大海则煤矿智能通风系统可视化管控平台搭建及应用

闫尚彬，李 静

（1.中煤陕西榆林能源化工有限公司，陕西 榆林719000；2.山东蓝光软件有限公司，山东 泰安271000）

0 引言

目前国内外的通风信息化软件大多较侧重于对矿井通风系统的风网解算和三维仿真，在矿井通风环境参数监测信息的运用方面尚有不足[1]，在通风设施的远程自动调控运用方面还属于国内空白，我国煤矿井下通风系统调节控制，不论是调控方案决策，还是调节控制方法一般都是人工进行的，没有定量化风量调节装置和自动决策手段，很难及时根据现场实际情况及时调节风量[2]。风窗、风门的调节也主要依靠人工来完成，虽然目前出现了一些远程自动控制风窗，可以实现风窗开口面积的自动调节，但依然是通过“监测－调节”的循环与验证，解放了人员，但并未提高调控速度，同时因风量的精准监测问题没有得到解决，无法实现真正的风量定量调节[3]。矿井的通风系统还停留在人工或半人工阶段，因此，造成大型的矿井，特别是大型煤矿难以实现有效通风和按需供风[4]，造成严重的人力、物力和财力的极大浪费。

而本文介绍的智能通风系统可视化管控平台，不但实现了通风系统三维可视化，最重要的是通过与监测系统的集成，实现了需风量动态定量调节解算、通风网络的实时解算、通风系统的实时监控及在线预警，并且结合风窗和风门智能装备，实现了风窗和风门的远程自动调控，可以解决风门的开关自动化问题，也可以解决风门的调节自动化问题;既可以实现单道风门的自动化，也可以实现双道风门的自动闭锁;不仅可以通过测速雷达和红外传感器识别车辆和行人，还可以与远程通风自动调控系统、人员和车辆定位系统、应急管理系统等联网，为实现通风系统的全局自动化和智能化奠定了硬件基础[5]。

1 总体设计

大海则煤矿智能化通风管控平台包含4个功能模块，其结构设计见图1。

图1 大海则煤矿智能化通风管控平台结构

通风系统三维可视化主要实现巷道、通风线路和通风设施的三维可视化，为通风网络实时解算、通风系统实时监控及在线预警、通风系统远程可视化控制奠定基础。

通风网络实时解算在通风系统三维可视化的基础上，基于感知数据实现需风量实时计算和通风网络实时解算，实现按时按需供风，并将解算结果自动提交到通风系统远程可视化控制模块，为风窗、调节风门的远程控制提供定量化的调节方案。

通风系统实时监控及在线预警在通风系统三维可视化和通风网络实时解算的基础上，基于感知数据，实现通风风道参数、通风设施状态和环境参数的实时监控，并实现在线预警。

通风设施远程可视化自动控制基于通风网络实时解算模块提供的调风方案和传感感知数据，实现对风门、风窗、主通风机和局扇的远程自动控制。

2 通风系统三维可视化

基于蓝光智能化矿井通风系统，通过建立巷道、通风线路和通风设施的地理信息，实现通风系统三维可视化管理，将复杂的通风拓扑关系、通风参数和通风过程以三维组态的形式简单、直观的进行展示，实现从任意角度观察和调整通风系统。

1）巷道三维可视化：在二维通风系统图中通过绘制标高点和连接关系的方法实现巷道空间关系的建立，对每一段巷道配置属性信息，包括巷道名称、宽度、高度、断面形状等，即可自动生成巷道三维模型，并自动处理上下、交叉等任意空间关系，见图2。

图2 通风系统三维可视化效果

2）通风线路三维可视化：在二维通风系统图中通过绘制节点和线路的方法实现通风网络拓扑关系的建立，并对风道配置属性信息，包括风道名称、始点编号、终点编号、始点标高、终点标高、风道长度、宽度、高度、断面周长、断面面积等，即可自动生成三维通风线路，对风流流动进行可视化模拟。

3）通风设施三维可视化：通过三维实体的布尔运算技术建立风门、风窗、通风机、局扇、传感器等三维模型。

3 通风网络实时解算

在通风系统三维可视化的基础上，结合对井下瓦斯浓度、风速、CO等参数的智能感知参数，实现用风点需风量的自动计算（见图3），然后以每个用风点的需风量为基本参数，利用软件提供的分风解算功能，实现通风网络的实时解算，并自动给出调风方案（包括风道编号、风道地点、风道名称、调阻量、风窗面积等信息），为通风远程可视化控制模块提供调风数据（见图4）。

图3 需风量自动计算

图4 通风网络实时解算

4 通风系统实时监控及在线预警

在通风系统三维可视化的基础上，通过与监测监控数据集成，可以在平台中直观的查看当前各个巷道的风阻、风量和风压情况，各个巷道周围的环境参数（氧气、温度、一氧化碳、二氧化碳等），通风机运行情况、各个通风设施的状态以及预警信息等。

1）风道参数的实时监控：通过与安全监测数据集成，将各个风道实时解算得到的风量、风压和风阻等数据展示到各个风道上，见图5。

图5 风道参数实时展示

2）通风设施状态的实时监控：通过与通风设施监测系统集成，实现对风门、风窗开关状态的实时监控。

图6 设施状态实时展示

3)环境参数的实时监控：通过与安全监测系统集成，实现瓦斯，一氧化碳、温度、风速等环境参数的实时监控。

图7 环境参数的实时监控

4）在线预警.通过与监测监控系统集成，对主通风机、局扇、风门、风窗的异常、故障等信息实现红色、橙色、黄色、蓝色分级预警，并可查询预警详细信息。

5 通风设施远程自动控制

根据通风网络实时解算模块得到的的调风方案，通过对接智能风门、风窗的相关控制接口，采用Modbus，OPC，PLC等通讯技术及通讯接口，基于工业环网实现对控制命令的准确送达，对井下调节风门、风窗等实现智能调节。并且可以根据矿井主要通风机运行数据实现主通风机风量远程调节控制，局部通风机实现远程控制启停。

图8 通风系统在线预警

图9 智能通风设施远程自动控制

6 总结

本系统在大海则煤矿进行了成功应用，实现了矿井通风系统三维可视化、通风网络实时在线监测、通风设施远程全自动控制，实现了通风风量分配与调节的自动化，避免了靠人工来完成风量分配与调节带来的稳定性差、效率低等问题，有效地降低了通风成本。系统能够实现通风系统的智能决策和风门、风窗的远程自动控制，对降低矿井火灾等事故危害的发生，实现煤矿的安全生产具有重要意义。