遠程精準通風監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦井下通風管理中的應用

王寶錄　劉拴鵬　張仁生　劉遵利

摘 要：以YFC15型煤礦用風速儀為基礎，構(gòu)建遠程精準通風監(jiān)測系統(tǒng)，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場應用情況等進行分析。結(jié)果表明，遠程精準通風監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)煤礦井下通風系統(tǒng)的風量精準監(jiān)測，并對風速異常情況進行預警，可在一定程度上提升礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：煤炭開采;風量監(jiān)測;礦用風速儀;通風系統(tǒng)

中圖分類號：TD724 文獻標識碼：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

通風系統(tǒng)為煤礦井下作業(yè)點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。在煤礦實際生產(chǎn)過程中，受通風系統(tǒng)設計不合理等因素影響，煤礦井下可能存在無風、微風及循環(huán)風現(xiàn)象，繼而引起與通風相關(guān)的各類事故[1-2]。通風系統(tǒng)運行穩(wěn)定性直接關(guān)系煤礦生產(chǎn)效率及安全保障能力。通風監(jiān)測是掌握通風系統(tǒng)運行情況、潛在隱患排查等的重要手段[3]?，F(xiàn)階段，煤礦井下的通風監(jiān)測系統(tǒng)在風速監(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空間[4]。傳統(tǒng)的礦用風速傳感器屬于固定式測量設備，往往用巷道固定點的測量數(shù)值代替全斷面的平均風速，巷道全斷面風速測定不準，測量結(jié)果誤差大，從而導致通風監(jiān)測系統(tǒng)風速監(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不斷推進，煤礦通風監(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速測量技術(shù)，可以實時不間斷地進行通風參數(shù)監(jiān)測，及時準確掌握通風系統(tǒng)的運行情況，從而實現(xiàn)通風管理的精細化、智能化和高效化。應用智能化高精度超聲波監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)通風系統(tǒng)中各種參數(shù)的實時動態(tài)監(jiān)測、通風系統(tǒng)優(yōu)化及采掘工作面瓦斯預測預報，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速傳感器精準監(jiān)測巷道風速、風量，從而提高礦井通風安全。

1 遠程精準通風監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

遠程精準通風監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：監(jiān)控計算機、網(wǎng)絡及軟件;傳輸接口及傳輸電纜;礦用風速儀及供電電源;自動風門、風窗、各種傳感器及執(zhí)行器、控制裝置（根據(jù)實際需要選配）。系統(tǒng)可以自成體系，獨立運行，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)。通過挖掘通風系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，可找出通風規(guī)律，指導合理通風，實現(xiàn)通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性、合理性和經(jīng)濟性。

2 風速傳感器確定

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

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

YFC15煤礦用風速儀是一款利用超聲波在空氣中傳播的時間差來測量風速的測量儀器。它主要由1個顯示主機和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存在時間差的原理實現(xiàn)相關(guān)功能，而這個時間差與被測流體的流動速度有關(guān)，可由此測出時間差，進而得出流體流速。

3 現(xiàn)場應用實例分析

某礦產(chǎn)能為180萬t/a，井田范圍內(nèi)可采煤層有4層，井下通風系統(tǒng)復雜。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)的風速監(jiān)測系統(tǒng)存在測量精度不高的問題。為提高通風系統(tǒng)監(jiān)測精度和智能化水平，將遠程精準通風監(jiān)測系統(tǒng)應用到井下通風系統(tǒng)監(jiān)測中。通風系統(tǒng)測點布置應遵循下述原則：可實時監(jiān)測礦井總進、回風量;可實現(xiàn)井下各采區(qū)風量動態(tài)監(jiān)測;能夠動態(tài)監(jiān)測各采掘作業(yè)面用風情況;能夠動態(tài)監(jiān)測重點位置風量情況。根據(jù)現(xiàn)場情況，在總回風巷、北翼主要巷道、中央采區(qū)等位置布置55個測風點和1個機動點。140水平運輸大巷的YFC15煤礦用風速儀現(xiàn)場布置情況如圖3所示。

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

4 結(jié)語

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

參考文獻：

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