矿井智能通风系统共38页

矿井智能通风系统关键技术研究摘要：矿井通风安全事故会对矿井安全生产造成严重威胁，破坏性非常大。

随着“自动化减人，智能化换人”深入落实，矿井智能化改造成为现代矿井开采行业发展的主流趋势，工业物联网、人工智能、5G 网络技术等新技术在煤炭行业中的应用也越来越广泛，推动矿井不断向“智能化，智慧化”发展。

关键词：矿井；智能通风系统；技术引言煤炭在我国一次能源消费中占比约60%，我国能源消费仍以煤炭为主。

据统计，我国2019年煤炭总产量占全球总产量的47.3%，较往年有了一定的提升。

煤炭产业作为高危行业，发生事故的可能性大。

在目前国际发展的大格局下，煤炭企业逐步将安全、健康放在了发展和生产的首位。

因此，确保矿井安全生产对矿井长久发展具有深刻意义。

井下作业时巷道瓦斯气体堆积，威胁井下人员生命安全，此时一旦操作不当，就会造成难以估量的损失。

对巷道源源不断地输送新鲜空气是保障巷道通风的关键。

在我国高瓦斯及瓦斯突出矿井约占47%，每年因为通风造成的事故时有发生。

所以设置一个安全可靠的通风系统来保障作业人员及设备安全是十分必要的。

1矿井通风系统简述矿井通风系统主要由通风设施、通风网格和通风方式构成，在必要时需要进行通风换气。

由于一些矿井内部的通风系统比较繁杂，在这样特殊的工作环境中，需要确保通风系统的质量，才能保证施工人员的生命安全，提高矿井的开采质量。

在实际工作中，必须要根据相关工作流程进行通风系统的设计，这样才能达到矿井通风的标准和要求，同时排除矿井内的空气。

若矿井内的通风系统在运行时，必须要保证通风系统符合通风要求，从而更好地进行通风换气，促进矿井开采的有序性。

2矿井智能通风系统关键技术2.1矿井通风机智能监控系统根据矿井通风的实际需求，对通风机监控系统进行设计，系统整体由调度层、传输层和设备层3部分组成。

调度层是系统的“大脑”，包含上位机以及PLC编程软件、数据接口、监控电脑，能够实现远程控制功能；传输层包含传输设备、传输线缆、协议转换设备等，传输层是数据传输、信号下发的关键；终端设备层又称现场层，包含2台通风机（一主一辅）、变频器、驱动电机、控制柜、传感器等，主要用于现场数据采集及执行命令。

