矿井通风系统隐患智能监测系统应用

时间：2024-07-28

李芳

（山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司，山西晋城 048000）

1 引言

煤矿企业目前采用全面的通风系统隐患排查结合通风网络各节点传感器测得的通风参数，对通风系统进行实时监控并不断地改进和优化[1-4]。通风系统检查通常能够保证隐患排查的全面性，同时检查通风系统的可靠性。但人工排查费时费力，且不能做到实时监测，因此，需要辅以在线监测系统进行通风参数的收集和隐患的自动识别，对通风隐患进行及时的监控和分析，并根据模型适时进行预警。两种方法相结合，便于工作人员对通风系统运行情况进行分析，有助于保证通风系统的安全可靠。

2 矿井概况

南凹寺煤矿采用混合式开拓方式，矿井主采3#煤层，煤层不具有爆炸性。目前，该矿进风井有6 个，分别是主、副斜井、新副立井、北进风井、排矸副立井和南平硐；回风井有2 个，分别为南风井和南二风井。各采区通风系统相对独立，分区通风。该矿全部采用综采回采工艺，全部垮落法管理顶板，采煤方法为走向长壁采煤法。矿井现生产工作面4个，备用2 个，开掘工作面13 个。回采工作面为“W”形通风和“U”形通风，开掘工作面局部压入式通风。

3 通风系统隐患排查

3.1 隐患排查目的与方法

采用安全检查表法定期对矿井通风隐患进行详细的排查，同时在各测风点进行通风阻力测定，录入数据库，建立隐患监控系统，为灾害预警提供依据。

（1）通风系统设计是否完善

根据规程要求，结合矿井实际情况，针对巷道和作业场所的实际需风量，查看矿井通风系统和局部通风系统是否能够满足需要以及是否存在较大缺陷。

（2）矿井通风阻力测定

通风系统是否可靠受到通风阻力的影响。矿井通风阻力测定是通风技术管理主要内容之一，其目的在于检查通风阻力的分布是否合理，某些巷道或区段的阻力是否过大，为改善矿井通风系统，减少通风阻力，降低矿井通风机的电耗并为均压防灭火提供依据。通过对通风阻力的测定，可以进一步优化矿井的通风系统，降低生产成本，提高防灾抗灾能力，具有较高的经济效益和安全效益。

（3）通风设施及设备

构建和维护通风设施是保证通风系统稳定的前提和基础。为保证风流按照既定的线路流动，就必须在某些巷道内设置相应的设施，并通过各种通风设备对通风系统进行微调。而这些通风设施和设备位置选择是否合理、运行状态是否稳定有效直接决定生产区域的通风效果。如果通风设施设备不合理或损坏，就会造成大量漏风甚至风流短路、循环风，不但造成极大的浪费，同时威胁到井下工作人员的安全和矿井通风系统的稳定。

对矿井主要通风机的运行状态进行检查，包括其工况、电压和电流等，查看风机是否发生故障，定期测定风机风量能否满足矿井需要，核实风机各项参数的准确性。检查各种通风设施，包括风门、风硐、风桥、导风板、调节风窗、风障以及密闭墙等，确保其状态合理、运行稳定。

（4）通风管理措施执行情况

通过对各种通风措施执行情况的检查可以了解井下工作人员的安全生产意识。通常情况下人的不安全行为是造成矿井通风灾害的主要因素之一，因此要加强区队对措施的学习和理解，并严格执行。

（5）局部通风系统检查

检查闭锁装置是否能够正常运行，局部通风机安装位置是否合理，运行状态是否良好，检查风筒距离正头位置，风筒是否破口。对局部风流进行检查，评估可靠性，确保不出现循环风、串联通风等。

3.2 通风系统隐患排查初步分析

（1）矿井通风阻力分析

本次采用气压计同步测定法，对选择的四条路线进行通风阻力测定。西风井共两条，分别为3503工作面和3501 工作面；西二风井共两条，分别为3505 工作面和和西区路线。通风参数见表1。

表1 通风参数测量结果

① 按照相关规定要求，矿井回风量达到10000～20000m3/min，通风阻力要小于2940Pa，四条通风阻力测定路线中最大阻力为1982.5Pa，小于2940Pa，所以矿井通风阻力满足相关要求。

