＊任振興

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)通風(fēng)部 山西 037003）

礦井“血液循環(huán)系統(tǒng)”是通風(fēng)系統(tǒng)的別稱，這一系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中有著重要作用。如果通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，往往伴隨著風(fēng)流紊亂、風(fēng)量不足等問題，并為后續(xù)生產(chǎn)埋下安全隱患。通風(fēng)問題所導(dǎo)致的煤塵爆炸、瓦斯爆炸等事故給相關(guān)企業(yè)造成了不可逆轉(zhuǎn)的損失，采礦工人的人身安全也受到威脅。因此，對(duì)礦井通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造，并實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展，是提升礦井生產(chǎn)能力，保障生產(chǎn)安全的重要手段。并且，我國很多礦井已經(jīng)廣泛應(yīng)用智能化開采工作面，因此智能化是礦井健康發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過對(duì)近幾年國內(nèi)外礦井通風(fēng)裝備技術(shù)進(jìn)行研究可發(fā)現(xiàn)，在未來，智能通風(fēng)技術(shù)仍然有諸多難題需要破解，這也直接影響了未來通風(fēng)智能化的重點(diǎn)研發(fā)方向。

1.礦井通風(fēng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

(1)通風(fēng)參數(shù)測(cè)定與監(jiān)測(cè)

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，測(cè)定與監(jiān)測(cè)巷道風(fēng)量是了解通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)最為簡單直接的方式。在這個(gè)過程中，我們需要先對(duì)巷道斷面積、巷道平均風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算。機(jī)械式風(fēng)表是近幾年廣泛應(yīng)用的測(cè)量儀表，另外也有應(yīng)用超聲波渦街式或壓差式井下風(fēng)速監(jiān)測(cè)傳感器的情況，這些儀表都能準(zhǔn)確測(cè)定出巷道風(fēng)速，并為巷道風(fēng)量的精確監(jiān)測(cè)提供技術(shù)指導(dǎo)。在測(cè)量巷道斷面方面，一般使用卷尺、激光測(cè)距儀等對(duì)斷面進(jìn)行計(jì)算，明確巷道斷面積。

在排查構(gòu)筑物狀態(tài)異常、風(fēng)流短路等情況下，往往采用測(cè)定風(fēng)流壓力的方式，同時(shí)也能掌握巷道通風(fēng)阻力。目前，礦井通風(fēng)參數(shù)檢測(cè)儀能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出巷道風(fēng)流壓力，其中部分礦用精密數(shù)字氣壓計(jì)的測(cè)量誤差控制能力較強(qiáng)，完全能夠達(dá)到應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。如果使用氣壓計(jì)基點(diǎn)法進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定工作，數(shù)據(jù)會(huì)由于儀器本身誤差出現(xiàn)頻繁的波動(dòng)，因此測(cè)量結(jié)果會(huì)受到嚴(yán)重影響，進(jìn)而影響整體測(cè)量結(jié)果的可靠性；相對(duì)來說，壓差計(jì)法的應(yīng)用能夠有效控制測(cè)量誤差，但是需要在鋪管測(cè)量過程中投入大量人力，也很難保證壓力傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。風(fēng)流壓力傳感器等是常用的壓差傳感器，這種測(cè)量方法的誤差能夠控制在1%F.S左右，因此在很多通風(fēng)設(shè)施壓差監(jiān)測(cè)過程中，都得到了廣泛的應(yīng)用。

(2)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析與決策

掌握通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算技術(shù)，對(duì)風(fēng)流進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，準(zhǔn)確完成通風(fēng)故障診斷，提升通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，是提升通風(fēng)系統(tǒng)能力的主要方向。因此，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析與決策過程中，也需要從這幾個(gè)方面入手展開創(chuàng)新。

