浅谈智能调节风窗的技术应用

马龙飞

(山西潞安化工集团 王庄煤矿，山西 长治 046000)

矿井通风系统是煤矿生产基本系统之一，通风系统的安全可靠运行是确保井下安全生产及提高生产效率的基本条件，矿井通风管理的提升直接关系到井下生产的有序组织和矿井经济效益的提升，但目前矿井通风管理工作的自动化、信息化程度相比于瓦斯管理等处于较低的状态。瓦斯管理可运用监测监控系统有效地掌握井下各地点的瓦斯变化趋势，而通风管理目前只能实现对主通风机工况进行有效监控，井下各重要地点的风量得不到实时掌握。所以，立足于积极提升矿井通风管理，寻求有效措施实现通风管理信息化来遏制煤矿瓦斯事故具有极大地必要性。

通过智能调节通风设施进行通风网络优化是煤矿安全生产和扩大生产规模的重要保证。近年来，随着矿井井下巷道延伸及采深延伸，矿井风阻逐渐增大，在主通风机频率、叶片角度等状态不变的情况下，主通风机工况点发生变化，矿井风量逐渐减少，风压逐渐增大，为确保通风系统可靠运行，必须加大系统风量调整的频率。所以，风量调节技术水平的高低对矿井通风系统的安全因素和节约通风能耗性能有着十分重要的影响。风窗智能调节和通风机变频调速是实现通风网络优化，节能增效的有效手段。矿井通风技术管理的任务就是构建可靠、稳定、有效的矿井通风系统，其首要任务就是提高井下不同采区、不同作业地点的风量调节水平，即提高井下局部通风系统的调节水平。

1 传统矿用调节风窗分类及技术缺陷

矿井调节风窗是最普遍的巷道风量调节装置，风窗的使用对系统风量调节的稳定性和可靠性起着决定性作用，是安全有效完成风量调节的技术基础。

目前，矿井主要采用的传统型调节风窗有矿用全景调节风窗、矿用百叶调节风窗、压风动力调节风窗、拨轮调节风窗等，但传统型的调节风窗存在着诸多缺陷。传统调节风窗开口面积不能精准确定；风窗的木质材质在井下恶劣工作环境下长期使用容易被腐蚀；风量调节过程耗时长；风量调节过程过于繁琐等，上述缺陷均有待解决。

2 智能调节风窗应用的意义

在国内各煤矿生产中，一般选择不同的风窗位置来进行风量的调节，很少采用自动化集中控制，甚至还有个别矿井是手动启闭的。一旦煤矿井下发生火灾等灾害时，井下工作人员很难对调节风窗进行启闭，将会对人身安全和设备财产带来极大的损害。目前，国内外主要是对矿井通风系统的安全性、可靠性以及主要通风设备设施的运行系统进行研究，没有针对局部通风系统的调节及自动控制系统进行研究，国内外对矿井通风调控系统的研究尚属空白。

智能调节风窗的成功应用可以实现从单个采掘工作面的风量自动控制到一个采区局部通风的风量自动控制，直至实现整个矿井的风量自动控制，整个过程可以实现数据的联网上传，技术人员在井上办公室就能实现对整个矿井通风系统风量的调节控制[1]。

3 智能调节风窗的应用

完善矿井局部通风系统的调节以确保全矿井通风系统的可靠运行，首先最主要的就是完善井下通风系统分支巷道的风量调节技术。到目前为止，风量调节方法的应用仍然主要为增阻调风法、降阻调风法及增压调风法[2]。调节风窗的使用是巷道调节风量的一种方式，并且是最为普遍的使用方式，调节风窗的灵活性、耐久性及牢靠性能直接影响井下通风系统的稳定性，性能出众的调节风窗对于风量调节可大大缩短风量调节的时间，抑制瓦斯超限，确保生产安全。因此，对调节风窗进行巷道风量调节的合理设计和运用，就必须对调节风窗的性能及可靠程度进行分析研究。

目前，调节风窗作为井下通风系统风量调节最为普遍的装置，其对井下通风系统的重要性不言而喻。保证矿井通风系统稳定、可靠运行，首先必须对作为技术基础的调节风窗性能进行研究，才能安全有效地完成风量调节任务。

3.1 智能矿用调节风窗

井下风窗风量自动调节装置的研究相对于矿用百叶调节风窗、压风动力调节风窗、拨轮调节风窗等传统调节装置，其在局部通风系统调节过程中具有风量调节稳定性高、调节精度高、调节风量过程震荡小、自动化程度高等优点，并且极大地减少了人力成本，该装置的使用缩短了风量调节的时间，最大程度上消除了局部通风系统调节过程中存在的安全隐患。

