余吾煤业智能通风系统构建方法及其关键技术研究

针对余吾煤业现用通风系统存在的通风基础参数测算精准度低、手动配风误差大且耗时长及灾变时风流难以调控等问题,采用现场测试与软件开发等方法,对该矿智能化通风系统构建与关键技术进行了研究,确定了特定条件下矿井智能通风系统总体构架,实现了风门、风窗、局部通风机等通风设施远程监控和智能调节,设计了以矿井风量远程定量调控子系统风量调控、通风灾变风门风流调控与局部通风机智能控制子系统为主的总体方案,阐明了通风监测数据智能管控、地面主通风机智能控制、三维矿井通风智能分析决策平台构建及通风系统全局优化改造方法等关键技术。研究结果可实现矿井通风系统安全可靠与经济合理运行,为类似条件矿山智能通风系统建设提供指导与借鉴。     

我国矿井通风技术现状及智能化发展展望

矿井通风是矿井安全生产的基石,在智能化背景下发展智能通风技术装备是保障我国发展少人化、无人化煤矿的必由之路。从通风参数测定与监测、通风网络分析与决策、通风调控技术与装备3个方面对我国矿井通风技术装备近年来的研究与实践成果进行了系统梳理和总结,指出了实现智能通风仍需解决的4大难题,即通风参数测定与监测准确性低,难以满足精准决策的需要;风量调控缺乏有效决策模型,调控装备发展滞后,难以实现动态定量调节;通风动力与通风网络匹配性不强,联动调节能力弱;通风隐患、灾变判识技术发展不成熟,缺乏有效的预防预警与应急控制手段。针对这些技术难题提出了实现矿井通风智能化的3个重点研发方向:智能感知、智能决策、智能控制,给出了各研发方向应着力解决的关键核心技术内容,即通过研发通风系统自动成图技术、通风参数快速精确获取技术,实现通风基础数据智能感知;通过研发数据驱动的网络模型构建方法、通风网络与通风调控联动分析决策技术、通风隐患自动识别与报警技术,实现通风技术智能决策;通过研发通风灾变准确判识方法和灾变控制装备,实现通风灾变智能控制。依托以上技术装备,形成一套智能通风技术装备体系,实现矿井通风无人化、智能化。     

矿井通风智能化理论与技术

矿井通风系统是矿井的呼吸系统,它源源不断地将地面新鲜空气输送到井下各作业地点,稀释和排除井下各种有毒、有害的气体和矿尘,也是防治煤与瓦斯爆炸、降温、除尘、灭火的重要技术手段。实现矿井通风智能化是实现智能开采、建设智慧矿山的主要技术保障。通风智能化不仅涉及到空间科学、采矿技术和流体力学理论,更需要数学、自动化、计算机和信息科学的底层支持,由于缺乏完善的理论和技术支撑,长期以来矿井通风作业都停留在人工和半人工状态。为了彻底解决矿井通风智能化,笔者从风网的拓扑结构和状态方程入手,逐一对自然分风算法、按需分风计算和风阻调节优化等理论疑点进行了深入讨论,对按需调风优化、均压调节优化、风向调节优化、联合调节优化、在线闭环调控、监控点优化布局、通风系统状态估计、需风量超前预测、反风风道识别、可靠性调节优化、通风系统初始化、通风系统故障诊断、智能调控风门风窗、通风智能化软件系统等关键技术进行了深入研究。针对这些问题,给出理论上比较完善的、技术上比较可行的、能够付诸实施的解决方案,最后,以计算机软件技术为主线,设计了4层体系架构,并定义了每层架构的技术内涵和主要功能模块,简要说明了应用场景,为打造全程智能化的矿井通风系统提供借鉴。     

关于加快煤矿智能化发展的指导意见

矿井智能通风是智慧矿山建设的重要内容。通过对现有的矿井智能通风技术研究进行总结和分析,深入探讨了智能通风的基本理论,明确了目前矿井智能通风存在的问题与关键技术,并进一步对智能通风的关键技术进行了创新性的探索。最后基于关键技术开展智能模块与智能系统的研究,成功构建了一个综合性的矿井智能通风与灾变应急控制系统,为矿井的通风提供了更加智能和高效的解决方案。

     

矿井通风系统智能化改造及其应用

为提高矿井通风系统自动化、智能化装备应用水平,在矿井现有条件下,通过优化通风路线布局,增加传感器数量,构建智能化通风系统,优化矿井生产过程中在采煤工作面、掘进工作面和开拓大巷等主要生产场景下的通风方案,实现发生灾变时快速调风、反风,利用风流短路形成保护性措施,有效避免灾害事故扩大化。同时对通风设施和设备进行远程自动化控制,有效提升供风优化利用,避免供风不足和风量浪费等现象,提高矿井通风系统智能化水平。     

