煤矿智能通风与监测系统研究

闫建武

（山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司， 山西 离石 033000）

引言

通风系统是井下煤炭开采主要的辅助系统，主要用以给井下提供新鲜空气、调节井下气候、排出井下有毒有害物质等[1-2]。随着井下煤炭开采范围、开采强度增加，井下通风系统运行情况也会不断发生变化，对通风系统效率以及安全性造成一定的影响[3-5]。现阶段矿井普遍采用人工监测方式对井下通风参数（风量、风速、风压以及温度等）进行监测，现场应用存在监测效率低、劳动强度大等问题[6]。随着综合自动化、智能化技术和设备在煤矿推广应用，为井下智能通风以及通风监测创造了良好条件[7]。

1 山西某矿11306 综采工作面概况

山西某矿为年设计生产能力300 万t，主采煤层包括有2 号、4 号、11 号和13 号等，现阶段生产主要集中在11 号煤层。11 号煤层赋存稳定，厚度均值4.56 m，顶底板岩性以泥岩、粉砂岩为主。11306 综采工作面位于3 采区中部，采用U 型通风方式，设定通风量为2360 m3/min。矿井通风采用分区式通风，有东、西两个回风立井，东回风井回风量为16890 m3/min，西回风井回风量为15730 m3/min。

2 智能通风与监测系统结构分析2

.1 系统结构组成

在矿井采用的智能通风与监测系统结构组成如图1 所示。在井下使用的智能通风与监测系统通过百叶式自动风窗、自动风门等对井下通风量进行智能调节。在井下布置高精度、高性能的风速、风压、一氧化碳、温度和甲烷等传感器，并通过地面监控机房内的通风软件对监测参数进行分析，实现井下通风参数实时监测。

图1 智能通风与监测系统结构示意图

在地面监控中心采用的通风监控软件具备实时分析、数据存储，并可对井下通风设施进行远程控制，为煤矿井下智能通风管理奠定了基础。结合矿井已有的KJ90NB 监控系统，通过井下通风系统布置的各类传感器，可实现通风阻力测定，并对井下各个用风点的风量进行智能调节。

2.2 现场布置方案

2.2.1 实时监控

为了提高矿井通风系统的可靠性，对11306 综采工作面通风进行了智能化管理及监控。11306 综采工作面的具体通风路线为：主斜井→井底车场→3 采区集中运输巷→采面运输顺槽→采面→采面回风顺槽→3 采区集中回风巷→回风大巷→东回风立井。根据矿井生产规划以及井下巷道布置情况，在采区集中运输巷，并集中回风巷，采面进风及回风顺槽、采面上下端头以及回风联络巷等位置均布置传感器监测点。在监测点内布置的传感器类型包括有风速、风压、一氧化碳、温度和甲烷等传感器，传感器监测的数据可通过井下已有的工业以太网环网传输给地面监控中心。

2.2.2 智能通风调控

智能通风调控主要通过百叶风窗实现，在采面运输顺槽内布置百叶风窗，风窗结构如下页图2 所示。百叶风窗安装在结构为直墙半圆拱形，巷高、巷宽分别为3600 mm、4500 mm 的巷道内，结合11306 综采工作面通风需要，在巷道断面上部位置安装智能调节风窗（宽、高分别为2700 mm、800 mm），百叶风窗可实现水平180°旋转，通过调节百叶风窗旋转角度实现采面供风量远程智能调节。在百叶风窗下分别开窗，分别用以皮带输送机、行人等，其中行人通行侧布置有风门。

图2 风窗结构示意图（单位：mm）

智能控制系统可根据采煤工作面现场情况智能确定现场需风量，并通过远程控制百叶窗实现风量调节，皮带输送机位置风门面积可满足采面最小通风量需求，即便百叶风窗无法正常工作，皮带输送机位置风门面积也可满足采面的通风需求。

2.3 智能通风管控平台

在地面监控中心构建智能通风管控平台，该平台融合有信息采集、动态解算、远程控制以及火灾动载模拟等功能，并结合现阶段技术相对成熟的大数据分析、规律提取技术，实现井下通风参数分析、管控。通过分析井下各传感器监测结果实现通风异常的快速响应、判断以及预报等功能，并在井下灾变时辅助智能决策、日常按通风需求智能管理。采用的智能通风管控平台架构如图3 所示。

图3 智能通风管控平台架构图

该智能通风管控平台本质上是将科学理论、计算机技术以及现场实际通风管理经验相融合，有效提升了智能通风系统可靠性。

3 现场应用效果分析

在11306 综采工作面通过采用智能通风与监测系统进行控制后，矿井点监控中心可对井下各位置通风参数进行实时监测，并在显示屏上实时显示监测结果。地面监控中心内置的分析软件会智能分析通风系统监测，确保通风系统可平稳运行，同时会对监测参数变化趋势进行智能分析预测，确保井下生产安全。

智能通风系统可依据综采工作面通风需要对风向进行智能调节，如在正常割煤期间，百叶风窗会自动开启至最大，确保瓦斯、粉尘等浓度不超限。综采工作面在检修期间则自动降低开启角度，适当减少供风量，不仅可满足通风需求，而且可降低矿井通风系统能耗。