（山西天成元礦山安全技術(shù)咨詢有限公司 山西 030012）

引言

近年來(lái)，伴隨著國(guó)內(nèi)煤礦行業(yè)進(jìn)行開(kāi)采等工作，相關(guān)的開(kāi)采設(shè)備由老式機(jī)械化逐漸的向著系統(tǒng)智能化進(jìn)行轉(zhuǎn)型，創(chuàng)建智能化系統(tǒng)的煤礦越來(lái)越受歡迎。但是礦井通風(fēng)這個(gè)子系統(tǒng)依然是比較死板的，仍然是應(yīng)用人工進(jìn)行運(yùn)作，這樣的運(yùn)作方式不能夠很好的滿足礦井智能化的相關(guān)要求。當(dāng)前一些礦井通風(fēng)災(zāi)害的異常預(yù)警以及發(fā)生事故后的應(yīng)急決策等涉及到的處理事件的能力不足，在災(zāi)變期間的預(yù)警等等方面的響應(yīng)也不是很及時(shí)，這就使得災(zāi)害來(lái)臨，不能夠有效的進(jìn)行控制。

1.礦井智能通風(fēng)的原理

礦井智能通風(fēng)是主是應(yīng)用智能控制的方式進(jìn)行按需供風(fēng)，并依據(jù)礦井的需求持續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行輸送新鮮的空氣，供礦井中的工作人員使用，主要的方法是應(yīng)用機(jī)械通風(fēng)，然后將有害氣體及時(shí)的排出，這樣就能夠使得礦井氣候條件變得有利于作業(yè)環(huán)境，能夠很好地供應(yīng)礦井生產(chǎn)所需，同時(shí)也是災(zāi)害防治的一個(gè)重要的基礎(chǔ)。主要的方法就是將礦井內(nèi)的信息進(jìn)行采集并經(jīng)過(guò)相關(guān)的處理后，經(jīng)過(guò)控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，依據(jù)“平戰(zhàn)結(jié)合”的相關(guān)理念進(jìn)行一定的按需供風(fēng)，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)異常災(zāi)變的情形下，能夠使用智能的系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急調(diào)控。這樣的方式符合當(dāng)前狀態(tài)下通風(fēng)的自動(dòng)化管理，也能符合災(zāi)變時(shí)期所進(jìn)行的應(yīng)急響應(yīng)。其主要功能包括：

（1）礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估后，其經(jīng)濟(jì)可靠的特點(diǎn)是受歡迎的，災(zāi)情預(yù)警方面也是受歡迎的，能夠達(dá)到礦井開(kāi)采過(guò)程中的安全、經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。

（2）礦井通風(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全程自動(dòng)化實(shí)施，也能夠達(dá)到智能調(diào)控的相關(guān)目標(biāo)：應(yīng)用目前流行的人工智能亦或者是新材料的融合技術(shù)，創(chuàng)建智慧礦山的現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)，也能夠?qū)崿F(xiàn)在作業(yè)的過(guò)程中有效聯(lián)動(dòng)調(diào)控。

2.礦井智能通風(fēng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

(1)礦井通風(fēng)參數(shù)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)

通風(fēng)參數(shù)所涵蓋的監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)或是所使用的裝備能夠有效的對(duì)礦井智能通風(fēng)的系統(tǒng)中的信息進(jìn)行采集，基于風(fēng)網(wǎng)信息監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)能夠及時(shí)的采集風(fēng)網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)解算風(fēng)網(wǎng)。通風(fēng)參數(shù)主要是涵蓋風(fēng)壓、風(fēng)量等等。礦內(nèi)使用的智能控風(fēng)的參數(shù)感知相關(guān)的參數(shù)都符合相關(guān)的要求，所以可靠性相對(duì)較高。