留庄煤矿通风网络优化实践

留庄煤矿经过矿井通风网络优化实践 ,大大降低了矿井通风阻力 ,实现了风网与主扇匹配 ,彻底改善了通风状况 ,提高了供风质量。     

矿井三维通风动态仿真模拟系统在耿村煤矿的应用

利用建立的矿井三维通风动态仿真模拟系统,在已建立的风网模型上对耿村煤矿未来5年的通风系统规划方案和现阶段西区改造优化方案进行了模拟分析,检验方案实施效果,并对方案设计中的不足进行了完善。通过系统的灾害辅助决策功能,对井下的潜在危险进行预先模拟分析,根据灾害模拟结果制订了应急救援预案和避灾逃生线路。利用系统对不同季节自然风对风网影响进行模拟,优选风机工况点,帮助技术人员管理风机。在模拟出矿井不同季节的自然风压对风网影响的基础上进行矿井反风模拟,辅助制订、完善应急救援预案和避灾线路。通过软件的定制开发将矿井实时监控监测数据接入模型,并可将风流监测数据引入风网的解算分析,实现了风网的动态模拟分析。     

煤矿智能通风系统研究

结合某矿建设情况,将煤矿井下一通三防系统、监测监控系统进行整合,在此基础上建立智能通风系统模型及标准,实现井下通风数据实时回传。分析通风系统,为矿井各采掘点配风调风提供依据,合理、科学控风、调风,实现经济供风,确保通风系统安全、可靠、科学、经济。     

矿井主要通风机系统改造和智能调控研究

通过对大众煤矿北风井主要通风机系统改造和智能调控研究,通风机运行效率和安全性得到提高,实现了变频调控风量、不停风倒风机、操控智能、故障报警和实时的在线监测等功能,真正达到了集控、智能调控,提高了矿井通风系统的可靠性。     

保德煤矿智能通风系统建设与应用

参考智能化矿井设计标准,在充分利用现有通风设施基础上,在主通风机智能管控平台、智能局部通风子系统、风门自动化及远程控制系统、远程定量调节自动风窗系统、矿井高效全自动智能测风系统、矿井通风参数快速准确测定系统、三维矿井通风智能分析决策平台等7个方面进行了升级改造,对改造后通风系统进行优化论证,结果表明：改造后智能通风系统能够满足井下通风要求,提升了通风系统稳定性、可靠性、易用性,提高了煤矿通风效率,为井下通风系统优化提供智能化通风监控平台,推广意义重大。     

转龙湾煤矿矿井智能化通防系统与信息平台构建

以转龙湾煤矿应用实践探讨通防系统的构建方法。提出了通风网络关键参数精准感知技术,通过传感器优化布置,运用最少监测点实现全矿井通风阻力路线的关联参数分析;提取了安全监测监控系统的通防信息,开发了主要通风机、局部通风机、通风设施的远程软件模块,模块融合了束管监测、粉尘监测、注浆监测、人员定位系统等功能模块;提出了通防系统状态智能分析技术,建立了矿井通风网络三维仿真模型,实现了通风网络实时解算、通防参数可视化展现和趋势分析、通风异常诊断与预警;将通风、瓦斯、火灾、粉尘等通防安全信息有机融合,提出了多元异构信息融合的矿井通防系统分阶管控模式,研发了矿井智能通防和应急管控平台。通过现场实践,验证了相关参数研判与联动调控模型,为矿井智能通防系统建设提供了应用经验。     

葫芦素煤矿智能通风系统建设与应用

针对葫芦素煤矿目前通风监测实时性差、通风设施未实现远程调控、风量调节过程复杂低效等问题,以风量调节可控、可视、智能化为目标,开展了包括超声波风速传感器和全断面测风站在内的风量精准测定装置、远程调节风窗等智能通风设施建设,从智能通风系统组成、原理、功能等方面设计并建成了葫芦素煤矿一体化通风智能管控系统,实现了矿井风量实时同步监测、风量远程调控和通风系统故障诊断,并具备通风设备管理、数据管理、预警管理、权限管理和远程控制等功能。     

镇城底矿风网特征图的应用分析

风网特征图在矿井通风系统合理性的分析评价中具有很大的作用。通过风网特征图可以分析矿井通风系统的三区管理、通风系统改造、图示矿井空气环境参数、图示矿井通风设施等。文章通过风网特征图在西山煤电镇城底矿的实际应用,说明风网特征图的应用分析在矿井通风系统的评价和改造中具有一定的指导意义。     

矿井智能通风系统关键技术研究

实现矿井通风智能化是建设智能矿山的主要技术手段。针对目前通风系统调整失准、智能化水平低、预警信息不能反映到抢险救灾指挥中心等问题，提出一种矿井智能通风系统建设方案；该方案由井下监控设备和地面控制中心组成，旨在建立三维通风模拟与隐患智能识别平台，实现矿井通风数据实时动态分析、三维可视化展现以及安全预警与辅助决策；重点研究了通风监测大数据库、三维通风模拟、AI视频智能识别、预警及辅助决策、系统联动控制5个关键技术，详细阐述了各自的技术特征与实现方案。基于计算机软件开发技术、三维仿真技术以及人工智能技术设计并开发实现了矿井智能通风系统。     

