煤矿“一通三防”智能化技术问题研究

赵永刚

中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司银星二号煤矿 宁夏 灵武 751400

引言

我国经济发展的加快，使得煤炭产量日益提高。就目前煤炭资源市场的发展来看，国内对煤炭资源的需求逐渐提升，煤矿企业为了能够在市场上获得更大的利益，会使得自身的煤矿工厂负荷生产，忽视了煤矿“一通三防”的问题，以至于提升了安全事故发生的概率。而为了保证煤矿生产的安全性，一些煤矿企业会采用人工巡视检查的方式，以便能够排除安全隐患，但是人工排查会耗费大量的人力物力财力，其无法保证排查做到全面覆盖。

1 煤矿“一通三防”智能化技术概况

煤矿“一通三防”主要指的是，在对煤矿进行回采和掘进的过程中极易产生粉尘和瓦斯气体，如在此过程中出现操作不规范的问题，就会发生安全事故，对于井下作业人员的生命安全产生严重的影响，因此为了保证矿下作业的安全一定要采取“一通三防”措施。

1.1 矿井通风技术

煤矿通风系统运转的状态能够对井下作业人员的生命安全产生直接的影响，就现今通风系统的情况来看，时常被应用的井下通风技术，其一是下行通风技术，采用这种通风方式能够降低巷道内的风流量，从而降低运行设备的表面温度，但是采用这种通风技术极易出现设备短路的情况。其二，灾变通风技术，该种通风技术主要是通过对风向的控制来判断巷道内的安全性，利用工作面巷道的结构特点对风向进行调控，以便降低矿井出现爆炸事故的可能性，保证井下作业人员的生命安全。

1.2 矿井瓦斯防治技术

通过对矿井事故的调查发现，绝大多数井下发生的安全事故都与矿井瓦斯存在直接的联系，在矿井作业的过程中，需要提前明确瓦斯的成分，浓度以及涌出量，并采用仪器对于井下瓦斯的能力强弱进行检测，以便判断井下瓦斯对于矿井工作人员操作的影响[1]。通过提前对瓦斯的预测，基于巷道内瓦斯的实际情况对通风装置进行布置，以便能够在最大程度上降低矿井安全事故发生的概率。瓦斯预测技术则可以通过对周边围岩缝隙以及结构的判断预测出瓦斯排放的分布空隙和浓度。另外，瓦斯抽放技术的应用。现今通过对瓦斯的调查取样已经较为完备，井下工作人员能够基于对现场实际情况的判断，在巷道内布置瓦斯抽放设备，以便实施抽放操作，而且随着瓦斯抽放设备的不断升级，还能够有效规避瓦斯超限所带来的问题。瓦斯突出防治技术，则主要是利用深孔松动爆破以及水钻来解决瓦斯突发的问题。

1.3 粉尘及火灾防治技术

在矿井生产的过程中，会不可避免地产生粉尘，但是要想在生产的过程中，将产生的粉尘数量降到最低则是必须实现的目标。就目前我国粉尘防治技术的发展情况来看，已经取得了一定的进步，粉尘浓度监测系统成为最常使用的粉尘防治技术，该系统主要是通过与降尘除尘设备相连接监测粉尘浓度，一旦粉尘浓度超出应有的范围则会触发报警装置，并立即启动除尘喷雾装置。而在对工作面进行回采的过程中，煤炭自燃也极为可能出现，此时在井下的橡胶制品会随着设备长时间的运行产生过多的热量进而出现引燃的风险[2]。另外，一旦出现线路老化的情况还会出现漏电自燃的情况，这些潜在的风险使得矿下作业更具危险性，因此矿下人员在进行工作的过程中一定要严格地检测设备装置，抑或是采用防止自燃的手段，如利用s值法与双氧水结合的方式降低自燃的可能。

2 煤矿“一通三防”智能化技术应用问题

虽然“一通三防”技术的应用能够有效降低井下作业的危险性，但是在实际应用的过程中仍旧存在一定的问题，由于一些管理人员经验的欠缺，施工技术无法达标，导致“一通三防”技术并未达到应有的效果。