矿井智能通风系统关键技术研究矿井智能通风系统关键技术研究一、引言矿井是能源和矿产资源开发的重要场所，同时也是高风险环境。

在矿井工作的人员面临着高温、高湿度、有毒气体等不利条件，因此矿井通风系统的作用至关重要。

传统的矿井通风系统存在许多问题，如无法准确预测矿井气体分布、不能满足个性化通风需求等。

为了解决这些问题，研究人员开始关注矿井智能通风系统的发展。

矿井智能通风系统是指通过传感器获取矿井内部的气象信息以及人员和设备的状态信息，并根据这些信息对通风系统进行自适应的调控和优化。

二、智能传感器技术的研究智能传感器是矿井智能通风系统的核心，它能够实时监测矿井气象信息、人员和设备状态等。

智能传感器可以分为气象传感器、人员状态传感器和设备状态传感器等。

1. 气象传感器气象传感器主要用于监测矿井内的气压、温度、湿度、风速等气象信息。

这些信息能够准确反映矿井内的气候状况，为通风系统的调控提供依据。

目前已经有许多智能气象传感器可以实时监测矿井内的气象信息，并将数据传输到中央调度室进行分析和处理。

2. 人员状态传感器人员状态传感器主要用于监测矿井工人的体温、脉搏、呼吸等生理参数。

这些参数能够反映矿井工人的健康状况，为通风系统的个性化调控提供依据。

目前已经有许多智能人员状态传感器可以实时监测矿井工人的生理参数，并将数据传输到中央调度室进行分析和处理。

3. 设备状态传感器设备状态传感器主要用于监测矿井设备的运行状态、能耗等信息。

这些信息能够反映矿井设备的工作情况，为通风系统的能效优化提供依据。

目前已经有许多智能设备状态传感器可以实时监测矿井设备的运行状态，并将数据传输到中央调度室进行分析和处理。

三、智能调控算法的研究智能调控算法是矿井智能通风系统的核心技术，它能够根据传感器获得的信息对通风系统进行自适应的调控和优化。

1. 气象预测算法气象预测算法是矿井智能通风系统的基础，它能够根据矿井内外的气象数据预测矿井内的气体分布情况，并提前做好通风系统的调控准备。

煤矿智能通风系统设计与研究摘要：矿山智能化开采已成为行业发展的技术共识，在国家政策的支持下，建成多种类型、不同模式的智能化示范矿井已成为煤炭企业的新目标。

智能化矿山建设是指煤矿开拓系统、提升运输系统、采掘运输系统、通风安全系统等全过程智能化。

矿井通风系统是煤矿井下通风方式、通风方法和通风网络的总称，科学合理的矿井通风系统，是决定矿井安全生产、矿井生产产能及抗灾能力的重要保障之一。

基于此，本文将对煤矿智能通风系统设计进行简单研究。

关键词：煤矿；智能通风系统；系统设计矿井通风系统作为煤炭矿井的“血液循环系统”，由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施组成。

建立系统合理、设施完好、风量充足、风流稳定的通风系统对矿井安全生产至关重要。

某矿井采用中央分列式通风系统，主、副斜井、进风立井进风，回风立井回风，通风方式为机械抽出式。

实现矿井通风网络实时在线监测、通风设施远程全自动控制如主扇风机、局扇风机和风门的三遥控、通风网络仿真及三维展示、通风数据智能分析与管理、通风系统异常变化或瓦斯涌出异常趋势智能预警、与安全监测监控等关联系统及子系统之间联动控制等功能。

1.智能通风系统技术要求随着智能化时代的来临，智慧矿山建设已经成为未来的发展趋势，像山西、山东等大型煤矿对煤矿通风系统技术进行智能化改造。

对煤矿通风系统技术升级和优化的总要求如下：（1）对矿井侧风站进行有效的智能化监测和管理。

传统的检测方式是采用人工进行检测，检测环境较差、检测结果不准确，并且在数据进行回收的过程中也就是抄表记录的过程中容易出现数据的错误，为此需要使用先进的检测手段对风量进行实时检测和数据分析，降低工人的劳动强度，提高检测的效率，保证数据的准确性。