矿井风网与通风机配套实践之认识

矿井在进行高度集约化生产,实现大型、高效化变革的同时,必然要求矿井实行大风量和安全可靠供风。文中以矿山通风角度,从煤矿风网与通风机配套实践中的常见误区出发,结合实际对大型矿井的机网配合问题进行了论述,同时探讨了科学评价大型矿井系统通风难易程度的标准体系,对提高基层矿山的通风技术水平,保障矿井通风安全有着一定的现实指导意义。     

基于Ventsim的矿井运输巷火灾风烟流应急调控技术

矿井带式输送机火灾因突发性强、救灾灭火难度大而易导致重大人员伤亡,快速有效地控风、排烟和撤人是救灾关键。通过研究井巷火灾及其次生灾害的风烟流致灾机理及防控机制,优化了原控风排烟方案的风量分配和供风路径,提出了不同火灾场景的风烟流应急联动调控方法;基于弗劳德数守恒模型（Froude）研究倾斜巷道中火灾风烟流达平衡的临界条件,得到了防止烟流逆退的临界风速和最小排烟风量的计算公式,量化了最佳的控风排烟方案;利用Ventsim软件建立羊场湾煤矿三维可视化通风网络模型,分别模拟了不同火源点场景的风烟流蔓延规律与采取控风排烟方案前后的排烟效果和风量分配。结果表明：优化后的调控方案能够既满足控排烟路径最小风量,也能保障采区人员逃生及稀释瓦斯最低所需风量,进一步完善了灾变风烟流应急调控方案。     

突出煤层跨胶带风门防逆风装置的设计与应用

为保证煤与瓦斯突出矿井煤巷掘进工作面煤流运输高效、快捷及通风系统稳定、可靠,需采用胶带输送机出煤。但由于与巷道连接的主要胶带巷为进风巷,所以在巷道回风口与主要胶带巷之间构筑1组控风设施,按照现场胶带输送机安装现状来看,胶带机头位置逐渐变高,无法实现通风设施的构筑以及漏风量的控制。现设计胶带输送机尾部采用卸载架延伸的方式穿越墙体,然后设计通过墙体的卸载架控风措施,有效解决了胶带机头无法构筑设施及设施漏风大的难题,实现了煤流的正常运输,通风系统稳定、可靠,保证了矿井的安全、高效生产。     

区域局部反风应作为矿井抗救灾工作的重要措施

以矿井外因火灾为重点,分析了抗救灾过程中矿井反风的不足,应用风网结构中角联分支风流方向不变的原理,提出实现“灾区换位”的另一途径——区域局部反风法,即在主扇正常运行状态下,通过调整局部风网内边缘风路的风阻,使该区域风网内处于角联状态的某分支或某些分支集舍风流反向。其特点是反风准备时间短,反风速度快,适应性强,不影响整体通风系统的其它区域,便于将灾变控制在某一局部范围内,可利用火区气体再循环进行火区情化。     

上行风流火灾3D矿井通风系统灾变过程仿真

以有源风网矿井通风和火灾研究新成果为理论基础,建立了矿井火灾时期矿井通风系统灾变过程的数学模型,用MATLAB语言编制了可视化仿真程序TF1M(3D)。结合典型矿井的上行风流火灾实例,从矿井尺度上,实现对火灾时期风流运动、火灾蔓延时的烟浓度与温度分布,以及通风系统变化的动态模拟。模拟分析得出,矿井上行风流火灾发生时,随着火势的增强,火源主干风路风量增加,导致过流通风,火源旁侧支路出现风量降低-停滞-进而风流逆转的变化;受火灾燃烧动力（火风压）的驱动,过流与逆流的风量变化具有一致对称性;在复杂网络中,旁侧支路会有次序性地发生风流逆转。从矿井宏观尺度上,火灾时期通风系统发生的一系列变化,都是在通风动力与火风压相互作用下产生的;也导致矿井系统总风阻的动态飘移。TF1M(3D)输出的技术参数信息量大,现象直观,动画效果好,为深入分析矿井火灾搭建了性能优良的仿真平台。     

综放工作面智能化反风技术

随着煤矿智能化技术和设备的发展,通风系统智能化取得众多成果。但是对于灾变后通风系统管理研究较少,通风系统反风作为防治新风侧灾害的手段之一,需加强技术及设备的研究。通过在某煤矿3105综放工作面进行反风技术研究,得出主进风巷道灾害反风和工作面进风平巷灾害反风的控风技术,并根据控风技术,分析得出风门、风窗、测风、环境采集传感器、语音广播、避灾指挥等硬件的技术要求,为类似矿井工作面通风系统反风提供技术和硬件设备支持。