矿井智能通风及控制系统

矿井智能通风及控制系统1建设背景目录4建设内容3建设思路5预期效果2建设目标一、建设背景安全基础1矿井通风系统需要长期稳定可靠运行，保证所有用风点风量充足、所有通风巷道风速达标。通风系统是一个复杂的网络系统，设施设备多、条件动态变化、环-机-网协同，如何实现通风系统的运行高效可靠、监控精准有效、管理全面到位是通风面临的重大难题。灾害一旦发生，通风系统将遭到破坏，如何科学控风、快速恢复是遏制事故扩大和应急救援的关键。1000多个节点，近200公里里程微风作业松藻“9.27”风门破坏事故扩大通风系统是煤矿的“血液循环系统”，是保障井下作业安全的基石。一、建设背景2现实需求 开采条件恶化对矿井通风提出了新的挑战我国煤矿采深平均600m，超千米深井煤矿47座，千万吨级井工煤矿33座；矿井的大型化、集约化、深部化，导致瓦斯、热害、火灾等愈加严重，且多灾种耦合，对通风系统提出了更高要求。局部风流监测、人工经验调风、周期隐患排查、静态分析评价的通风管理模式无法满足灾害防控需要。一、建设背景3新的问题 通风智能化是破解新形势下通风困境的必然选择现代化大型矿井通风管理面临的新问题：如大断面测风、掘进工作面超长距离供风少人、无人工作面高强度开采条件下风量自适应调控0102碳达峰、碳中和目标引领下矿井高效、低能耗通风0304 通风减人：通风人员占比接近10%高韧性通风系统构建的需要，如皮带火灾防控05我国煤矿风机运行效率统计一、建设背景发展需要4通风智能化是煤矿智能化的重要内容，是采掘智能化的重要保障2022年6月全国已建成智能化采掘工作面992个，信息化、智能化是煤矿健康发展的必然趋势，对煤矿通风准确、及时、全面、可靠性提出了更高要求。一、建设背景国家能源局：通风智能化验收管理办法01分类建设I类、II类、II类02分级标准高级（≥90分）、中级（75-90分）、初级（60-75分）；但通风不分级，且权重一致：0.089303必备条件不满足必备条件不验收，通风2条必备条件，但无加分项04通风压风将通风与压风系统一并考虑一、建设背景（1）矿井通风方式合理、通风设施齐全，主要通风机实现了一键启停及远程控制。（2）矿井主通风机实现远程集中监控，局部通风机启停实现远程监测。必备条件一、建设背景主通风机：

