煤矿通风系统隐患智能监测系统应用分析

＊张 曼

（晋能控股煤业集团马脊梁矿 山西 037003）

1.引言

基于目前煤矿企业大多利用通风网络节点，测得的每个传感器不同的通风参数，来排查通风系统是否具备安全隐患，研究了优化并改进实时监控通风系统的设施。全面的排查隐患首先要检查通风系统及其可靠性。人工排查无法实现实时监测且费力费时；研发的系统在线监测可以自动识别隐患并收集通风参数，设定模型，实现提前报警，需要人工去实时分析和监控通风是否具备隐患。结果表明结合人工和系统两种方式，会得到一个可靠安全的通风系统，更有利于人工分析通风系统实时运行状况。

2.概述矿井

某矿的主采煤层没有爆炸性，通风是分区式，即通风系统各采区彼此独立，其可以采用的开拓方式为混合式、长壁走向的采煤方法，管理顶板采用全部垮落法，回采工艺采用综采。矿井开掘了13个工作面，2个为备用，4个工作面用于生产。“U”或“W”形通风用于回采工作面，局部压入模式通风用于开掘工作面。

3.排查隐患

(1)如何排查隐患及最终目的

详细排查矿井通风隐患，要定期运用安全检查表法去进行，录入各测风点测定的通风阻力数据库，针对隐患建立监控系统，提供依据实现预警灾害。

①是否完善了通风系统

根据实际矿井情况的规程要求，结合实际作业场所及巷道的需风量，查看是否满足矿井整体或局部通风系统的需要，存在缺陷是否较大。

②测定矿井的通风阻力

通风阻力决定通风系统的可靠程度。矿井主要管理通风技术内容的是测定的通风阻力，目的是检查是否合理分布了通风阻力，如某些部分区段及巷道是否具有过大的阻力，矿井实现均压防灭火及通风机降低电耗也是通过降低通风阻力、优化通风系统来实现。矿井优化通风系统通过测定通风阻力来增强抗灾防灾，使生产成本降低，获得安全、高效的经济效益。

③通风设备、设施

通风系统是否稳定的基础和前提，是通风设施的维护和构建。部分巷道配置合适的设施，微调通风系统的设备，保证风流流动的线路是固定的。生产区域直接影响通风效果的是：是否合理选择设备位置及通风设施以及是否达到有效稳定的运行状态。未合理选择通风设备或损坏设施，风流会大量漏风产生循环风、造成短路，结果是矿井的通风系统不稳定、浪费了资源、井下操作人员安全性受到了威胁。

矿井主要检查通风机电流、电压和工况等运行的状态，判断风机故障是否发生，定期检测矿井需要的风量，测定风机能否达到要求，对风机参数准确性进行各项核实。检查导风板、风门、风障、风酮、风桥、密闭墙以及调节风窗等通风设施的运行状态是否稳定、合理。

(2)初步排查分析通风系统的隐患

①分析通风阻力

测定四条路线的通风阻力采用的方法是同步测定气压计法。两条西风井的工作面是3501和3503；两条西二风井的工作面是西区路线和3505，具体参数如表1。

表1 通风参数测量结果

A.根据国标规定，矿井通风时所受到的阻力不能大于2940Pa，其回风量应在10000-20000m3/min之间，而根据实际勘测，所有勘测的路线之中，受到的最大的阻力大约是1982.5Pa，远未达到2940Pa，故其风阻合格达标。

B.根据测得数据可以看出，所有检测的等面积孔和矿井的总值都不小于2m3，而且总的风阻也远远不到0.345N·s2/m3，因此不难得出这个矿井正处在容易通风阶段的结论。

C.通过对图一的分析，我们可以看出这几条路线的分布虽然合理，但是却存在着较大的回风阻力，尤其是占60.8%的2703路线，究其根本，还是因为巷道年久失修缺乏维护而且它的截断面积太小导致，见图1。

图1 3503工作面三区通风阻力分布图

②检查通风问题

采用安全检查表法排查隐患1个、优化项1个。

A.通过排查我们发现风机房内显示的压力与实际的压力不符，通过缜密的查验，我们得出的结论是传感器出现了问题，而更换传感器之后恢复了正常。

B.这个矿场目前存在两台风机，经过实地测量，西一区风机排风量约为13785m3/min，西二区的约为14580m3/min，而由于矿井的安排，这样的风量分配并不合理，需要重新分配风量来提高通风效率。

4.通风系统安全自动分析预警

(1)原理

通过收集测量通风系统的风阻，可以构建并逐步完善其数据库和建立预警模型，在监测体系的帮助下对矿井各项参数进行检测并通过大数据运算达到对通风系统安全隐患提前预警的目的。

(2)预警模型的不同模块

①循环风模块。在掘进巷道内安装传感器对风速和风向进行实时监测，当风向与设定的方向之间超过了90°，就应进行预警，因为此时很容易发生循环风现象。

②风压模块。在调风设施处安装传感器，实时监测其风压，当其风压变化较大时应进行预警。

③风量、风速模块。这个模块有两种预警体系，一是通过对比传感器所得数据来发现异常并进行预警，这相当于直接监控；二是通过对关键位置的风量的检测并结合大数据对井内通风状况的运算来与井内的通风量对比，而这就相当于间接监控。

(3)预警系统的组成和效果

①在线监测系统

主要内容：

A.计算网络的数据和测量不同传感器得到的数据相加构成了预警隐患功能，结合模块预警的规则预警不同地点的异常。B.监控系统图上可以看到每个传感器分布的位置在哪，还可以通过检测系统图来查询其检测的数据及工作状态，当其状态改变时或者其检测到的数据不正常时会发出预警。

②预警模型数字化

预警模型数字化包含数据审核、图纸数字化、网络解算和通风参数提取，其中，数据审核是指通过实际测量到的数据与理论数据的对比来确认其各项参数是否合理；用CAD来实现数字图纸化的通风系统图，可识别的图纸是信息格式化的巷道位置；自然风压初始化计算由模型内部的网络解算而来，同理，回路风量平衡及生成和生成最小树以及特定风机模拟的计算与之类似；测定通风阻力的参数与通风传感器的参数相加得到最终的通风参数，最后计算录入每个节点的风阻和风量。

③效果

在应用本系统的11个多月里，一共出现过13次预警，其中，有两次是风流异常产生的预警，有8次是因为短时间内风速异常而产生的预警，有两次是因为风压异常而产生的预警，最后一次预警的原因则是长时间内的风速异常导致的。据事后分析得出的结论，短时间内风速异常导致的预警是正常的波动，无需理会；长时间内的风速异常导致的预警则是因为回风巷的断口变形变窄导致风速上升直至超出预定速度；而在西二区发生的风流异常的原因则是西五区内巷道积水使得回风断面变小导致的；而由于风的压力变化产生的预警则是因为工作人员操作不规范，没有完全复位挡风装置导致的。

5.结语

（1）矿井应该从管、物、环等方面严查使安全等级得到提升，以此来加强对井内通风技术的管理能力，确保矿井通风安全可靠。

（2）从实际操作中可以看出，数据库的建立以及数字化通风系统的实施以及测量矿井内的各种参数和利用传感器实时监控各项参数、通过大数据模拟运算矿井通风系统可能存在的安全隐患来进行检测并预警矿井通风的安全问题，使得通风系统的安全等级上升了很多，对井下作业有了更高的安全保障。