王寶錄　劉拴鵬　張仁生　劉遵利

摘 要：以YFC15型煤礦用風(fēng)速儀為基礎(chǔ)，構(gòu)建遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場應(yīng)用情況等進(jìn)行分析。結(jié)果表明，遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量精準(zhǔn)監(jiān)測，并對風(fēng)速異常情況進(jìn)行預(yù)警，可在一定程度上提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煤炭開采;風(fēng)量監(jiān)測;礦用風(fēng)速儀;通風(fēng)系統(tǒng)

中圖分類號：TD724 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0066-03

Application of Remote Precision Ventilation Monitoring

System in Mine Ventilation Management

WANG Baolu?LIU Shuanpeng?ZHANG Rensheng?LIU Zunli

（1.Jinjie Coal Mine of Shendong Coal Group， Yulin Shaanxi 719319;2. Shandong Ding'an Testing Co.， Ltd.， Jinan Shandong 250000 ）

Abstract： Based on the YFC15 coal mine anemometer， a remote accurate ventilation monitoring system is constructed， and the system structure and field application conditions are analyzed. The results show that the remote accurate ventilation monitoring system can realize the accurate monitoring of the air volume of the coal mine underground ventilation system， and provide early warning of abnormal wind speed， which can improve the stability of the mine ventilation system to a certain extent.

Keywords： coal mining;air flow monitoring;mine anemometer;ventilation system

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦井下作業(yè)點(diǎn)提供新鮮空氣并排出有毒有害氣體，是煤礦采掘作業(yè)開展的基礎(chǔ)。在煤礦實(shí)際生產(chǎn)過程中，受通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等因素影響，煤礦井下可能存在無風(fēng)、微風(fēng)及循環(huán)風(fēng)現(xiàn)象，繼而引起與通風(fēng)相關(guān)的各類事故[1-2]。通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系煤礦生產(chǎn)效率及安全保障能力。通風(fēng)監(jiān)測是掌握通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況、潛在隱患排查等的重要手段[3]?，F(xiàn)階段，煤礦井下的通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)在風(fēng)速監(jiān)測、監(jiān)測信號傳輸及數(shù)據(jù)分析等方面仍存在較大的改進(jìn)空間[4]。傳統(tǒng)的礦用風(fēng)速傳感器屬于固定式測量設(shè)備，往往用巷道固定點(diǎn)的測量數(shù)值代替全斷面的平均風(fēng)速，巷道全斷面風(fēng)速測定不準(zhǔn)，測量結(jié)果誤差大，從而導(dǎo)致通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)速監(jiān)測精度偏低[5]。隨著電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)及自動化控制技術(shù)等逐漸發(fā)展以及智能化煤礦建設(shè)不斷推進(jìn)，煤礦通風(fēng)監(jiān)測也朝智能化和數(shù)字化方向發(fā)展。

利用智能化高精度超聲波風(fēng)速測量技術(shù)，可以實(shí)時(shí)不間斷地進(jìn)行通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測，及時(shí)準(zhǔn)確掌握通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從而實(shí)現(xiàn)通風(fēng)管理的精細(xì)化、智能化和高效化。應(yīng)用智能化高精度超聲波監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)中各種參數(shù)的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測、通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化及采掘工作面瓦斯預(yù)測預(yù)報(bào)，對保證井下安全生產(chǎn)、防患于未然有著極其重要的意義。因此，有必要采用超聲波風(fēng)速傳感器精準(zhǔn)監(jiān)測巷道風(fēng)速、風(fēng)量，從而提高礦井通風(fēng)安全。

1 遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)井下通風(fēng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》，本研究分析現(xiàn)有通風(fēng)監(jiān)測設(shè)備和系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出采用智能化高精度超聲波監(jiān)測技術(shù)對井下各位置風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測，并利用井下已有工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)構(gòu)建遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)，具體監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及軟件;傳輸接口及傳輸電纜;礦用風(fēng)速儀及供電電源;自動風(fēng)門、風(fēng)窗、各種傳感器及執(zhí)行器、控制裝置（根據(jù)實(shí)際需要選配）。系統(tǒng)可以自成體系，獨(dú)立運(yùn)行，也可以與其他系統(tǒng)（煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字礦山系統(tǒng)）聯(lián)網(wǎng)共享數(shù)據(jù)。通過挖掘通風(fēng)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，可找出通風(fēng)規(guī)律，指導(dǎo)合理通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。

