礦井通風仿真系統在智能化礦山建設中的應用

柳凱元

（神東煤炭集團大柳塔煤礦，陜西 神木 719315）

礦井通風系統作為煤礦“采、掘、機、運、通”五大系統之一，其重要性不言而喻，它一方面肩負著向井下人員供給新鮮空氣，滿足人員呼吸需要的使命，另一方面也起著沖淡井下有害氣體和粉塵，保證安全生產，調節井下氣候，創造良好工作環境的重要作用。礦井通風系統能否穩定運行，事關整個煤礦生產發展的安全與否。縱觀近年來的煤礦安全生產事故，特別是重大事故，往往是由于供風不足導致的瓦斯積聚，進而造成了局部瓦斯爆炸事故。為了全面貫徹“安全第一，預防為主，綜合治理”的方針，大力促進煤礦安全生產標準化管理，提高礦井安全保障能力，必須保證通風系統保持最佳運行狀態。

1 礦井通風仿真系統＋互聯網，實現礦井通風系統網絡交互式智能化管理

IMVS整個系統由以下四部分組成：（1）通風技術主管客戶端；（2）礦井服務器端；（3）礦井客戶端；（4）集團公司管理終端。礦井內部通過局域網進行連接，集團公司與各礦之間利用集團公司內部網進行連接，其中各端擁有不同的權限。

通過應用該軟件系統，可以實現礦井的通風系統網絡（Internet）交互式智能化管理。解決了通風管理系統網絡信息傳輸關鍵問題，首次提出了礦井通風系統網絡化管理模式，實現了通風技術員層、礦領導管理層、集團公司管理層對于通風管理交互的通風系統網絡信息化智能化管理。對礦井安全生產救災決策的制定具有積極的輔助作用，可以極大縮短對井下災害的應急反應時間，為井下應急救援贏得更多時間。通風系統網絡交互式智能化管理模式，能夠有效應對煤礦應急管理中突出的“應急性”，對其突發的煤礦安全生產事故所做出的“臨時性”決策提供技術支持。

2 通風系統分配優化仿真，實現通風系統降阻穩流，保持通風系統運行穩定

智能礦井通風仿真設計系統提供了以礦井需風量、《煤礦安全規程》規定的最高及最低風速為限制、以礦井通風總功耗最小為目標算法功能，解決了在含有固定風量通風網絡解算算法中，只處理節點風量平衡而造成回路風壓不平衡的問題，然后再反過來通過增阻調節，達到回路風壓平衡狀態，往往會導致主要通風機負壓增大，造成經濟上的浪費；因此在使用該算法之前，應該具有完善通風仿真系統圖、巷道屬性參數中的“固定風量”值或“斷面積”“最高允許風速”“最低允許風速”，若不輸入采用默認參數最低風速為0，最高風速不限制；構筑物屬性數據“等效風阻”根據實際狀況輸入，如可以“打開”“等效風阻”為0；輸入參數如圖1、圖2所示。

圖1 輸入巷道斷面積，最高、最低允許風速，固定風量

圖2 輸入構筑物等效風阻

點擊【仿真】菜單中【優化風流分配】菜單后，彈出優化分風結果，并給出通風動力裝置工作負壓，對應巷道調節建議，其中負值標識應該提供動力（通風動力裝置負壓）值，如圖3所示。

圖3 風量優化分配結果表

在仿真系統調平之后便可以對系統的仿真結果及誤差進行分析；點擊【分析報告】下的【通風仿真結果分析報告】菜單項，將會生成礦井通風網絡風流分配仿真結果分析報告；根據報告對當前通風系統存在的問題及時做出對應的調整，可以使礦井通風系統運行保持穩定，能夠進一步優化礦井通風應急系統，礦井通風仿真系統是瓦斯風險預控的重要防范措施，也是礦井通風安全的重要保障。

3 礦井通風仿真系統＋礦井安全監控系統，實現智能化礦山通風系統在線的實時仿真

結合礦井監測系統，實時采集風網各類參數，融合通風網絡拓撲、數據計算誤差處理等分析匹配技術，以分支風阻反演解算法為理論基礎，軟件編程為解決手段，實現風網實時解算和各類參數的分析、處理。以通風參數快速準確獲取為理論和技術基礎，開發通風系統三維可視化仿真平臺；基于神經網絡、機器學習等手段，制定通風系統異常-人員一體化控風預案庫，實現通風異常的超前仿真，開發礦井通風三維智能輔助決策平臺。通過研究礦井通風參數異常診斷與異常影響范圍快速確定方法，建立通風網絡分支風阻反演求解模型，實現礦井通風網絡實時解算（準確率大于90%），研發礦井通風三維智能輔助決策平臺，實現通風異常快速研判、應急調控超前模擬、調控方案快速生成和通風智能控制等功能，這一技術可對井下粉塵和有毒有害氣體的監控檢測能力以及變化進行實時監控，并對井下風量調整給出對應方案，及時解決有害氣體積聚的隱患，因此，礦井通風仿真系統＋礦井安全監控系統能實現通風系統在線實時仿真技術，可以對監控應急系統進行科學配置，保障井下開采的安全與穩定。

4 礦井通風仿真系統在智能化礦山建設中應用的重要性

“水、火、瓦斯、頂板、煤塵”五大自然災害長期以來嚴重威脅著井下煤礦工人的生命與健康安全，近年來煤礦自然災害與粉塵災害尤為嚴重，且大多數礦井通風系統的通風監測點數量少、準確性低、風量自動調控難、人工調控效率低、“一通三防”設施自動化控制水平不高，企業往往是被動地應對事故，不能及時、主動發現通風安全隱患，加之由于采掘工程的影響，通風設施的變形、老化嚴重，使礦井通風阻力進一步增大，風門、風墻漏風量也隨之增大；各種通風動力設備的磨損、銹蝕，使性能參數逐漸變差，迫切需要優化各種調節設施，來提高通風系統可靠性，實現礦井通風系統的動態監測與實時分析。為了保證礦井通風安全的可靠性和有效性，減少人工管理不到位和效能的不足，提高礦井通風自動化、信息化和智能化的水平，適應新時代智能化礦山建設發展的需求，引入礦井通風仿真系統來實現礦井通風的實時監測感知、故障智能診斷、災害智能預警、安全智能化管控和災變智能應急控制等多項重要功能對智能化礦井建設十分必要。

5 結論

礦井通風仿真系統是礦井通風安全管理的決策支持技術，在實現通風系統網絡交互式智能化管理的同時，也能夠使通風系統分配優化仿真，實現通風系統降阻穩流，保持通風系統運行穩定。礦井通風仿真系統和礦井安全監控系統的結合，實現了通風系統在線實時仿真功能，可以作為礦井通風安全可靠性評價和決策研究的重要內容之一，因此礦井通風仿真系統具有極高的應用價值，實現了對生產礦井通風管理、系統調整設計、風流分配仿真的可視化、智能化，能夠為礦井智能化建設提供強有力的技術支持。