茹晉峰

（汾西礦業(yè)正城煤業(yè)， 山西 孝義 032300）

引言

礦井通風(fēng)是實(shí)現(xiàn)煤炭高效開采的基礎(chǔ)，同時確保通風(fēng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行是防范各類安全災(zāi)害的保障措施。煤礦井下巷道分布錯綜復(fù)雜，通風(fēng)系統(tǒng)具有隨機(jī)、復(fù)雜以及非穩(wěn)定等特點(diǎn)，通風(fēng)系統(tǒng)中會不斷有新鮮風(fēng)流入且伴隨著采掘調(diào)整、風(fēng)門等通風(fēng)設(shè)備開啟和閉合、地面溫度變化等。對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)安全預(yù)警分析具有顯著意義。眾多的研究學(xué)者通過采用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖、風(fēng)流監(jiān)測傳感器監(jiān)測、多元回歸分析法等技術(shù)方法、設(shè)備對通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性等進(jìn)行分析。文中在以往研究成果基礎(chǔ)上，對煤礦通風(fēng)安全預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過實(shí)時監(jiān)測井下通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行預(yù)警，從而達(dá)到確保通風(fēng)系統(tǒng)平穩(wěn)、高效運(yùn)行的目的[1-4]。

1 山西某礦工程概況

山西某礦設(shè)計產(chǎn)能240 萬t/年，現(xiàn)階段礦井可采資源儲量為9 560 t，主采煤層為5-1 號煤層，煤層厚度均值2.69 m，埋深平均390 m。礦井所在井田位于單斜構(gòu)造背部，該單斜構(gòu)造產(chǎn)狀平緩，巖漿巖侵入、斷層等地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，條件中等到復(fù)雜。

5-1 號煤層原始瓦斯含量為6.5 m3/t，現(xiàn)開采水平無煤與瓦斯突出危險性，煤層自燃發(fā)火傾向性為I類，煤塵具有爆炸危險性。礦井采用中央并列式通風(fēng)方式，主、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)，地面主要通風(fēng)機(jī)房布置2 臺軸流式通風(fēng)機(jī)（型號為FBCDZ-6-No.19A），一用一備。具體礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)如圖1 所示。

圖1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)

2 煤礦通風(fēng)安全預(yù)警分析

煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)警分析過程較為繁瑣，為簡化分析過程并便于研究，提出從風(fēng)速、風(fēng)量以及通風(fēng)可靠性等方面進(jìn)行預(yù)警分析。精準(zhǔn)的獲取通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)對后續(xù)安全預(yù)警分析具有顯著影響，現(xiàn)階段煤礦井下常用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方式包括有傳感器監(jiān)測、人工現(xiàn)場實(shí)測等，通過布置實(shí)時在線監(jiān)測系統(tǒng)并合理布置風(fēng)壓、風(fēng)速、溫度等傳感器，可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)精準(zhǔn)采集。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流狀態(tài)預(yù)警分析

風(fēng)流狀態(tài)預(yù)警分析是對井下通風(fēng)系統(tǒng)各主要分支的風(fēng)速、風(fēng)量等是否滿足要求進(jìn)行分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不滿足要求時即會進(jìn)行報警?？筛鶕?jù)巷道功能差異設(shè)定允許風(fēng)速，依據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)以及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算得到的礦井通風(fēng)系統(tǒng)各分支風(fēng)速、風(fēng)量，當(dāng)某巷道風(fēng)速超過運(yùn)行值時即會進(jìn)行報警。對監(jiān)測及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算得到的巷道分支風(fēng)速、風(fēng)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出風(fēng)流不穩(wěn)定巷道并重點(diǎn)監(jiān)測[5-6]。

2.2 用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)流狀態(tài)分析

用風(fēng)點(diǎn)有效風(fēng)量應(yīng)能滿足使用需要，是通風(fēng)系統(tǒng)安全預(yù)警中一個需要重點(diǎn)關(guān)注的方面。在采煤工作面、巷道掘進(jìn)工作面等主要用風(fēng)點(diǎn)，通過安裝傳感器對通風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并分析采掘作業(yè)面風(fēng)量、風(fēng)速等是否存在異常情況，當(dāng)存在異常時及時發(fā)出預(yù)警信息。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析

