浅析矿井智能通风原理及关键技术

（山西天成元矿山安全技术咨询有限公司 山西 030012）

引言

近年来，伴随着国内煤矿行业进行开采等工作，相关的开采设备由老式机械化逐渐的向着系统智能化进行转型，创建智能化系统的煤矿越来越受欢迎。但是矿井通风这个子系统依然是比较死板的，仍然是应用人工进行运作，这样的运作方式不能够很好的满足矿井智能化的相关要求。当前一些矿井通风灾害的异常预警以及发生事故后的应急决策等涉及到的处理事件的能力不足，在灾变期间的预警等等方面的响应也不是很及时，这就使得灾害来临，不能够有效的进行控制。

1.矿井智能通风的原理

矿井智能通风是主是应用智能控制的方式进行按需供风，并依据矿井的需求持续稳定的进行输送新鲜的空气，供矿井中的工作人员使用，主要的方法是应用机械通风，然后将有害气体及时的排出，这样就能够使得矿井气候条件变得有利于作业环境，能够很好地供应矿井生产所需，同时也是灾害防治的一个重要的基础。主要的方法就是将矿井内的信息进行采集并经过相关的处理后，经过控制技术进行结合，依据“平战结合”的相关理念进行一定的按需供风，在实际的运行过程中，如果出现异常灾变的情形下，能够使用智能的系统进行应急调控。这样的方式符合当前状态下通风的自动化管理，也能符合灾变时期所进行的应急响应。其主要功能包括：

（1）矿井的通风系统进行评估后，其经济可靠的特点是受欢迎的，灾情预警方面也是受欢迎的，能够达到矿井开采过程中的安全、经济的目标。

（2）矿井通风系统能够实现全程自动化实施，也能够达到智能调控的相关目标：应用目前流行的人工智能亦或者是新材料的融合技术，创建智慧矿山的现场通风系统，也能够实现在作业的过程中有效联动调控。

2.矿井智能通风功能实现的关键技术

(1)矿井通风参数的精准监测

通风参数所涵盖的监测传感技术或是所使用的装备能够有效的对矿井智能通风的系统中的信息进行采集，基于风网信息监测传感技术能够及时的采集风网运行的状态，可以实现实时解算风网。通风参数主要是涵盖风压、风量等等。矿内使用的智能控风的参数感知相关的参数都符合相关的要求，所以可靠性相对较高。

①井巷风速（量）测定

井巷风流的断面风速以及湍流脉动的不均一的特点，很容易造成测试平均风速的难度。要精确测量风速，一是要进行设计抗干扰能力较强且符合相关要求的风速测量传感器，二是应用湍流统计法测量单点等等状态下的时均风速，然后通过优化传感器的分布避免井巷突变区造成的大涡干扰等等相关的问题，这样还能够有效实现点亦或是高精度测定风速，三是基于速度场结构的相关恒定原理进行转换。当前，国内矿用点所使用的一类风速传感器的测量精度一般是小于0.3m/s，所以在该精度条件下所测量出的井巷全断面的平均风速所呈现的误差是比较大的，也不能够满足风网精准调控的要求。使用超声波时差法进行有效测量线段的风速，在进行点风速测量的时候，能够克服传感器尺度效应诱发的一种测量误差，所以该方法是一种精度较高的方法。

②井巷风压的测定

及时准确的进行测定风流压力（压差）可以的了解矿井通风阻力的分布特点，能够针对风网实时的进行解算亦或是调控风方案等等方面具有非常重要的意义。其技术思路：考察比较各式相关敏感压力元件的一种输出特点，并对测试精度的影响因素进行测试，就比如说井下复杂环境中的湿度等等，选择适于井巷压力测定的敏感元件，使用电路放大以及数字滤波技术使得复杂电磁环境下的感压元件的相关抗干扰的能力提升，同时使用补偿电路提升传感器的使用精度。通过对国内外使用的压力敏感的元件进行测试评估，选择出硅可变电阻式弹性膜盒，有效提升传感器的灵敏度；应用传感器所集成的一种环境的温度参数，经过融合多源数据，以及利用神经网络的非线性校正的算法，有效降低非线性的误差，提升传感器的测量精度至1Pa。使用新型的压力传感器，并应用两种方法进行相互校验：一是压差计法，二是气压计同步法。

③全风网传感器布设原则

为了能够实时解算矿井通风网络，需要全面精准感知针对关键的通风参数比如说：主要风路、主要用风地点等。依据相关的感知要求，在进行布设全风网通风传感器的过程中，需要遵守以下的原则，能够及时的监测最大阻力路线上的一条经过工作面的相关参数，比如说风压等，能够监测主要用风位置的相关通风参数，在通风网络变风阻分支处可以及时的感知的风量等参数，监测主要通风位置所需要的两端压差亦或是其余位置可能受灾变的影响，这样就能够实时解算矿井通风网络。

(2)矿井通风异常诊断与智能决策平台

为了能够保证矿井的智能通风系统在运行的过程中达到安全可靠的标准，需要对矿井通风进行实时的解算、也需要在运行的过程中对矿井通风异常进行很好的快速诊断亦或者是提前进行预警判断。

①矿井通风网络实时解算

实时解算矿井通风网络以及进行运行诊断矿井通风出现的异常情形、矿井智能调控通风系统有很大的关联。它是指根据矿井运行中所依据的理论，比如：一是风压平衡定律，二是风量平衡定律，三是阻力定律，进行检测风网各分支的实时风阻的过程中，主要是应用通风机的特点，应用传感器对系统中的压差、风速（风量）、湿度、温度、等等参数进行实时数据的监控，并有效建立方程组然后对通风网络所有分支风向的相关数据进行求解的过程。

实时解算矿井通风网络主要关系到非定常实时热湿模型，扰动识别模型，拓扑关系动态变换、优化布置通风参数传感器、诊断故障源，自适应调整阻力系数等主要的技术。在应用高精度传感器进行监测矿井的风压、风速、温度或是湿度等重要的巷道通风参数后，能够实现自动维护矿井通风网络的拓扑关系、也能够实现自动绘制通风网络图、还能够实现实时解算通风网络、也能够对异常进行实时诊断等功能。

②矿井通风异常诊断与预警

矿井通风运行的过程中诊断异常、确定相关灾害发生的影响范围以及提前发出预警是合理调节通风、控风等相关步骤的重要依据。诊断矿井通风运行中的异常状态的方法中，主要是应用多传感器进行采集相关的重要数据，然后进行有效的信息融合，并经过一定的处理技术，汇集大量的矿井通风运行过程中的历史数据、以及进行实时解算矿井通风网络数据，这样就能够实现在通风动力出现异常、在通风网络出现异常以及在通风设施出现异常的时候，及时的显示响应，在实际的运行中，也会考虑量变到质变、渐变到突变、应用神经网络模型、以及应用机器学习模型、应用模糊数学的相关计算方法，进行创建矿井通风系统的异常诊断的重要模型，也能够对矿井通风参数在运行过程中出现异常状态的因素进行采集，并对该异常状态的位置进行快速诊断。

在进行快速确定通风灾变的相关影响范围的时候，使用通风网络模拟进行创建灾害源场模拟的等效模型，应用火灾以及煤岩动力的一些常见灾害作为模型的分析依据，并考虑到多元信息感知的一些重要的参数，以获取通风网络在不同的约束状态下的通风参数的相关数据。