（2）利用物联网技术实现通风系统网络实时在线检测，设备远距离自动控制。

目前的煤矿通风系统在控制方面，主要是采用人工手动进行控制，对各个可控制按钮进行手动操作，智能化的要求是实现无人化自动控制和自动预警。

收稿日期:2023 02 26作者简介:陈晋龙(1988-),男,山西五寨人,助理工程师,从事煤矿通风相关技术工作㊂doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.10.025煤矿井下智能通风系统构建研究陈晋龙(山西王家岭煤业有限公司,山西保德㊀036600)摘㊀要:为提高矿井通风效率㊁通风系统稳定性,在分析矿井原有通风系统㊁控制系统架构及存在问题的基础上,构建了智能通风系统㊂该智能通风系统通过CAN 总线实现现场设备控制柜㊁采用工业以太网实现传感器监测数据远程传输,通过高精度测风仪㊁远程控制风门㊁远程控制风窗以及现场监控计算机㊁远程监控计算机等实现智能分析㊁智能控制㊂对智能通风系统整体架构以及关键设备等进行分析,并进行工程应用㊂现场应用后,该智能通风系统运行平稳,在提高通风系统可靠性㊁智能化程度及降低劳动强度等方面表现出一定优势㊂关键词:煤炭开采;通风系统;远程监控;智能通风中图分类号:TD635㊀㊀㊀文献标识码:B㊀㊀㊀文章编号:1005 2798(2023)10 0087 03㊀㊀通风系统是煤矿井下安全生产的基础,煤矿要满足 以风定产 的要求,通过通风解决煤矿井下粉尘㊁瓦斯积聚等问题,降低井下温度[1-2]㊂煤矿井下通风系统平稳㊁可靠运行是煤矿安全生产的关键㊂现阶段,煤矿通风系统管理水平较低,使用的设备较为落后,在一定程度上制约了煤矿安全高效生产[3-6]㊂文章以山西某矿为工程实例,对该矿现有通风系统进行分析并指出不足之处,并给出智能通风系统构建方案,以期在一定程度上提升井下通风效率及可靠性㊂1㊀工程概况1.1㊀通风设施山西某矿设计产能为1.8ˑ106t /a,主采煤层包括3号㊁7号㊁9号及11号煤层,煤层赋存条件好,回采区域内地质构造不发育㊁水文地质条件简单㊂矿井采用中央并列式通风方式㊂近些年来随着切顶留巷技术的不断应用,井下采面通风方式有U 型㊁Y 型两种㊂煤矿地面主要通风机实现自动化控制,而井下局部通风机则普遍采用人工控制㊂井下通风构筑物包括各种风门㊁风窗等,对现有通风构筑物进行综合统计分析,并评价各通风设施的智能化程度,统计结果见表1.矿井大部分的通风构筑物自动化程度较低,井下通风风门及风窗等均未安装监控系统,通过机械方式驱动,使用期间需由技术员手动调试㊂部分智能化通风构筑物驱动动力源于井下压风系统,安装调试简单㊁动力源来源方便㊂1.2㊀通风控制系统现阶段矿井采用PLC 对井下通风系统进行控制,见图1.通风监测设备包括采集及A /D 转换㊁调控执行㊁数据分析与处理等功能模块㊂主控制器选用S7-300系列PLC.采集及A /D 转换模块主要是采集井下各巷道内风速㊁风压㊁瓦斯含量等信息,通过风压㊁风量及温度传感器等实现巷道环境信息采集,采用瓦斯传感器实现各位置瓦斯体积分数采集,各传感器获取信息首先用EM235模块进行A /D 转换并传输至S7-300PLC,PLC 再将监测数据传输到上位机处理;上位机通过RS485接口接收PLC 信息,通过FameView 上位机分析软件分析数据并向下位机PLC 发出操作指令;控制算法采用模糊PID 控制算法,对巷道内瓦斯体积分数的变化进行动态响应,确保巷道内有足够的新鲜空气,将瓦斯体积分数控制在允许范围内㊂控制执行模块通过下位机PLC 发出控制指令,并通过EM232模块调整变频器输出电流频率㊂矿井现阶段采用的基于PLC 的通风控制系统控制方便㊁结构简单,但是也存在下述问题:表1㊀通风系统设施及构筑物智能化程度统计结果通风设施名称智能化程度/%行人风门26.51行车风门42.65调节风窗 4.77调节风门 4.26其他设施21.42㊀㊀1)㊀数据采集量较小,不能获取足够的通风数㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷㊀第10期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀2023年10月据,可能导致上位机分析结果不准确;2)㊀系统响应速度缓慢,从传感器监测到有害气体超限到通风量增加,减少有害气体含量,整个过程耗时较长;3)㊀不能确保合理供风,会出现供风量不足或者偏高等问题,难以实现按需供风㊂因此,需要构建智能通风系统实现煤矿井下高效㊁可靠供风,按需调节供风量㊂图1㊀矿井原有通风系统架构2㊀矿井智能通风系统构建2.1㊀智能通风系统整体架构煤矿井下供风系统较为复杂,文中提出一种基于现场总线的智能通风系统,该系统采用模块化设计,将数据采集㊁决策执行㊁分析处理等系统划分成若干功能模块,各功能模块间通过工业以太网通信,通过现场CAN总线方式实现控制功能,使智能通风系统具备远程控制㊁集成管理等功能[7-8]㊂智能通风系统功能模块包括数据采集㊁险情报警㊁操作执行以及冗余设计等,见图2.