2 風(fēng)速傳感器確定

風(fēng)速傳感器是整個遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成單元。選擇合適的風(fēng)速傳感器是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)高精度監(jiān)測的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，煤礦井下使用的各類風(fēng)速傳感器技術(shù)參數(shù)對比如表1所示。

從表1可以看出，礦用風(fēng)量傳感器、礦用雙向風(fēng)速傳感器（超聲波）采用超聲波探測原理，礦用風(fēng)向傳感器、礦用收縮管風(fēng)速傳感器、礦用雙向風(fēng)速傳感器（壓力式）均采用機(jī)械化或者壓力式探測原理。上述5種傳感器僅可實(shí)現(xiàn)某點(diǎn)風(fēng)速監(jiān)測，同時(shí)監(jiān)測精度和始動風(fēng)速偏高，雖然可滿足現(xiàn)階段煤礦井下風(fēng)速監(jiān)測需求，但是無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測，風(fēng)速監(jiān)測結(jié)果與整個斷面有較大偏差。YFC15煤礦用風(fēng)速儀基于超聲波時(shí)差法探測原理，可實(shí)現(xiàn)巷道斷面風(fēng)速監(jiān)測，監(jiān)測精度、分辨率等更高，可滿足煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)高精度監(jiān)測需要，因此遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)選用YFC15煤礦用風(fēng)速儀。YFC15煤礦用風(fēng)速儀的具體技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

YFC15煤礦用風(fēng)速儀是一款利用超聲波在空氣中傳播的時(shí)間差來測量風(fēng)速的測量儀器。它主要由1個顯示主機(jī)和2個超聲波探頭組成，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，用于監(jiān)測寬度較大的巷道內(nèi)的風(fēng)流速度。其主要利用聲波在流體中順流、逆流傳播相同距離時(shí)存在時(shí)間差的原理實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，而這個時(shí)間差與被測流體的流動速度有關(guān)，可由此測出時(shí)間差，進(jìn)而得出流體流速。

3 現(xiàn)場應(yīng)用實(shí)例分析

某礦產(chǎn)能為180萬t/a，井田范圍內(nèi)可采煤層有4層，井下通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜。由于開采的煤層厚度較大，瓦斯涌出量高，礦井回采巷道斷面較大，而采用傳統(tǒng)的風(fēng)速監(jiān)測系統(tǒng)存在測量精度不高的問題。為提高通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測精度和智能化水平，將遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用到井下通風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)測中。通風(fēng)系統(tǒng)測點(diǎn)布置應(yīng)遵循下述原則：可實(shí)時(shí)監(jiān)測礦井總進(jìn)、回風(fēng)量;可實(shí)現(xiàn)井下各采區(qū)風(fēng)量動態(tài)監(jiān)測;能夠動態(tài)監(jiān)測各采掘作業(yè)面用風(fēng)情況;能夠動態(tài)監(jiān)測重點(diǎn)位置風(fēng)量情況。根據(jù)現(xiàn)場情況，在總回風(fēng)巷、北翼主要巷道、中央采區(qū)等位置布置55個測風(fēng)點(diǎn)和1個機(jī)動點(diǎn)。140水平運(yùn)輸大巷的YFC15煤礦用風(fēng)速儀現(xiàn)場布置情況如圖3所示。

該礦于2019年8月完成遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)井下布置、安裝及調(diào)試。為考察遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)風(fēng)速測量精度，采用人工測風(fēng)方法對北翼人員運(yùn)輸大巷、北翼輔助運(yùn)輸大巷、2號集中回風(fēng)大巷及C1204工作面進(jìn)風(fēng)等位置風(fēng)量進(jìn)行人工測定，并將人工測風(fēng)結(jié)果與遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)獲取的風(fēng)量進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)兩者間數(shù)據(jù)測量偏差控制在0.02%～0.09%。人工測風(fēng)表明，礦井使用的遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)量精準(zhǔn)監(jiān)測。遠(yuǎn)程精準(zhǔn)通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)的風(fēng)速實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果如表3所示。

4 結(jié)語

實(shí)時(shí)測風(fēng)在提高礦井測風(fēng)精度和頻度、減少人工風(fēng)量監(jiān)測工作量的同時(shí)，還可大幅減少測風(fēng)人員的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)測風(fēng)工作的有人巡檢和無人值守，從而減少人工支出。智能通風(fēng)系統(tǒng)的使用便于通風(fēng)管理人員及時(shí)掌握通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，使礦井通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)刻保持最佳的工作狀態(tài)，減少因通風(fēng)不正常引起的停工停產(chǎn)事故，從而保證礦井生產(chǎn)安全有序進(jìn)行。

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