趙鵬飛

（山西朔州山陰蘭花口前煤業(yè)，山西 朔州 036900）

引言

礦井綜采作業(yè)安全是煤礦安全生產(chǎn)的核心，根據(jù)對煤礦安全生產(chǎn)事故的統(tǒng)計，瓦斯突出事故占據(jù)了整個安全事故的46%以上，已經(jīng)成為威脅煤礦生產(chǎn)安全的頭號“殺手”。通過對井下瓦斯突出事故案例的分析，發(fā)現(xiàn)多數(shù)事故的發(fā)生均是由于對瓦斯?jié)舛茸兓闆r監(jiān)測失效，未及時進行預報預警，導致錯過最佳調控時機。因此針對目前煤礦井下瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)靈敏度差、預警率低的現(xiàn)狀，結合煤礦智能化生產(chǎn)的需求，提出了一種新的礦井瓦斯防治和通風系統(tǒng)改善方案，通過建立高靈敏性的瓦斯預警體系，實現(xiàn)對井下瓦斯?jié)舛茸兓膶崟r監(jiān)測，同時將該系統(tǒng)和井下通風智能控制系統(tǒng)進行集成，預警系統(tǒng)將瓦斯?jié)舛茸兓闆r傳遞到控制中心，控制中心判斷后發(fā)出調整指令，控制通風系統(tǒng)進行調整，確保井下瓦斯?jié)舛葘崟r處在安全警戒值之下，實現(xiàn)了井下瓦斯防治的智能化控制。

1 礦井智能通風控制系統(tǒng)結構

根據(jù)煤礦井下瓦斯監(jiān)測、防治及通風聯(lián)動控制的需求，本文所提出的礦井智能通風控制系統(tǒng)主要包括瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測模塊、智能控制模塊、風機運行狀態(tài)調控模塊三個部分，其整體結構如圖1所示[1]。

由圖1可知，該系統(tǒng)以煤井下瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測模塊所傳遞來的數(shù)據(jù)信號作為系統(tǒng)的調節(jié)信號，通過對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)瓦斯、一氧化碳、粉塵等有害氣體的監(jiān)測，來判斷區(qū)域內(nèi)的通風安全性，當危險氣體含量超標時系統(tǒng)控制風機加速，通過增加空氣流動量的方式，減少有害氣體的集聚。在調整過程中系統(tǒng)持續(xù)對危險氣體含量和通風情況進行監(jiān)控，若達到最大通風狀態(tài)后巷道內(nèi)危險氣體含量繼續(xù)上升，則系統(tǒng)同時發(fā)出報警信號。提醒井下作業(yè)人員及時撤離，并提醒操作人員采取應急措施，避免發(fā)生瓦斯爆炸等事故，提升井下綜采作業(yè)的安全性。

圖1 礦井智能通風控制系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，控制核心為智能控制模塊，能夠滿足對瓦斯監(jiān)測、風機運行參數(shù)的收集、分析和控制，風機運行狀態(tài)調控模塊主要是指以變頻傳感器為核心的控制部分，根據(jù)控制模塊發(fā)出的控制指令，靈活調整風機的運行狀態(tài)，滿足井下通風安全需求。瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測模塊是該控制系統(tǒng)的基礎，通過對井下監(jiān)測區(qū)域內(nèi)瓦斯狀態(tài)的監(jiān)測為系統(tǒng)的調整提供數(shù)據(jù)支撐，確保系統(tǒng)調整的精確性。

2 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測裝置結構

為了滿足對井下監(jiān)測區(qū)域內(nèi)瓦斯含量監(jiān)測精確性的需求，所使用的各類傳感器設備必須具有很高的靈敏性，經(jīng)過對多種傳感器的實際應用情況分析，最終確定其靈敏性不應大于0.01%，運行時的功耗不超過100 mW，而且需要滿足井下防爆的實際需求[2]。

