煤礦通風安全預警系統研究

茹晉峰

（汾西礦業正城煤業， 山西 孝義 032300）

引言

礦井通風是實現煤炭高效開采的基礎，同時確保通風系統可靠運行是防范各類安全災害的保障措施。煤礦井下巷道分布錯綜復雜，通風系統具有隨機、復雜以及非穩定等特點，通風系統中會不斷有新鮮風流入且伴隨著采掘調整、風門等通風設備開啟和閉合、地面溫度變化等。對礦井通風系統進行動態安全預警分析具有顯著意義。眾多的研究學者通過采用通風網絡拓撲結構圖、風流監測傳感器監測、多元回歸分析法等技術方法、設備對通風系統穩定性等進行分析。文中在以往研究成果基礎上，對煤礦通風安全預警系統進行研究，通過實時監測井下通風系統運行情況并根據監測結果進行預警，從而達到確保通風系統平穩、高效運行的目的[1-4]。

1 山西某礦工程概況

山西某礦設計產能240 萬t/年，現階段礦井可采資源儲量為9 560 t，主采煤層為5-1 號煤層，煤層厚度均值2.69 m，埋深平均390 m。礦井所在井田位于單斜構造背部，該單斜構造產狀平緩，巖漿巖侵入、斷層等地質構造發育，條件中等到復雜。

5-1 號煤層原始瓦斯含量為6.5 m3/t，現開采水平無煤與瓦斯突出危險性，煤層自燃發火傾向性為I類，煤塵具有爆炸危險性。礦井采用中央并列式通風方式，主、副斜井進風，回風斜井回風，地面主要通風機房布置2 臺軸流式通風機（型號為FBCDZ-6-No.19A），一用一備。具體礦井通風網絡如圖1 所示。

圖1 礦井通風網絡

2 煤礦通風安全預警分析

煤礦井下通風系統預警分析過程較為繁瑣，為簡化分析過程并便于研究，提出從風速、風量以及通風可靠性等方面進行預警分析。精準的獲取通風系統基礎參數對后續安全預警分析具有顯著影響，現階段煤礦井下常用的基礎數據獲取方式包括有傳感器監測、人工現場實測等，通過布置實時在線監測系統并合理布置風壓、風速、溫度等傳感器，可實現通風系統基礎參數精準采集。

2.1 通風系統風流狀態預警分析

風流狀態預警分析是對井下通風系統各主要分支的風速、風量等是否滿足要求進行分析，當發現不滿足要求時即會進行報警。可根據巷道功能差異設定允許風速，依據傳感器獲取的數據以及通風網絡解算得到的礦井通風系統各分支風速、風量，當某巷道風速超過運行值時即會進行報警。對監測及通風網絡解算得到的巷道分支風速、風量數據進行分析，篩選出風流不穩定巷道并重點監測[5-6]。

2.2 用風點風流狀態分析

用風點有效風量應能滿足使用需要，是通風系統安全預警中一個需要重點關注的方面。在采煤工作面、巷道掘進工作面等主要用風點，通過安裝傳感器對通風數據進行實時監測，并分析采掘作業面風量、風速等是否存在異常情況，當存在異常時及時發出預警信息。

2.3 通風系統運行可靠性分析

通風系統運行可靠性可采用安全可靠性、經濟性以及技術性等指標判定。將預警等級分為三個級別，分別為重警、輕警以及無警。重警表示井下存在不合格、需要整改處；輕警表示井下通風系統基本可靠，需要強化巡檢，并對潛在的隱患進行處理；無警表示通風系統評價合格。

3 現場應用分析

3.1 通風系統實時模擬及動態預警結構

煤礦通風系統模擬及動態預警系統主要是對煤礦通風系統風流進行實時監測，并通過網絡解算軟件實時模擬風網對自動修復、調整風網解算系統，實現煤礦井下通風系統實時模擬、動態預警[7]。

采用的通風系統實時模擬及動態預警系統主要功能模塊包括有數據處理、風路解算、數據分析顯示、風網自修復及報警處理與預警，具體功能模塊結構如圖2 所示。

圖2 系統功能模塊結構

3.2 應用效果

使用“測風求阻”功能模塊推演獲取礦井通風基礎參數，并求得各個通風分支風阻。將礦井通風阻力參數輸入到網絡解算功能模塊，對礦井通風系統風網進行解算，具體現場實際測定的風量與網絡解算模塊解算的風量比對結果見表1、圖3 所示，現場實測的風量與網絡解算模塊解算的風量值接近，多數通風分支風量相對誤差在1%以內，僅有個別通風分支風量相對誤差接近2%，表明采用網絡解算模塊解算的風量精準度較高，可用于通風網絡的動態監測以及預警分析。

表1 現場實際測定的風量與網絡解算模塊解算的風量比

圖3 現場實際測定的風量與網絡解算模塊解算的風量比圖

3.3 礦井通風預警分析

根據網絡解算模塊解算的風量、風阻等參數，對井下通風巷道內風流狀態以及各用風點位置通風狀況進行綜合分析。對礦井采掘作業面、變電所、軌道大巷以及運輸大巷等主要用風點情況預警分析結果如下頁表2 所示。

表2 礦井主要用風點情況預警分析結果

采用通風安全預警系統模擬得到的參數，對煤礦井下通風系統用風點通風狀況、各巷道風速以及通風系統整體可靠性等進行分析，經過測算該礦通風系統較為可靠，但是需要重點對回風大巷通風阻力過高問題進行處理[8]。

4 結語

采用傳統的人工巡檢、傳感器監測等方式雖然可實現通風系統運行情況監測，但是僅局限于個別點且未實現通風系統運行情況整體分析。為此，文中構建一種通風安全預警系統，該系統基于人工巡檢、傳感器監測數據，對通風網絡進行解算，并自動分析巷道風速、用風點風量等是否滿足要求、對通風系統運行可靠性進行分析。

通過使用通風安全預警系統可實現通風系統運行情況實時分析，并對潛在的隱患進行預警，從而可在一定程度上提升礦井生產安全保障能力。