图2㊀智能通风系统功能模块智能通风系统用嵌入式模块化设计,可缩短设计周期㊁便于系统快速搭建,系统运行后各功能模块独立运行,相互不干扰㊂智能通风系统综合CAN总线㊁工业以太网两层控制网络,CAN总线实现现场控制㊁工业以太网实现数据远程传输,上位机将控制指令通过工业以太网传输至现场主控制器,并通过CAN总线控制通风机㊁通风构筑物㊁冗余设备及报警装置,确保通风系统可快速响应㊂具体构建的智能通风系统方案见图3.图3㊀智能通风系统构建方案㊀㊀井下各环境传感器㊁设备检测传感器等将通过数据采集卡将数据传输至现场监控计算机,现场监控计算机通过工业以太网将数据传输给远程监控计算机;现场监控计算机可依据各传感器检测数据智能分析井下通风情况,然后通过本地网络将远程控制指令传输至现场主控制器,主控制器解析主控制指令并控制设备运行㊂现场主控制器及CAN节点依据检测数据变化,做出合理决策,确保通风系统安全㊁可靠及智能化运行㊂远程控制计算机综合使用模糊控制算法㊁智能分析软件对井下通风系统建模,并依据传感器检测数据对通风系统运行情况进行预测㊂当发现井下存88㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第32卷在安全风险且现有通风系统难以处理时,井下报警系统开始工作并发出警告,提醒井下人员及时撤离㊂通过冗余系统可进一步提高智能通风系统运行的可靠性,确保通风系统时刻稳定运行㊂智能通风系统可大量采集井下数据并进行大数据分析,确定最佳处理方案,并按需供风;同时现场主控制器内置的智能算法分析各节点数据变化趋势,可超前调节风量㊂2.2㊀智能通风设备煤矿井下通风智能调控采用 用风点-盘区-矿井 三级方式,其中掘进巷道用风量通过调整局部通风机转速实现,采面需风量通过控制回风联络巷或者并联风道内的调节风窗实现,盘区风量则通过风机或者盘区总回风巷内的调节风窗实现㊂1)㊀精准测风传感器㊂采用基于超声波的高精度传感器对巷道内风速进行测量㊂根据通风网络图以及风量分配计算方法,合理确定通风系统中合理的测风点㊂将测风传感器布置在风流稳定点,选用YFC15煤矿用风速仪,技术参数见表2.表2㊀YFC15型煤矿用风速仪技术参数测量范围/(m㊃s -1)响应时间/s 通讯距离/km测量显示供电电压/V 安装角度数据接口安装距离/m防护等级-15~15120ɤ104行LCD 汉字显示DC18与巷道轴线成30ʎ~60ʎ(一般45ʎ)RS485输出1~12(换能器安装距离)IP65㊀㊀2)㊀远程控制风门㊂远程控制风门在传统风门的基础上进行升级改造,使风门具备远程自动㊁就地控制以及全自动控制等功能模式,各功能模式间可切换,同时各组风门可设置自己的工作模式,互不干扰㊂通过上位机可实时查看各风门的工作状态㊂当传感器等出现通信中断或者故障时,上位机会发出预警信号㊂3)㊀远程控制调节风窗㊂远程控制调节风窗结构见图4,设置有行人门并为带式输送机通过留有通道㊂调节风窗用过框体及若干组扇页等组成百叶风窗,通过连杆机构㊁执行器等调节扇页角度,实现远程调节㊂风窗控制有就地手动㊁全自动以及远程自动等模式,同时具备自动修正㊁断电自锁等保护功能㊂在风窗附近布置摄像头,地面上位机可实时掌握风窗运行状态㊂图4㊀风窗结构示意(单位:mm)3㊀现场应用效果2022年5月,矿井智能通风系统构建完成并试运行,对试运行期间存在的问题进行了优化改进㊂智能通风系统可实现动态识别㊁联动控制以及精准预警等功能,在井下远程控制风门㊁风窗等位置均布置摄像头,便于精准掌握通风设施运行状态㊂系统运行后,通风管理水平得以明显提升,有效减少了工作人员数量㊁降低了劳动强度,预计每年可节省人工费用约2%;矿井井下通风系统抗风险能力以及安全系数等均得以提升,同时可实现按需供风㊁及时调风,年可直接降低通风系统电能消耗10%~15%.参考文献:[1]㊀吴㊀杨.浅析煤矿智能通风系统[J].能源与节能,2022(11):146-147,179.[2]㊀张㊀明,何云文.黄白茨煤矿智能通风系统建设研究与设计[J].中国煤炭,2022,48(9):107-112.[3]㊀郭炜舟,沈㊀斌,汪㊀洋,等.葫芦素煤矿智能通风系统建设与应用[J].煤矿安全,2022,53(9):233-238.[4]㊀李㊀博.煤矿智能通风系统设计与研究[J].自动化应用,2022(8):135-137,141.[5]㊀闫建武.煤矿智能通风与监测系统研究[J].机械管理开发,2022,37(6):223-224.[6]㊀陈翰光.矿井智能通风与实时监测控制系统[J].自动化应用,2020(9):126-128.[7]㊀邓照玉.近距离自燃煤层回采工作面合理通风研究[J].中国矿山工程,2020,49(3):35-37,61.[8]㊀宁玉淼.动态管理模型监测技术在通风系统中的应用[J].中国矿山工程,2019,48(4):59-61,73.[责任编辑:常丽芳]98第10期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀陈晋龙:煤矿井下智能通风系统构建研究㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。