2.1 矿井智能通风应用问题

矿井智能通风设施的建设主要需要参照三方面因素。其一，矿井参数的精确感知。现今在矿井中已经出现了智能通风设施建设的雏形，但是由于过度地依赖监测系统，其需要利用监测传感器对风速以及瓦斯参数进行判断，并借助于人机界面显示参数情况。一旦在感知过程中发现风速超出应有的感知范围，就会将相关的预警信息报送至通风系统中，以便能够实现对于对应区域风门以及风窗的控制，在远程实现对于风速的调节，进而实现智能通风的目标[3]。而如果出现矿井内瓦斯浓度过高的情况，如果只利用监测系统无法解决瓦斯浓度过高的问题。其二，通风管理智能决策，虽然通风监测系统能够实现对于矿井24h不间断的监测，保证做到瓦斯、风速等通风因素的零延迟，但是仍旧存在治理缓慢的问题，就目前来看尚未形成有效完整的技术集成，通风智能决策体系与建设目标存在较大差异。一些核心算法需要突破，物联网以及云平台的建设水平较低，不能完全达到智能化建设程度。其三，智能通风远程设备的建立。现今智能通风系统缺乏定量化建设抗灾模型的分析和解决能力。

2.2 防降尘技术应用问题

就目前来看，粉尘治理仍旧处于防治阶段，不同的粉尘浓度需要在不同工艺和技术的开采下，因此对于粉尘的防治效果极为有效。同时，因为粉尘除尘设备具有一定的专用性，相较于采煤机以及掘进机而言，设备的智能化程度存在较大的差异，在智能化方面仍旧存在较大的提升空间。现今粉尘治理的核心主要是利用大数据技术对粉尘进行防治，通过采掘实验工作，分析粉尘中的基础理化物质，并计算粉尘耦合流动矢量和粉尘扩散规律，进而搭建粉尘运动试验平台，实现对于粉尘处理的目标，但是由于技术水平的限制，粉尘处理平台的搭设并不完善。

2.3 内因火灾防治技术问题

对于采空区的遗煤自燃隐蔽火源进行检测，需要采用探测预警技术，在探测的过程中进行黄泥灌浆，并在采空区喷洒阻化剂和移动式注氮，实现对采空区自燃情况的防治[4]。同时，在井上和井下安装相应的安全监测系统，以便满足矿井安全监测的需要。但是就目前采空区监测的情况来看，并未能实现对于采空区气体的实时监测，无法做到对于采空区火灾的有效防范和识别。因此，对于内因火灾的防治一定要建立采空区火灾防范预警系统，以便能够有效保障井下作业的安全性。现今常规的探测技术防范效果不强，需要集中对采空区智能监测分级技术进行研发，以便实现对于安全高效开采的目标，提升采矿的现代化程度。

2.4 外因火灾防治技术问题

目前，外因火灾主要采用的是烟感法、气体分析法以及测温法。其中烟感法以及测温法是最为实用的方法，对于外因火灾的防治也能起到关键的作用。但是由于外因火灾的突发性较强，影响范围较大，极易发生火灾事故，而如果采用智能监测法对火灾进行监测，则缺乏一定的针对性，应急处理也较为滞后，无法有效地降低火灾的影响范围。待至火灾发生后，如果要想抑制火灾的影响范围，只能对火灾区域的通风系统进行调整，但也无法起到预防外因火灾的效果，指导火灾人员安全撤离和快速救灾仍旧是一个问题。总之，目前对于外因火灾的监测并未找到有效的方法，感知手段单一，火灾监测的盲区较大，漏报误报的概率较高，无法精准地预测外因火灾指标，如果一直采用火灾智能控制水平较低的手段，则会出现风险预测模型缺失的问题。