通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性可采用安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)性等指標(biāo)判定。將預(yù)警等級分為三個級別，分別為重警、輕警以及無警。重警表示井下存在不合格、需要整改處；輕警表示井下通風(fēng)系統(tǒng)基本可靠，需要強(qiáng)化巡檢，并對潛在的隱患進(jìn)行處理；無警表示通風(fēng)系統(tǒng)評價合格。

3 現(xiàn)場應(yīng)用分析

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時模擬及動態(tài)預(yù)警結(jié)構(gòu)

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)模擬及動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)主要是對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并通過網(wǎng)絡(luò)解算軟件實(shí)時模擬風(fēng)網(wǎng)對自動修復(fù)、調(diào)整風(fēng)網(wǎng)解算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時模擬、動態(tài)預(yù)警[7]。

采用的通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)時模擬及動態(tài)預(yù)警系統(tǒng)主要功能模塊包括有數(shù)據(jù)處理、風(fēng)路解算、數(shù)據(jù)分析顯示、風(fēng)網(wǎng)自修復(fù)及報警處理與預(yù)警，具體功能模塊結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)

3.2 應(yīng)用效果

使用“測風(fēng)求阻”功能模塊推演獲取礦井通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)，并求得各個通風(fēng)分支風(fēng)阻。將礦井通風(fēng)阻力參數(shù)輸入到網(wǎng)絡(luò)解算功能模塊，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行解算，具體現(xiàn)場實(shí)際測定的風(fēng)量與網(wǎng)絡(luò)解算模塊解算的風(fēng)量比對結(jié)果見表1、圖3 所示，現(xiàn)場實(shí)測的風(fēng)量與網(wǎng)絡(luò)解算模塊解算的風(fēng)量值接近，多數(shù)通風(fēng)分支風(fēng)量相對誤差在1%以內(nèi)，僅有個別通風(fēng)分支風(fēng)量相對誤差接近2%，表明采用網(wǎng)絡(luò)解算模塊解算的風(fēng)量精準(zhǔn)度較高，可用于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)監(jiān)測以及預(yù)警分析。

表1 現(xiàn)場實(shí)際測定的風(fēng)量與網(wǎng)絡(luò)解算模塊解算的風(fēng)量比

圖3 現(xiàn)場實(shí)際測定的風(fēng)量與網(wǎng)絡(luò)解算模塊解算的風(fēng)量比圖

3.3 礦井通風(fēng)預(yù)警分析

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)解算模塊解算的風(fēng)量、風(fēng)阻等參數(shù)，對井下通風(fēng)巷道內(nèi)風(fēng)流狀態(tài)以及各用風(fēng)點(diǎn)位置通風(fēng)狀況進(jìn)行綜合分析。對礦井采掘作業(yè)面、變電所、軌道大巷以及運(yùn)輸大巷等主要用風(fēng)點(diǎn)情況預(yù)警分析結(jié)果如下頁表2 所示。

表2 礦井主要用風(fēng)點(diǎn)情況預(yù)警分析結(jié)果

采用通風(fēng)安全預(yù)警系統(tǒng)模擬得到的參數(shù)，對煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)用風(fēng)點(diǎn)通風(fēng)狀況、各巷道風(fēng)速以及通風(fēng)系統(tǒng)整體可靠性等進(jìn)行分析，經(jīng)過測算該礦通風(fēng)系統(tǒng)較為可靠，但是需要重點(diǎn)對回風(fēng)大巷通風(fēng)阻力過高問題進(jìn)行處理[8]。

4 結(jié)語

采用傳統(tǒng)的人工巡檢、傳感器監(jiān)測等方式雖然可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況監(jiān)測，但是僅局限于個別點(diǎn)且未實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況整體分析。為此，文中構(gòu)建一種通風(fēng)安全預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于人工巡檢、傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算，并自動分析巷道風(fēng)速、用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量等是否滿足要求、對通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性進(jìn)行分析。

通過使用通風(fēng)安全預(yù)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行情況實(shí)時分析，并對潛在的隱患進(jìn)行預(yù)警，從而可在一定程度上提升礦井生產(chǎn)安全保障能力。