對(duì)于通風(fēng)系統(tǒng)來說，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算是基礎(chǔ)，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算數(shù)學(xué)模式自Scott－Honsley法提出并應(yīng)用后，也趨向于成熟。近幾年，國內(nèi)外專家學(xué)者也提出了多種有效的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件，這些軟件能夠?qū)︼L(fēng)流進(jìn)行模擬，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)通風(fēng)在線監(jiān)測(cè)及分析預(yù)警。其中，具有代表性的包括日本九州大學(xué)工學(xué)研究院開發(fā)的“風(fēng)丸”、中國礦業(yè)大學(xué)的MFire可視化災(zāi)變風(fēng)流模擬軟件系統(tǒng)以及波蘭科學(xué)院的WENTGRAF。

近幾年，將通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算和監(jiān)測(cè)監(jiān)控兩種技術(shù)融合，是主要的研發(fā)方向。在這一研究課題中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，是實(shí)現(xiàn)了解通風(fēng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況的主要方法，這樣能夠?yàn)闆Q策提供參考數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，如何反應(yīng)系統(tǒng)真實(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況，這是技術(shù)難點(diǎn)。掌握通風(fēng)系統(tǒng)圖及相關(guān)要素屬性數(shù)據(jù)是開展網(wǎng)絡(luò)解算工作的前提。首先，如果仍然應(yīng)用傳統(tǒng)方式完成通風(fēng)系統(tǒng)圖形建模工作，那么制作拓?fù)溥B接關(guān)系的通風(fēng)系統(tǒng)圖的速度難以提升，如果技術(shù)人員能夠充分運(yùn)用CAD等技術(shù)，對(duì)相關(guān)圖件進(jìn)行規(guī)范化處理，并將圖像導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)解算軟件中，那么能夠生成更為準(zhǔn)確的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖形，在減少工作量的同時(shí)提升繪圖精度；其次，在獲取相關(guān)屬性數(shù)據(jù)的過程中，想要真正掌握礦井全部井巷的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，其工作量相對(duì)較大，并且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性也很難得到有效保證，在這種情況下，有學(xué)者提出采用Tikhonov正則化方法，實(shí)現(xiàn)模型的修正，這種方法在應(yīng)對(duì)復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，能夠體現(xiàn)出突出的作用。

(3)通風(fēng)調(diào)控技術(shù)與裝備

礦井主要通風(fēng)動(dòng)力裝置和通風(fēng)設(shè)施是實(shí)現(xiàn)通風(fēng)調(diào)控的主要手段，礦井可以通過調(diào)控主要風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)量的方式來對(duì)總風(fēng)量和風(fēng)量富余系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，必要的情況下需要對(duì)主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行更換。在礦井內(nèi)發(fā)生災(zāi)變時(shí)，我們可以通過對(duì)主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)控，避免災(zāi)害范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，讓經(jīng)濟(jì)損失和人員傷害控制在最小范圍內(nèi)。

目前來說我國煤礦通風(fēng)機(jī)制造水平雖然得到了長足的進(jìn)步，但是各個(gè)種類的設(shè)備性能參差不齊。例如，目前廣泛應(yīng)用的FBCDZ系列通風(fēng)機(jī)，以軸流式風(fēng)機(jī)為主，其最高效率能夠達(dá)到86%。這種通風(fēng)機(jī)采用兩機(jī)葉輪反向旋轉(zhuǎn)，雙極雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這也決定這種風(fēng)機(jī)本身具有較好的密封性，但是在實(shí)際運(yùn)行中，這類風(fēng)機(jī)的效率僅僅能夠達(dá)到60%，因此本身的能耗損失相對(duì)較大。

2.礦井智能通風(fēng)技術(shù)發(fā)展展望

(1)智能感知

首選，需要對(duì)井下巷道通風(fēng)參數(shù)的智能感知進(jìn)行研究，需要重點(diǎn)提升井下巷道全斷面風(fēng)速超聲波監(jiān)測(cè)裝備穩(wěn)定性的提升，另外也可以對(duì)多普勒激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)裝備進(jìn)行研究，全面提升監(jiān)測(cè)精度。另外，需要掌握確定風(fēng)速傳感器安裝位置的方式，并能夠結(jié)合風(fēng)流脈動(dòng)特征實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的高精度單點(diǎn)監(jiān)測(cè)，從而讓巷道實(shí)際風(fēng)速能夠通過傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映出來。另外，對(duì)于全網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻的精確反演，很多專家學(xué)者也展開了各類研究，旨在為明確礦井絕對(duì)壓力、相對(duì)壓力提供參考。激光雷達(dá)掃描技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓我們獲得高精度的巷道全斷面建模，為明確巷道斷面提供參考。