結合煤礦井下實際情況和瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測需求，本文提出的井下瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測裝置整體結構如圖2所示，主要包括了監(jiān)測分站和交換機系統(tǒng)。監(jiān)測分站是設置在不同區(qū)域的監(jiān)測單元，主要包括了瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測、一氧化碳氣體監(jiān)測、井下通風情況、巷道掘進深度監(jiān)測等。監(jiān)測分站獲取區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測信息后首先對數(shù)據(jù)進行分析，排除掉無關信息，然后將區(qū)域內(nèi)空氣質量狀態(tài)傳輸?shù)浇粨Q機，經(jīng)過數(shù)據(jù)信息轉換后再傳遞給智能通風控制系統(tǒng)，滿足井下數(shù)據(jù)傳遞和監(jiān)測需求。為了保證數(shù)據(jù)傳遞的效率和安全性，系統(tǒng)采用了光纖通信網(wǎng)絡，滿足快速、抗干擾性的數(shù)據(jù)傳輸需求[3]。

圖2 瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測裝置示意圖

3 系統(tǒng)風量測量裝置結構

在傳統(tǒng)的瓦斯防治及通風控制系統(tǒng)中，對風量和風壓的監(jiān)測主要是在風機前端設置風速和風壓傳感器的方式測量，但該方案測量方式精確性較差，而且當風流出現(xiàn)變動時極易產(chǎn)生測量偏差，導致系統(tǒng)對風機運行狀態(tài)進行誤調節(jié)，影響井下通風安全。本文提出了一種新的井下通風系統(tǒng)風量測量裝置，其整體結構如圖3所示[4]，圖中D表示風機的通徑。

由圖3可知，該風量測量裝置由取壓管、壓力傳感器和鋼管構成，取壓管上分布著迎風孔和背風孔，迎風孔主要用于測量風機運行過程中的迎風壓力，背風孔主要用于測量風機運行過程中的背風壓力。風量測量裝置和風機上的測壓環(huán)1、測壓環(huán)2相連接，從而實現(xiàn)對風機運行過程中風機運行狀態(tài)的全面監(jiān)測。當由于增加了取壓管，因此能夠對風機運行時的紊流進行調整，避免了因紊流導致的風量測量失效，提升了系統(tǒng)對風機運行狀態(tài)調整的精確性。

圖3 風量測量裝置結構簡圖

4 應用情況分析

該井下瓦斯防治及通風控制系統(tǒng)自投入使用以來，能夠根據(jù)井下瓦斯及其他有害氣體含量的變化，快速進行井下報警和定位，同時能夠根據(jù)自動控制風機運行狀態(tài)進行調整，快速增加異常區(qū)域的風量，有效避免有害氣體濃度的進一步提升。根據(jù)實際監(jiān)測，自應用以來，該系統(tǒng)能夠將井下瓦斯預警時間縮短96.4%，將預警準確率提升92.7%，將瓦斯突出事故量降低98.2%，顯著提升了煤礦井下的綜采作業(yè)效率和綜采作業(yè)安全，該瓦斯防治及通風控制系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖4所示。

圖4 瓦斯防治及通風控制系統(tǒng)監(jiān)控界面

5 結論

1）礦井智能通風控制系統(tǒng)主要包括瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測模塊、智能控制模塊、風機運行狀態(tài)調控模塊三個部分；

2）瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測裝置，其靈敏性不應大于0.01%，運行時的功耗不超過100 mW，而且需要滿足井下防爆的實際需求。

3）新的風量測量裝置能夠對風機運行時的紊流進行調整，避免了因紊流導致的風量測量失效，提升了系統(tǒng)對風機運行狀態(tài)調整的精確性。

4）該系統(tǒng)能夠將井下瓦斯預警時間縮短96.4%，將預警準確率提升92.7%，將瓦斯突出事故量降低98.2%，顯著提升了煤礦井下的綜采作業(yè)效率和綜采作業(yè)安全