①井巷風(fēng)速（量）測(cè)定

井巷風(fēng)流的斷面風(fēng)速以及湍流脈動(dòng)的不均一的特點(diǎn)，很容易造成測(cè)試平均風(fēng)速的難度。要精確測(cè)量風(fēng)速，一是要進(jìn)行設(shè)計(jì)抗干擾能力較強(qiáng)且符合相關(guān)要求的風(fēng)速測(cè)量傳感器，二是應(yīng)用湍流統(tǒng)計(jì)法測(cè)量單點(diǎn)等等狀態(tài)下的時(shí)均風(fēng)速，然后通過(guò)優(yōu)化傳感器的分布避免井巷突變區(qū)造成的大渦干擾等等相關(guān)的問(wèn)題，這樣還能夠有效實(shí)現(xiàn)點(diǎn)亦或是高精度測(cè)定風(fēng)速，三是基于速度場(chǎng)結(jié)構(gòu)的相關(guān)恒定原理進(jìn)行轉(zhuǎn)換。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)礦用點(diǎn)所使用的一類風(fēng)速傳感器的測(cè)量精度一般是小于0.3m/s，所以在該精度條件下所測(cè)量出的井巷全斷面的平均風(fēng)速所呈現(xiàn)的誤差是比較大的，也不能夠滿足風(fēng)網(wǎng)精準(zhǔn)調(diào)控的要求。使用超聲波時(shí)差法進(jìn)行有效測(cè)量線段的風(fēng)速，在進(jìn)行點(diǎn)風(fēng)速測(cè)量的時(shí)候，能夠克服傳感器尺度效應(yīng)誘發(fā)的一種測(cè)量誤差，所以該方法是一種精度較高的方法。

②井巷風(fēng)壓的測(cè)定

及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行測(cè)定風(fēng)流壓力（壓差）可以的了解礦井通風(fēng)阻力的分布特點(diǎn)，能夠針對(duì)風(fēng)網(wǎng)實(shí)時(shí)的進(jìn)行解算亦或是調(diào)控風(fēng)方案等等方面具有非常重要的意義。其技術(shù)思路：考察比較各式相關(guān)敏感壓力元件的一種輸出特點(diǎn)，并對(duì)測(cè)試精度的影響因素進(jìn)行測(cè)試，就比如說(shuō)井下復(fù)雜環(huán)境中的濕度等等，選擇適于井巷壓力測(cè)定的敏感元件，使用電路放大以及數(shù)字濾波技術(shù)使得復(fù)雜電磁環(huán)境下的感壓元件的相關(guān)抗干擾的能力提升，同時(shí)使用補(bǔ)償電路提升傳感器的使用精度。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外使用的壓力敏感的元件進(jìn)行測(cè)試評(píng)估，選擇出硅可變電阻式彈性膜盒，有效提升傳感器的靈敏度；應(yīng)用傳感器所集成的一種環(huán)境的溫度參數(shù)，經(jīng)過(guò)融合多源數(shù)據(jù)，以及利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性校正的算法，有效降低非線性的誤差，提升傳感器的測(cè)量精度至1Pa。使用新型的壓力傳感器，并應(yīng)用兩種方法進(jìn)行相互校驗(yàn)：一是壓差計(jì)法，二是氣壓計(jì)同步法。

③全風(fēng)網(wǎng)傳感器布設(shè)原則

為了能夠?qū)崟r(shí)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，需要全面精準(zhǔn)感知針對(duì)關(guān)鍵的通風(fēng)參數(shù)比如說(shuō)：主要風(fēng)路、主要用風(fēng)地點(diǎn)等。依據(jù)相關(guān)的感知要求，在進(jìn)行布設(shè)全風(fēng)網(wǎng)通風(fēng)傳感器的過(guò)程中，需要遵守以下的原則，能夠及時(shí)的監(jiān)測(cè)最大阻力路線上的一條經(jīng)過(guò)工作面的相關(guān)參數(shù)，比如說(shuō)風(fēng)壓等，能夠監(jiān)測(cè)主要用風(fēng)位置的相關(guān)通風(fēng)參數(shù)，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變風(fēng)阻分支處可以及時(shí)的感知的風(fēng)量等參數(shù)，監(jiān)測(cè)主要通風(fēng)位置所需要的兩端壓差亦或是其余位置可能受災(zāi)變的影響，這樣就能夠?qū)崟r(shí)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