3.2 装置的组成

井下风窗风量自动调节控制装置主要有由风量传感器、风速传感器、限位开关、位移传感器等构成的信号采集系统，由PLC电控柜、卷帘风窗窗体部分和声光报警器等构成电气控制系统以及由液压缸和小型动力站等构成的液压系统四个关键部分。装置巷道布置示意如图1所示。

图1 装置巷道布置示意

3.3 装置的工作原理

智能矿用调节风窗可取代通风技术人员定期对巷道内的风量及风速的手动检测，巷道上方悬挂的风量传感器和风速传感器可对巷道内的风量和风速实现实时检测并显示在传感器的显示屏上，并能及时将检测到的数据传输到设定有巷道风量安全值的PLC控制模块，随后由该模块对接收的实时数据进行处理后得到该地点巷道的实时风量平均值，并根据已设定该地点的风量安全阈值对该风量均值进行偏差判断，若风量均值超过风量阈值，将触发已预先设定的程序，立即启动声光报警器报警并通过控制智能调节风窗电机的正反转驱动液压缸活塞杆的伸缩，带动卷帘风窗进行上下移动进行风窗开口面积调节，实现该地点巷道风量均值的调节，调节过程中风量均值重回阈值范围内时，风量偏差消除，停止声光报警，风量调节结束。风量调节过程中，由于液压缸活塞杆与位移拉杆同步伸缩，PLC控制模块只需根据位移传感器的反馈数据就可以监测风窗的实时开口面积。

4 智能调节风窗应用合理性

4.1 理论合理

调节风窗能够实现最基本的三大理论：

1) 节点风量平衡定律[3]:流入与流出某节点的各分支的质量(或体积)流量的代数和等于零，即：

∑Mi=0
∑Qi=0

(1)

2) 能量平衡定律：在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。即：

Hf±HN=∑hRi

(2)

3) 阻力定律：

hR=RQ2

(3)

通过这三大基本理论，运用计算机微机技术、电动控制技术来完成智能化调节风窗的软硬件制作，即通过调节风窗面积改变局部风量和执行前者的系统构建。应用到具体的理论，具体进行公式选用和计算，减少因理论带来的较大的误差。

4.2 技术合理

对于智能化调节风窗的可行性，它是依托于理论，利用现代最新科学技术成果对矿井通风系统风量调控来实现的。

纵观国内外对于智能化矿井的研究，国外其实已经实现了通风机、风门等的风量自动控制，也对智能化风窗程序进行了有建设性意见的提出和开发，具有一定的实践性，对我国矿井实现现代化有切实的帮助，因此，智能调节风窗完全可以实现，多个专业学科的综合应用。所以，智能化调节风窗系统不但是可行的，也是未来智能化通风的发展趋势。

4.3 经济合理

目前，我国大部分矿井依旧依靠人员井下测风速风量进行巷道瓦斯浓度等参数的统计工作。这一工作不但繁琐，还浪费大量人力，并且由于井下巷道复杂或者人员原因等，不能做到及时了解和掌握矿井通风系统参数，致使信息有滞后性。矿井智能化调节风窗的运用，在经济技术上是完全可行的，不但能做到实时监控，还能在可控范围内对局部风量进行调节，同时在调节风窗或者其他通风构筑物的设置方面使其变得有规划性和合理性，减少矿井投入成本，为矿井高产高效安全生产提供便利。

5 结 语

智能调节风窗的应用，成功实现了全矿智能安全通风，可以从单个采掘工作面到一个采区局部通风的风量自动控制，直至整个矿井的风量自动控制。研究得到的主要结论如下：

1) 实现了井下通风智能控制和自动配置风量，实现井下风量、风速的按需配置，达到瓦斯自动控制功能，保证通风系统合理性，避免出现瓦斯积聚或漏风造成煤炭自燃等相关灾害。

2) 具备井下风窗控制功能，在调节风窗的使用与维护上产生可观的经济效益与可靠的安全效益。通过风量和风速传感器对进风信息检测，并实时反馈给PLC，保证了井下通风安全可靠。

通过了井下现场的试验，得到的大量数据分析结果显示，智能调节风窗在矿井局部风量调节的应用上具有一定的可行性，为煤矿井下智能调节风窗的进一步推广使用提供了理论和实践依据。