2.5 瓦斯监控系统问题

瓦斯监控系统主要存在三方面的问题，首先设备连接不顺畅，如煤矿出现超长掘进工作面，其巷道长度达4000m，一旦出现粉尘、瓦斯以及一氧化碳等，就需要启用过多的监测设备，由于线缆结构连接之间的复杂性，随着供电传输距离的延长，会出现电压受损的情况，一旦最远传输距离超出2000m，就造成过大的维护量。其次，通风系统信息的缺失，由于在通风系统建设初期，并未针对各个区域的重点部位进行设计，一旦采掘工作面出现风险，虽然能够凭借监测系统的高可靠性以及独立性监测到风险，但是由于通信系统之间的兼容性较差，反而会制约智能通风系统的发展，影响通风系统之间的沟通。最后，现阶段连接瓦斯监控系统的传感器会不可避免地出现使用寿命较短的问题，甚至一些传感器存在稳定性差、灵敏度低的情况，会严重影响井下有害气体的检测结果。另外，一些传感器在工作的过程中，还需要工作人员对其进行定期校对和调试，如果无法达到监测井下气体的要求，则会在一定程度上影响矿井瓦斯的监测效果。

3 煤矿“一通三防”智能化技术应用措施

为了能够有效解决“一通三防”智能化技术应用存在的问题，需要加大对于智能化系统的研发力度，通过获取粉尘等信息，做到对粉尘、瓦斯以及火灾的有效监测，提升煤矿生产的安全性，保障井下施工人员的生命安全。

3.1 加大矿井智能开发力度

在进行井下施工作业的过程中，必须要采用有效的保障手段来进行最高效的矿井通风，尤其是要将现代智能控制技术应用其中，提升矿井通风系统的智能化程度，实现对于矿井环境的实时动态监测。同时，要利用监测系统对井下环境数据进行收集和分析，以便为决策者提供数据支持和参考。由于井下作业环境的差异性，通风系统的安装也会存在一定的差异性，只有通过建设更为智能化的网络系统，优化设备的运行状态，利用传感技术才能够对外界环境做出正确的预测，进而采用最佳的通风措施，提升井下工作的安全性和可靠性。

3.2 获取粉尘防治数据

为了能够对掘进区域粉尘分源进行处理，应当采用高效防控技术，检测粉尘的湿润程度数据面，并利用粉尘监测系统的分子层面创建烟尘分子，构建物理喷雾模型以及数值模型，基于湿式除尘器的理论结构，构建多向旋流风幕，以便实现对于粉尘的处理。通过对矿井粉尘数据的实时监测，构建接尘量模型，从而进一步探究井下作业人员可能吸入的粉尘数量，来为井下工作人员打造安全的工作环境。

3.3 智能机器人系统的应用

现代化科学技术的发展大幅提升了“一通三防”的应用效果，而智能机器人的应用也大幅提升了井下作业的安全性，提升了井下作业的工作效率。首先，视频采集技术，智能机器人所配备的高清摄像头，能够对井下环境进行全方位的监测，并将监测的信号传输至数据中心，以便实现对于井下动态的监测。其次，音频采集系统，在井下作业需要调动大量的机械设备，通过音频采集系统对井下声音进行分析，能够判断设备是否出现故障，监测设备的异常响动，从而对设备进行检修，以便提升设备的运行效率，尽可能延长设备的使用时间。再次，则是温度采集系统的应用，在井下作业时，如可燃气体遇到高温环境则会极易发生火灾，但是通过对温度系统的应用，则能够监测井下环境的温度，如温度过高则可以采用降温措施对其进行处理，降低火灾发生的可能性。最后，瓦斯采集系统，通过系统的算法，将瓦斯浓度变化转化成数字信号，一旦瓦斯浓度超出应有的限值，则会对井下施工人员发出预警提醒，以便井下人员能够及时处理。

4 结束语

总而言之，“一通三防”技术是目前我国煤矿井下作业应用最为重要的技术，其对于维护我国煤矿生产能够产生重要的意义，因此为了能够保障井下作业的安全性，应当落实“一通三防”技术，提升现代科技监测防治体系的监测力度，保证煤矿生产以及井下作业人员的生命安全。