煤矿通风安全预警系统研究

茹晋峰

（汾西矿业正城煤业， 山西 孝义 032300）

引言

矿井通风是实现煤炭高效开采的基础，同时确保通风系统可靠运行是防范各类安全灾害的保障措施。煤矿井下巷道分布错综复杂，通风系统具有随机、复杂以及非稳定等特点，通风系统中会不断有新鲜风流入且伴随着采掘调整、风门等通风设备开启和闭合、地面温度变化等。对矿井通风系统进行动态安全预警分析具有显著意义。众多的研究学者通过采用通风网络拓扑结构图、风流监测传感器监测、多元回归分析法等技术方法、设备对通风系统稳定性等进行分析。文中在以往研究成果基础上，对煤矿通风安全预警系统进行研究，通过实时监测井下通风系统运行情况并根据监测结果进行预警，从而达到确保通风系统平稳、高效运行的目的[1-4]。

1 山西某矿工程概况

山西某矿设计产能240 万t/年，现阶段矿井可采资源储量为9 560 t，主采煤层为5-1 号煤层，煤层厚度均值2.69 m，埋深平均390 m。矿井所在井田位于单斜构造背部，该单斜构造产状平缓，岩浆岩侵入、断层等地质构造发育，条件中等到复杂。

5-1 号煤层原始瓦斯含量为6.5 m3/t，现开采水平无煤与瓦斯突出危险性，煤层自燃发火倾向性为I类，煤尘具有爆炸危险性。矿井采用中央并列式通风方式，主、副斜井进风，回风斜井回风，地面主要通风机房布置2 台轴流式通风机（型号为FBCDZ-6-No.19A），一用一备。具体矿井通风网络如图1 所示。

图1 矿井通风网络

2 煤矿通风安全预警分析

煤矿井下通风系统预警分析过程较为繁琐，为简化分析过程并便于研究，提出从风速、风量以及通风可靠性等方面进行预警分析。精准的获取通风系统基础参数对后续安全预警分析具有显著影响，现阶段煤矿井下常用的基础数据获取方式包括有传感器监测、人工现场实测等，通过布置实时在线监测系统并合理布置风压、风速、温度等传感器，可实现通风系统基础参数精准采集。

2.1 通风系统风流状态预警分析

风流状态预警分析是对井下通风系统各主要分支的风速、风量等是否满足要求进行分析，当发现不满足要求时即会进行报警。可根据巷道功能差异设定允许风速，依据传感器获取的数据以及通风网络解算得到的矿井通风系统各分支风速、风量，当某巷道风速超过运行值时即会进行报警。对监测及通风网络解算得到的巷道分支风速、风量数据进行分析，筛选出风流不稳定巷道并重点监测[5-6]。

2.2 用风点风流状态分析

用风点有效风量应能满足使用需要，是通风系统安全预警中一个需要重点关注的方面。在采煤工作面、巷道掘进工作面等主要用风点，通过安装传感器对通风数据进行实时监测，并分析采掘作业面风量、风速等是否存在异常情况，当存在异常时及时发出预警信息。

2.3 通风系统运行可靠性分析

通风系统运行可靠性可采用安全可靠性、经济性以及技术性等指标判定。将预警等级分为三个级别，分别为重警、轻警以及无警。重警表示井下存在不合格、需要整改处；轻警表示井下通风系统基本可靠，需要强化巡检，并对潜在的隐患进行处理；无警表示通风系统评价合格。

3 现场应用分析

3.1 通风系统实时模拟及动态预警结构

煤矿通风系统模拟及动态预警系统主要是对煤矿通风系统风流进行实时监测，并通过网络解算软件实时模拟风网对自动修复、调整风网解算系统，实现煤矿井下通风系统实时模拟、动态预警[7]。

采用的通风系统实时模拟及动态预警系统主要功能模块包括有数据处理、风路解算、数据分析显示、风网自修复及报警处理与预警，具体功能模块结构如图2 所示。

图2 系统功能模块结构

3.2 应用效果

使用“测风求阻”功能模块推演获取矿井通风基础参数，并求得各个通风分支风阻。将矿井通风阻力参数输入到网络解算功能模块，对矿井通风系统风网进行解算，具体现场实际测定的风量与网络解算模块解算的风量比对结果见表1、图3 所示，现场实测的风量与网络解算模块解算的风量值接近，多数通风分支风量相对误差在1%以内，仅有个别通风分支风量相对误差接近2%，表明采用网络解算模块解算的风量精准度较高，可用于通风网络的动态监测以及预警分析。

表1 现场实际测定的风量与网络解算模块解算的风量比

图3 现场实际测定的风量与网络解算模块解算的风量比图

3.3 矿井通风预警分析

根据网络解算模块解算的风量、风阻等参数，对井下通风巷道内风流状态以及各用风点位置通风状况进行综合分析。对矿井采掘作业面、变电所、轨道大巷以及运输大巷等主要用风点情况预警分析结果如下页表2 所示。

表2 矿井主要用风点情况预警分析结果

采用通风安全预警系统模拟得到的参数，对煤矿井下通风系统用风点通风状况、各巷道风速以及通风系统整体可靠性等进行分析，经过测算该矿通风系统较为可靠，但是需要重点对回风大巷通风阻力过高问题进行处理[8]。

4 结语

采用传统的人工巡检、传感器监测等方式虽然可实现通风系统运行情况监测，但是仅局限于个别点且未实现通风系统运行情况整体分析。为此，文中构建一种通风安全预警系统，该系统基于人工巡检、传感器监测数据，对通风网络进行解算，并自动分析巷道风速、用风点风量等是否满足要求、对通风系统运行可靠性进行分析。

通过使用通风安全预警系统可实现通风系统运行情况实时分析，并对潜在的隐患进行预警，从而可在一定程度上提升矿井生产安全保障能力。