大海則煤礦智能通風系統可視化管控平臺搭建及應用

閆尚彬，李 靜

（1.中煤陜西榆林能源化工有限公司，陜西 榆林719000；2.山東藍光軟件有限公司，山東 泰安271000）

0 引言

目前國內外的通風信息化軟件大多較側重于對礦井通風系統的風網解算和三維仿真，在礦井通風環境參數監測信息的運用方面尚有不足[1]，在通風設施的遠程自動調控運用方面還屬于國內空白，我國煤礦井下通風系統調節控制，不論是調控方案決策，還是調節控制方法一般都是人工進行的，沒有定量化風量調節裝置和自動決策手段，很難及時根據現場實際情況及時調節風量[2]。風窗、風門的調節也主要依靠人工來完成，雖然目前出現了一些遠程自動控制風窗，可以實現風窗開口面積的自動調節，但依然是通過“監測－調節”的循環與驗證，解放了人員，但并未提高調控速度，同時因風量的精準監測問題沒有得到解決，無法實現真正的風量定量調節[3]。礦井的通風系統還停留在人工或半人工階段，因此，造成大型的礦井，特別是大型煤礦難以實現有效通風和按需供風[4]，造成嚴重的人力、物力和財力的極大浪費。

而本文介紹的智能通風系統可視化管控平臺，不但實現了通風系統三維可視化，最重要的是通過與監測系統的集成，實現了需風量動態定量調節解算、通風網絡的實時解算、通風系統的實時監控及在線預警，并且結合風窗和風門智能裝備，實現了風窗和風門的遠程自動調控，可以解決風門的開關自動化問題，也可以解決風門的調節自動化問題;既可以實現單道風門的自動化，也可以實現雙道風門的自動閉鎖;不僅可以通過測速雷達和紅外傳感器識別車輛和行人，還可以與遠程通風自動調控系統、人員和車輛定位系統、應急管理系統等聯網，為實現通風系統的全局自動化和智能化奠定了硬件基礎[5]。

1 總體設計

大海則煤礦智能化通風管控平臺包含4個功能模塊，其結構設計見圖1。

圖1 大海則煤礦智能化通風管控平臺結構

通風系統三維可視化主要實現巷道、通風線路和通風設施的三維可視化，為通風網絡實時解算、通風系統實時監控及在線預警、通風系統遠程可視化控制奠定基礎。

通風網絡實時解算在通風系統三維可視化的基礎上，基于感知數據實現需風量實時計算和通風網絡實時解算，實現按時按需供風，并將解算結果自動提交到通風系統遠程可視化控制模塊，為風窗、調節風門的遠程控制提供定量化的調節方案。

通風系統實時監控及在線預警在通風系統三維可視化和通風網絡實時解算的基礎上，基于感知數據，實現通風風道參數、通風設施狀態和環境參數的實時監控，并實現在線預警。

通風設施遠程可視化自動控制基于通風網絡實時解算模塊提供的調風方案和傳感感知數據，實現對風門、風窗、主通風機和局扇的遠程自動控制。

2 通風系統三維可視化

基于藍光智能化礦井通風系統，通過建立巷道、通風線路和通風設施的地理信息，實現通風系統三維可視化管理，將復雜的通風拓撲關系、通風參數和通風過程以三維組態的形式簡單、直觀的進行展示，實現從任意角度觀察和調整通風系統。

1）巷道三維可視化：在二維通風系統圖中通過繪制標高點和連接關系的方法實現巷道空間關系的建立，對每一段巷道配置屬性信息，包括巷道名稱、寬度、高度、斷面形狀等，即可自動生成巷道三維模型，并自動處理上下、交叉等任意空間關系，見圖2。

圖2 通風系統三維可視化效果

2）通風線路三維可視化：在二維通風系統圖中通過繪制節點和線路的方法實現通風網絡拓撲關系的建立，并對風道配置屬性信息，包括風道名稱、始點編號、終點編號、始點標高、終點標高、風道長度、寬度、高度、斷面周長、斷面面積等，即可自動生成三維通風線路，對風流流動進行可視化模擬。

3）通風設施三維可視化：通過三維實體的布爾運算技術建立風門、風窗、通風機、局扇、傳感器等三維模型。

3 通風網絡實時解算

在通風系統三維可視化的基礎上，結合對井下瓦斯濃度、風速、CO等參數的智能感知參數，實現用風點需風量的自動計算（見圖3），然后以每個用風點的需風量為基本參數，利用軟件提供的分風解算功能，實現通風網絡的實時解算，并自動給出調風方案（包括風道編號、風道地點、風道名稱、調阻量、風窗面積等信息），為通風遠程可視化控制模塊提供調風數據（見圖4）。

圖3 需風量自動計算

圖4 通風網絡實時解算

4 通風系統實時監控及在線預警

在通風系統三維可視化的基礎上，通過與監測監控數據集成，可以在平臺中直觀的查看當前各個巷道的風阻、風量和風壓情況，各個巷道周圍的環境參數（氧氣、溫度、一氧化碳、二氧化碳等），通風機運行情況、各個通風設施的狀態以及預警信息等。

1）風道參數的實時監控：通過與安全監測數據集成，將各個風道實時解算得到的風量、風壓和風阻等數據展示到各個風道上，見圖5。

圖5 風道參數實時展示

2）通風設施狀態的實時監控：通過與通風設施監測系統集成，實現對風門、風窗開關狀態的實時監控。

圖6 設施狀態實時展示

3)環境參數的實時監控：通過與安全監測系統集成，實現瓦斯，一氧化碳、溫度、風速等環境參數的實時監控。

圖7 環境參數的實時監控

4）在線預警.通過與監測監控系統集成，對主通風機、局扇、風門、風窗的異常、故障等信息實現紅色、橙色、黃色、藍色分級預警，并可查詢預警詳細信息。

5 通風設施遠程自動控制

根據通風網絡實時解算模塊得到的的調風方案，通過對接智能風門、風窗的相關控制接口，采用Modbus，OPC，PLC等通訊技術及通訊接口，基于工業環網實現對控制命令的準確送達，對井下調節風門、風窗等實現智能調節。并且可以根據礦井主要通風機運行數據實現主通風機風量遠程調節控制，局部通風機實現遠程控制啟停。

圖8 通風系統在線預警

圖9 智能通風設施遠程自動控制

6 總結

本系統在大海則煤礦進行了成功應用，實現了礦井通風系統三維可視化、通風網絡實時在線監測、通風設施遠程全自動控制，實現了通風風量分配與調節的自動化，避免了靠人工來完成風量分配與調節帶來的穩定性差、效率低等問題，有效地降低了通風成本。系統能夠實現通風系統的智能決策和風門、風窗的遠程自動控制，對降低礦井火災等事故危害的發生，實現煤礦的安全生產具有重要意義。