通風(fēng)系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)的智能感知包括運(yùn)用陀螺實(shí)現(xiàn)礦井三維圖的精準(zhǔn)構(gòu)建，此功能還會(huì)應(yīng)用慣性導(dǎo)航等技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪制通風(fēng)系統(tǒng)圖的繪制，減少人力資源的投入。另外，結(jié)合災(zāi)害控制需要，運(yùn)用定位技術(shù)，明確機(jī)電設(shè)備以及風(fēng)流障礙物的位置，為后續(xù)災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)提供參考。

這些技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)智能建模提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，另外也為智能決策及風(fēng)險(xiǎn)智能感知提供詳細(xì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

(2)智能決策

技術(shù)人員需要掌握礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的快速構(gòu)建技術(shù)，該技術(shù)主要以數(shù)據(jù)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因此，需要對(duì)傳感器布置數(shù)量和布置位置進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，避免盲區(qū)的存在。為了能夠?qū)崿F(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可視化管理，需要融合監(jiān)測(cè)技術(shù)以及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)圖形繪制技術(shù)，讓圖形、數(shù)據(jù)之間有機(jī)融合起來，并形成聯(lián)動(dòng)分析，在系統(tǒng)中對(duì)融合成果進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化管理。在管理過程中，數(shù)據(jù)本身會(huì)存在一定的誤差，因此如果能夠結(jié)合多元數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，能夠更為有效地保證模型的準(zhǔn)確性，同時(shí)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的篩選。

對(duì)通風(fēng)調(diào)控進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析以及智能決策。首先，各個(gè)通風(fēng)設(shè)備本身應(yīng)該能與中控網(wǎng)絡(luò)相連，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至中控系統(tǒng)中，從而為遠(yuǎn)程智能調(diào)控創(chuàng)造條件。另外，需要深入優(yōu)化智能控制邏輯，明確核心監(jiān)控參數(shù)及參數(shù)范圍，掌握不同參數(shù)調(diào)控過程中相關(guān)參數(shù)發(fā)生的變化。結(jié)合監(jiān)測(cè)分析結(jié)果以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)中存在的隱患、問題進(jìn)行識(shí)別判斷。尤其需要對(duì)有毒有害氣體進(jìn)行分析，并生成云圖及分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)空間面域有毒有害氣體的分析評(píng)價(jià)。

(3)應(yīng)急調(diào)控

系統(tǒng)需要能夠?qū)?zāi)害發(fā)生時(shí)的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確辨識(shí)，并實(shí)現(xiàn)智能輔助決策。首先，系統(tǒng)需要根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)火災(zāi)、爆炸以及瓦斯突出等災(zāi)害進(jìn)行識(shí)別，明確災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間與地點(diǎn)。另外，還需要融入災(zāi)害范圍的預(yù)測(cè)技術(shù)，對(duì)下一步可能影響的范圍進(jìn)行預(yù)警，為開展人員疏導(dǎo)、機(jī)電設(shè)備斷電控制創(chuàng)造條件。在系統(tǒng)中，需要適當(dāng)增加自動(dòng)復(fù)位防爆門等附屬裝置，為人員逃生、緊急避難提供條件。

3.總結(jié)

綜上所述，智能感知、智能決策以及應(yīng)急調(diào)控是我國礦井通風(fēng)技術(shù)現(xiàn)狀及智能化主要發(fā)展方向。與此同時(shí)，在開展智能技術(shù)研究過程中，還需要對(duì)信息技術(shù)、PLC技術(shù)、人工AI技術(shù)進(jìn)行深入研究，這些技術(shù)都是推動(dòng)煤礦通風(fēng)智能化控制技術(shù)發(fā)展的核心所在。