，一是通過對比傳感器所得數據來發現異常并進行預警，這相當于直接監控；二是通過對關鍵位置的風量的檢測并結合大數據對井內通風狀況的運算來與井內的通風量對比，而這就相當于間接監控。

(3)預警系統的組成和效果

①在線監測系統

主要內容：

A.計算網絡的數據和測量不同傳感器得到的數據相加構成了預警隱患功能，結合模塊預警的規則預警不同地點的異常。B.監控系統圖上可以看到每個傳感器分布的位置在哪，還可以通過檢測系統圖來查詢其檢測的數據及工作狀態，當其狀態改變時或者其檢測到的數據不正常時會發出預警。

②預警模型數字化

預警模型數字化包含數據審核、圖紙數字化、網絡解算和通風參數提取，其中，數據審核是指通過實際測量到的數據與理論數據的對比來確認其各項參數是否合理；用CAD來實現數字圖紙化的通風系統圖，可識別的圖紙是信息格式化的巷道位置；自然風壓初始化計算由模型內部的網絡解算而來，同理，回路風量平衡及生成和生成最小樹以及特定風機模擬的計算與之類似；測定通風阻力的參數與通風傳感器的參數相加得到最終的通風參數，最后計算錄入每個節點的風阻和風量。

③效果

在應用本系統的11個多月里，一共出現過13次預警，其中，有兩次是風流異常產生的預警，有8次是因為短時間內風速異常而產生的預警，有兩次是因為風壓異常而產生的預警，最后一次預警的原因則是長時間內的風速異常導致的。據事后分析得出的結論，短時間內風速異常導致的預警是正常的波動，無需理會；長時間內的風速異常導致的預警則是因為回風巷的斷口變形變窄導致風速上升直至超出預定速度；而在西二區發生的風流異常的原因則是西五區內巷道積水使得回風斷面變小導致的；而由于風的壓力變化產生的預警則是因為工作人員操作不規范，沒有完全復位擋風裝置導致的。

5.結語

（1）礦井應該從管、物、環等方面嚴查使安全等級得到提升，以此來加強對井內通風技術的管理能力，確保礦井通風安全可靠。

（2）從實際操作中可以看出，數據庫的建立以及數字化通風系統的實施以及測量礦井內的各種參數和利用傳感器實時監控各項參數、通過大數據模擬運算礦井通風系統可能存在的安全隱患來進行檢測并預警礦井通風的安全問題，使得通風系統的安全等級上升了很多，對井下作業有了更高的安全保障。