(2)礦井通風(fēng)異常診斷與智能決策平臺(tái)

為了能夠保證礦井的智能通風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中達(dá)到安全可靠的標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)礦井通風(fēng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的解算、也需要在運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)礦井通風(fēng)異常進(jìn)行很好的快速診斷亦或者是提前進(jìn)行預(yù)警判斷。

①礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算

實(shí)時(shí)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)以及進(jìn)行運(yùn)行診斷礦井通風(fēng)出現(xiàn)的異常情形、礦井智能調(diào)控通風(fēng)系統(tǒng)有很大的關(guān)聯(lián)。它是指根據(jù)礦井運(yùn)行中所依據(jù)的理論，比如：一是風(fēng)壓平衡定律，二是風(fēng)量平衡定律，三是阻力定律，進(jìn)行檢測(cè)風(fēng)網(wǎng)各分支的實(shí)時(shí)風(fēng)阻的過(guò)程中，主要是應(yīng)用通風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)，應(yīng)用傳感器對(duì)系統(tǒng)中的壓差、風(fēng)速（風(fēng)量）、濕度、溫度、等等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，并有效建立方程組然后對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)所有分支風(fēng)向的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行求解的過(guò)程。

實(shí)時(shí)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)系到非定常實(shí)時(shí)熱濕模型，擾動(dòng)識(shí)別模型，拓?fù)潢P(guān)系動(dòng)態(tài)變換、優(yōu)化布置通風(fēng)參數(shù)傳感器、診斷故障源，自適應(yīng)調(diào)整阻力系數(shù)等主要的技術(shù)。在應(yīng)用高精度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)礦井的風(fēng)壓、風(fēng)速、溫度或是濕度等重要的巷道通風(fēng)參數(shù)后，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)維護(hù)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系、也能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)繪制通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖、還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、也能夠?qū)Ξ惓＿M(jìn)行實(shí)時(shí)診斷等功能。

②礦井通風(fēng)異常診斷與預(yù)警

礦井通風(fēng)運(yùn)行的過(guò)程中診斷異常、確定相關(guān)災(zāi)害發(fā)生的影響范圍以及提前發(fā)出預(yù)警是合理調(diào)節(jié)通風(fēng)、控風(fēng)等相關(guān)步驟的重要依據(jù)。診斷礦井通風(fēng)運(yùn)行中的異常狀態(tài)的方法中，主要是應(yīng)用多傳感器進(jìn)行采集相關(guān)的重要數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行有效的信息融合，并經(jīng)過(guò)一定的處理技術(shù)，匯集大量的礦井通風(fēng)運(yùn)行過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)、以及進(jìn)行實(shí)時(shí)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)在通風(fēng)動(dòng)力出現(xiàn)異常、在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常以及在通風(fēng)設(shè)施出現(xiàn)異常的時(shí)候，及時(shí)的顯示響應(yīng)，在實(shí)際的運(yùn)行中，也會(huì)考慮量變到質(zhì)變、漸變到突變、應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、以及應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型、應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)計(jì)算方法，進(jìn)行創(chuàng)建礦井通風(fēng)系統(tǒng)的異常診斷的重要模型，也能夠?qū)ΦV井通風(fēng)參數(shù)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常狀態(tài)的因素進(jìn)行采集，并對(duì)該異常狀態(tài)的位置進(jìn)行快速診斷。

在進(jìn)行快速確定通風(fēng)災(zāi)變的相關(guān)影響范圍的時(shí)候，使用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬進(jìn)行創(chuàng)建災(zāi)害源場(chǎng)模擬的等效模型，應(yīng)用火災(zāi)以及煤巖動(dòng)力的一些常見(jiàn)災(zāi)害作為模型的分析依據(jù)，并考慮到多元信息感知的一些重要的參數(shù)，以獲取通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在不同的約束狀態(tài)下的通風(fēng)參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)。