工程技术49①作者简介：李喜成（1985—），男，本科，研究方向为煤矿开采技术。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2104-5640-9597现代矿井智能通风系统研究①李喜成国能神东煤炭集团有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯 017209摘 要：伴随着十九大成功的举办，我国的高新科技获得了迅猛发展，煤矿新技术、新工艺也在不断发展与升级。

尽管我国的煤矿新技术、新工艺在高新科技的推动下获得了快速发展，但煤矿安全事故依然存在。

例如瓦斯超限、煤尘爆炸等事故时有发生，相关煤矿企业主要负责人在矿井通风系统不稳定、不完好、风量不足的情况下违章生产、违章指挥、蛮干，为了降低安全事故的发生,当代矿井智能通风系统在当代煤矿需要普遍的运用，普遍的升级，提升矿井风量，以此降低煤矿安全事故的发生率。

关键词：智能 矿井 通风 重要性中图分类号：TD724文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2021)02(c)-0049-03Research on Modern Mine Intelligent Ventilation SystemLI Xicheng(Guoneng Shendong Coal Group Co., Ltd., Ordos City, Inner Mongolia Autonomous Region, 017209 China) Abstract: With the successful holding of the 19th National Congress of the Communist Party of China, China's high and new technology has obtained rapid development, and the new technology of coal mine are also developing and upgrading. Although China's coal mine new technology in the promotion of high and new technology has achieved rapid development, but coal mine safety accidents still exist. For example, gas overrun, coal dust explosion and other accidents occur from time to time. The main responsible person of the relevant coal mine enterprise, in the case of the mine ventilation system is unstable, incomplete and insuff icient air volume, illegal command, reckless. In order to reduce the occurrence of safety accidents, contemporary mine intelligent ventilation system in contemporary coal mines need to be widely used, generally upgraded, improve the mine air volume, in order to reduce the incidence of coal mine safety accidents.Key Words: Intelligence; Mine; Ventilation; Importance矿井通风给予井下供风保障是煤矿安全管理方面的关键构成部分，是确保井下施工人员人身安全以及设备一切正常运行的最基础的保障，矿井井下通风设施完好、风量满足井下用风要求是井下采煤安全性的关键之一。

