煤矿通风系统现状及智能通风系统设计

马锦秀

摘要：通风系统为煤矿生产的关键分系统，该系统对保证综采工作面瓦斯、粉尘等浓度满足《煤矿安全规程》的相关规定尤为重要。随着工作面的不断推进和现场生产条件的破坏，初期所设计的通风系统或多或少存在一定的问题，导致通风能力不能够满足当前实际生产的需求。主要表现为：综采工作面的供风量小于实际需风量、综采工作面的通风断面面积减小导致通风阻力增大、通风方式与工作面现状不匹配导致通风效率低等。

关键词：煤矿；监测；预警；ＣＡＮ总线；交互控制

引言

煤矿通风系统的作用是通过通风机向矿井井下源源不断的输入新鲜空气，保证氧气浓度符合工作人员呼吸、机械设备运行正常，并检测一氧化碳等有害气体浓度，当有害气体浓度达到某一阈值时检测器及时预警，防止因有害气体超标而造成的人员伤亡，保障煤矿井下工作人员的生命安全，确保设备正常运转，是煤矿生产安全有序进行的重要前提。合理对通风系统进行优化，才能发挥通风设备的能力。

1煤矿智能通风系统概述

为实现煤矿智能通风系统的快速响应，需对风机状态进行全方面监测。气流由风机进风口，依次经过风速传感器、振动传感器、启停控制器、风压传感器、风机轴承及转子温度传感器、电机绕组温度传感器、机体振动传感器，并沿风机方向流出。通过上述多维度传感器的数据采集，可对风机运行状态做出准确判断。

2煤矿通风系统现状

2.1通风安全意识较薄弱

煤炭企业能否做好通风安全工作很大程度上取决于企业决策层和施工管理人员是否存在较强的通风安全生产意识。企业决策层是否具备较强的安全生产意识决定着企业是否建立了完善的安全生产管理体系和较为全面的监督管理机制，而一线施工管理人员是否具有较强的安全生产意识决定着在煤矿开采施工过程中的具体操作步骤是否安全、可行。从目前国内煤矿开采行业来看，由于部分中小型煤矿企业过于注重经济效益而导致安全生产意识较为薄弱，企业管理层在安全生产方面的宣传工作落实不到位，一线员工缺乏系统的安全培训且自身没有形成一定的安全防范意识，导致在煤矿开采作业过程中存在较为严重的安全隐患。企业由于企业管理者安全意识宣导工作落实不到位，且员工综合素质较低，缺乏一定的安全生产经验和安全防范意识，导致企业因在煤矿开采过程中通风措施不规范多次被煤矿监管部门予以警告和经济处罚。

2.2生产布局不合理

由于我国大部分煤矿具有点多、面广、战线长等特点，导致煤矿企业在通风安全方面的措施面临着较大挑战。为保证煤矿通风安全保障工作的合理进行，不仅需要在整体上进行详细的生产布局，在局部上也需要进行大量的通风调节工作，例如：可以通过设置挡风墙、调节风窗、风门、风桥等工作对通过工作进行调节，一旦任一设施发生损坏，都会造成严重的漏风现象，使工作面向前推进，巷道风阻变化，回采工作面的风量、风流方向不稳定等现象，进而使瓦斯积聚、温度升高，最终导致瓦斯爆炸。企业由于开采管理人员缺乏一定开采经验，导致通风调节设施设置不牢固，曾造成多处设施损坏从而发生漏风现象，为开采工作带来巨大难度。

2.3通风检测系统存在一定滞后性

由于大部分煤矿处于地下深处，且在形成过程中会堆积大量易燃、易爆气体和物质，导致井下开采环境十分复杂。在煤矿开采过程中，由于施工机械在开采过程会产生大量的热能、化学能和机械能，内部易燃易爆性物质在此条件作用下会发生各种化学反应，并产生具有毒性的氮化物、硫化物和碳化物等有毒有害气体，不仅容易发生爆炸，还容易造成开采人员身体中毒，严重威胁着开采人员的身体健康和人员安全。因此，现代煤矿开采工作不仅需要做好通风安全处理，还需要采用高性能的环境监测设备实时监测井下环境，而在实际监测过程中，如果设备落后或出现故障，可能会导致各种监控数据误差，增加煤矿安全隐患。企业由于环境监测设备存在一定的滞后性，没有及时更新较为先进的监测设备，在井下开采过程中曾大规模开采人员中毒现象，严重威胁了企业员工的身体健康，也为企业带来了一定的经济损失。

3智能通风系统设计

3.1系统通信电路设计

为确保系统节点数据安全、快速传输，需克服井下外界信号干扰。该系统使用ＣＡＮ总线完成数据传输，相对于ＲＳ４８５，ＲＳ２３２，ＺｉｇＢｅｅ等通信方式，其具有传输数据量大、硬件电路简单、挂载子设备多等优点。当节点ＣＰＵ完成多传感器数据采集后，对数据进行打包，通过ＣＡＮ通信接口芯片ＭＣＰ２５１５完成标准及扩展数据帧打包，堯成数据校验，并通过电平转换芯片ＴＪＡ１０５０完成ＴＴＬ（ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＬｏｇｉｃ，晶体管晶体管逻辑）至ＣＡＮ的电平转换，确保数据收发无误，并经由分站传输至地面监控系统，完成数据可视化。同时，当地面系统需要进行远程控制时，由ＣＡＮ总线完成数据传输，并实现对风机装置的直接控制ｎ。

3.2优化通风网络

矿井通风系统中的通风网络指的是巷道、车场等所有与作业相关的通道或工作面交叉连接所形成的网络，在该网络中，风流流经每一条路线。通风网络结构复杂，但基本是由串联与并联两种形式构成，也就是说，可以将通风网络拆分为每一个串联单元与并联单元所组成的基本网络。其中，串联是指风流直接从某一巷道进入下一巷道，没有分支情况出现；并联是指风流在某一巷道处产生分支，进入两个或多于两个支巷道中，之后又经多个支巷道汇入同一巷道中去。合理设计、优化通风网络，分析计算每一支巷道进风量大小、通风阻力大小，判断进风量是否满足所需风量要求，并把控风压，这对提升通风效果有重大影响。近年来，在对通风网络进行优化研究中，通常使用分支界定法选取通风网络模型。通过该算法得到的通风网络模型每一支巷道风量大小均较为合理，整个网络风量达到理论上的最优，同时能耗、成本损失可以降到最低。在通风网络模型基础上，结合该煤矿实际情况，对网络中的支巷道、工作面、车场等设计进行微小调整，使其更加具有针对性。此外，还需考虑一般型通风网络，在当前通风网络中，部分支流已经确定，部分支流未确定，未确定部分需要根据煤矿生产实际需求进行设计。针对该种通风网络，应结合所需对支流未确定部分进行线性规划，求出最优解，并在适当位置安装风窗、风机等设备。

结束语

通风系统为煤矿生产的“肺”，能够为综采工作面提供安全、稳定的生产环境。随着煤矿综采工作面的不断推进和生产的进行，最初设计的通风系统往往出现各类不满足实际生产需求的问题。需风量大于供风量、通风阻力增大、通风效率低以及通风机工况点与其性能不相符的问题，对优化改造后的风量、阻力、改造成本、工作量以及与生产规划相匹配等方面进行分析比较，最终确定采用更换通风机，对巷道起底0.5m以及拆除现有的调节风窗的方案，对通风系统进行优化。

参考文献

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