② 四条路线测定的等积孔及矿井总值均大于2m2；同样总风阻也远远小于0.354N·s2/m8，故该矿现处于通风容易时期。

③ 通过分析通风阻力三区图可知，4 条路线三区分布大致合理，但回风阻力较大，特别是2703工作面路线，回风段阻力占比60.8%，原因为巷道缺乏维护以及巷道断面较小等。如图1 所示。

图1 3503 工作面三区通风阻力分布图

（2）通风隐患排查

采用安全检查表法排查隐患1 个、优化项1 个。

① 风机房内风机显示的压力与实测压力差距较大，经检测为传感器故障，更换后恢复。

② 该矿现有2 台风机：西风机实测排风量约为13785m3/min，西2 风机实测排风量约为14580m3/min。两台风机由于矿井生产安排问题造成风量分配不合理，需要优化通风系统，重新划分通风范围，以提高通风效率。

4 通风系统隐患自动监测、分析及预警

4.1 自动监测原理

对通风系统资料和通风阻力进行测量和收集，在此基础上构建完善的数据库，并进行通风系统隐患分析和预警模型。利用在线监测系统，对矿井主要通风参数（风速、风压、风向）和主要设施（设备）运行状况实施监测，并通过模型进行分析和网络解算，对通风隐患实时预警。

4.2 监测预警方法及模型

（1）风量、风速预警模块

风量风速预警模块主要包括2 部分：一种方法是通过通风网络各节点的传感器测得的通风数据对比，出现异常时及时预警，属于直接监控；另一种方法是通过网络解算对矿井整体通风情况进行计算，结合关键位置风量监测，对矿井通风量进行对比分析，属于间接监控。

（2）循环风预警模块

按照要求在掘进巷道规定位置安装风速风向传感器，并对其实施监控。当风流方向与设定值夹角大于90°时就说明风流发生了变化，易产生循环风，则对其进行预警。

（3）风压预警模块

风门及调节风窗等设施是否完好或处于正常状态，对通风系统稳定性具有决定性作用。在调风设施两侧安装风压传感器进行监测，如果风压出现较大变化甚至逆转则说明设施处于不良状态，则对其进行相应的预警。

4.3 监测预警系统构成及效果分析

（1）监测预警模型数字化

监测预警模型数字化包括图纸数字化、通风参数提取、数据审核、网络解算等步骤。图纸数字化主要是将CAD 版本的通风系统图转化为系统可识别的具有巷道位置信息格式的图纸；通风参数提取主要是将通风阻力测定参数及现场传感器传输的通风参数进行汇总和录入，并计算各通风网络节点的风量、风阻等；数据审核是通过理论计算数据和实测数据进行对比，确定数据真实性以及各种数据是否符合要求；网络解算是通过内部模型计算初始自然风压，进行风机特性模拟、最小树生成、回路生成、回路风量平衡等。

（2）隐患在线监测、预警

在线监测系统主要内容为：

① 监控系统图显示各传感器的位置，并可查询传感器工作状态和监测数据以及数据曲线，当工作状态发生变化或监测数据超过正常范围时进行预警；② 网络解算是按照预设的时间间隔，根据各通风网络节点中传感器测量的通风参数，自动计算出其他相关巷道的风量、风速等，并和基准值进行对比；③ 隐患预警功能是综合了各传感器测量数据和网络解算数据，根据预警模块规则，对出现异常情况的地点进行通风隐患预警。

（3）实施效果

目前自动监测系统应用已超过11 个月，在应用期间共进行预警13 次，包括短时间风速预警8 次、长时间风速预警1 次、风流异常预警2 次、风压预警2 次。根据预警后的实际排查和分析，短期风速预警主要原因为生产调节，属于正常波动；长期风速预警主要是回风巷断面较小且发生变形，导致风速超限；风流异常报警发生在西二采区2#回风斜巷，经排查为西5#预抽巷积水导致巷道回风断面变小，回风阻力变大，从而使风流由流向西回风转为流向通风阻力更小的西二回风，致使风流异常；风压预警主要原因是工作人员检查回风巷通过后未将挡风装置完全复位导致的。