矿井的智能通风系统优化探究摘要：作为矿井生产可持续发展的重要组成部分，煤矿通风系统的主要任务是为井下生产提供新鲜空气，有效地处理瓦斯集聚和高温。

随着井下生产的扩大，通风系统变得更加复杂和多样化，风流分配变得更加不合理，对风阻和污风循环问题依然存在。

在这种情况下，重要的是要使用有效的技术手段，以确保通风系统的有效控制。

结合具体的技术实践，在分析通风设备的基础上，提出了基于总线的智能通风控制系统，并分析了其应用效果。

结果表明，经过优化和改进的系统可以实时监测井下通风，并根据目标调整，以提高运行安全性。

关键词：矿井；通风控制系统；现场总线；智能化作业通风系统是矿井生产的重要设备，作为新风供给处理瓦斯、粉尘等问题，是井下生产安全的一个重要方面。

特别是近年来，随着开采深度的增加，开采地质条件的变化，井下通风系统越来越复杂，风流分布井下不均匀，通风阻力越来越大，对井下作业的安全性构成了威胁。

一、矿井通风控制系统现状分析在中国推行与能源相关的信息政策的同时，起科技公司积极参与煤炭和采矿业。

信息化进程进入传播和实施阶段。

通风系统是矿井的主要支撑系统之一。

配备智能稳定控制系统，为矿井作业提供了良好的工作环境。

目前，煤炭行业尚未完全实现通风设备的智能化改造，存在设备精度高、数据传输速度慢、能源监控设备危险、通风效率低等问题。

智能煤矿的需求无法满足。

中国煤炭工业协会发布了一份关于煤矿智能工作的文件，其中通风系统和防灾技术被确定为最重要的技术任务。

现有的通风系统需要智能升级。

为此，在分析矿井通风系统现状的基础上，对矿井智能通风系统关键设备的总体规划和设计进行了研究，并通过验证系统对其可行性进行了验证，为提高矿井效率和安全运行提供了重要支持。

通风系统将新鲜空气输送到矿山的作业区域，使井下污染空气向地面排出，以确保作业区域有足够的氧气浓度，低空浓度瓦斯和良好的空气质量。

稳定的通风是安全生产的基础，研究表明，通风管理决策始终基于定性分析，现有风速传感器的安全监控系统不稳定，测量误差大。

矿井智能局部通风系统使用说明书矿井智能局部通风系统使用说明书1系统概况1.1系统概述矿井智能局部通风系统主要是解决现有煤矿井下通风系统能耗高、设备占用空间大、一风吹和不能智能控制等技术问题。

系统具有高风压、长距离、大风量、双电源、双风机、风量按需自动调节等特点，能可靠地实现高产高效矿井下长距离快速掘进通风安全的需求。

系统主要用于煤矿井下的局部通风。

该系统是一个闭环控制系统，它的主要功能是通过井下瓦斯传感器、风速传感器、井下分站等采集的参数来确定变频器的输出频率，控制风机的转速，从而改变供风量的多少，实现煤矿井下局部通风按需供风的要求。

1.2系统综合技术特性1.2.1工作条件1、海拔不超过1500米。

2、周围环境温度不高于400C，不低于-50C。

3、周围空气相对湿度不大于95%(250C)。

4、适用于有甲烷等气体同空气形成的爆炸性混合物的矿井中。

5、在无显著摇动和剧烈冲击振动的地方。

6、在有防止滴水的地方。

7、安装类别；Ⅲ类。

8、污染等级：三级1.2.2技术参数1、进线电源（X1,X2,X3）：660V、50Hz2、转矩特性：150%，持续1分钟3、启动转矩：180%，持续0.5秒4、功率因数：大于0.95更多技术性能参数见我公司BPB系列变频器说明书、QJZ系列电磁起动器说明书和FBDY 系列风机使用说明书。

1.3系统功能说明1.3.1风电闭锁功能系统主QJZ真空电磁起动器发生故障时（主电磁起动器停机），其输出控制信号（输出节点X1（15-16点））断开，馈电开关控制掘进工作面的动力电源断电，从而达到实现风电闭锁的功能。

1.3.2主备起动器断电自动切换功能主备起动器同时送电，按下主QJZ起动器的启动按钮，主QJZ起动器运行，当主QJZ 起动器发生故障（或者人工停机）时，主QJZ起动器停机，同时备用QJZ起动器“KM”自动吸合。

当主QJZ起动器维修好后，备用QJZ起动器在人工停机后，主QJZ起动器立即自动切换运行；主机优先功能，主机停电恢复后，如无故障且备机正在运行，可自动切回主机。