具有一键式启动、反风、倒机功能（多台主要通风机的矿井，任何一台不符合要求都扣分）——10分。监测：具有完善的通风参数监测装置和系统，能够对井下瓦斯浓度、风压、风速等参数进行实时监测——10分分析：具有完善的通风参数（风压、风速、风量等）分析系统，可以对监测数据进行实时分析——10分通风系统一、建设背景风门、风窗：过车风门、主要行人风门应实现自动开关，应安装视频监控系统、声光报警器；关键通风节点的风窗应实现远程控制——10分局扇：掘进工作面的局部通风机实现双风机、双电源，并能自动切换，根据环境监测结果实现风电闭锁、瓦斯电闭锁等，局部通风机工况参数实现了远程实时监测——15分风网：建有智能通风模块，具备通风网络动态解算功能，能够对用风点的需风量进行预测——10分通风系统一、建设背景预测、预警：具有对通风系统进行故障诊断与预测、预警功能——10分避灾路线：具有火灾、水灾、顶板灾害等情况下自动显示或语音提醒井下员工避灾路线的功能——5分三维可视化：能够实现井下通风状态的三维动态可视化——10分通风系统一、建设背景动力：在地面建有压缩空气站，具备无人值守条件——5分控制：空气压缩机采用变频调速控制或实现通过自动投切空压机调节风压，压力容器配备温度传感器，具备温度监控功能，对温度超限进行预警——2分管路：矿井所有采区避灾路线上(采掘工作面范围内)均应敷设压风自救管道，并设供气阀门和压风自救装置——3分压风系统一、建设背景监测感知：测风站风速风量传感器或自动测风、其他环境参数；通风阻力监测；瓦斯无人巡检。通风动力：主通风机状态监测+故障诊断，变频调速，一键启停、一键倒机、一键反风；局扇监测、分析预警，三专两闭锁、变频调速+远程集中控制；视频监测。通风设施：风门风窗本地自动控制、远程集中控制，灾变快速解锁；风窗调风定量化自动控制+应急手动控制；视频监控；风门风窗自动化安装、密闭自动化构筑；风井防爆门、防火门、快速密闭远程自动控制。软件平台：报表自动生成、网络图、立体图；在线监测解算、三维可视化；用风点需风量计算、按需供风调节；监测点位置、调控位置与调节量、主扇局扇调节量；设施设备故障诊断；灾变应急控风+避灾路线。一、建设背景面对各级智能化建设标准及验收办法要求，存在差距：有主扇监测、缺故障诊断主扇有变频调速，缺调控决策手段，工频运行局扇缺状态监测故障诊断、变频调速、瓦斯自动排放、集中远程控制以传统手动风门风窗为主，有自动风门无远控，无自动风窗通风调控人工经验为主，与用风点监测数据、通风动力不联动，通风调控是难点灾害应急防控能力弱有安全监控系统瓦斯、火灾、粉尘等环境监测数据齐全风速风量监测点少、精度低，无自动测风；缺阻力监测；数据庞大，缺分析预警、隐患判识、故障诊断010203通风动力通风监测通风设施网络静态解算，监测与分析融合度低缺隐患及灾快速判识手段矿井、采盘区、采掘面配风调风缺决策手段矿井反风、区域反风、瓦斯超限、火灾防控联动决策能力弱04智能决策二、建设目标针对煤矿通风智能化需求，构建一套高精度通风参数监测系统，实现风量、阻力、环境参数准确监测；建设一套局部通风机智能控制软硬件系统，实现状态监测、在线预警、变频调节；建设一套风门风窗自动控制软硬件系统，实现本地自动控制、地面远程控制；开发一套通风决策及控制软件系统，实现通风系统三维建模、网络监测解算、系统故障诊断、按需供风优化调节、调控位置及调节量辅助决策等。满足国家能源局通风智能化中级标准要求。三、建设思路四、智能通风建设内容1通风参数监测-仪器及传感器CFD15煤矿用电子风速表、GFC15矿用风速传感器，超声波测速原理，全量程（0.1~15m/s）、高精度（分辨率0.01m/s）、启动风速0.01m/s。CPD120矿用本安型风压表，700~1200hPa，0.05%F.S，高精度阻力测量；GPD1000压差传感器，0~1000Pa，0.5%F.S，构筑物压差监测。GD3矿用多参数传感器（绝对压力温湿度）：绝对压力误差＜20Pa，集成温湿度，阻力高精度监测。CFD15电子风速表CPD120矿用本安型风压表解决风量、阻力测量与监测仪器仪表精度的问题GFC15电子风速传感器GPD1000压差传感器GD3绝对压力温湿度传感器四、智能通风建设内容1通风参数监测-全断面自动测风装置结合“六线”式测风工艺，采用超声波精准测风原理，开发矿井巷道全断面自动测风装置，测风精度0.1m/s，远程控制测风时间≤1min，3min内完成全矿井自动测风，自动计算测风结果、自动生成报表并完成测风数据自动上图，提高了测风精度。运行轨迹图（六线式）现场安装照远程控制界面1通风参数监测-超声波对射式自动测风装置利用超声波在空气中传播的时间差来测量风速，该装置主要由显示主机和两个超声波探头组成，用于监测宽度较大的巷道内的风流速度。主机通过两个超声波探头对风速进行信号采集，再经过数据处理的分析处理及计算，得出具体风速，并通过RS485信号方式直接或通过其它通信分站传输至地面。四、智能通风建设内容超声波对射式测风原理超声波对射式自动测风装置1通风参数监测-巷道风量准确监测

解决大断面巷道如何准确监测风速的问题针对巷道风速测不准、井下通风参数数据获取的需求与监测系统数量有限的矛盾问题，通过理论分析、现场实测手段，针对煤矿巷道实际条件，研究风表位置与巷道断面特性关系，提出巷道风速测量与监测技术方法，实现全断面平均风速的精确测定。巷道风速测量与监测技术方法：矩形0.11巷高，半圆拱0.15-0.16巷高。四、智能通风建设内容1通风参数监测-通风阻力准确监测四、智能通风建设内容选取关键通风路线，采用绝对压力温湿度传感器和风速传感器监测各点大气压、温度、湿度、风速等参数，逐段监测巷道阻力，实现通风阻力实时在线监测。大气压：20Pa相对湿度：±1%fs温度:±0.5℃1通风参数监测-监测传感器分级布置

矿井通风监测重点是风速和压差。通过准确监测井筒级、大巷级、采区巷道级、工作面顺槽级的进回风巷道风量及阻力变化情况，为通风技术准确决策、隐患及时发现提供全面、准确依据。数据驱动技术决策、分级把控通风隐患四、智能通风建设内容1通风参数监测-设备配置四、智能通风建设内容序号设备名称型号单位1煤矿用电子风速表CFD15台2矿用本安型风压表CPD120（A)台3绝对压力温湿度传感器GD3台4煤矿用风速传感器GFC15台5压差传感器GPD1000台6巷道全断面风量自动测量装置定制套7超声波线风速传感器定制套8矿用本安型分站KJ90-F16(B)台9矿用隔爆兼本安型直流电源KDY660/24B(A)台2通风技术智能决策四、智能通风建设内容

通风智能决策与控制系统将通风参数监测、通风调控决策、通风动力监测控制、通风设施监测控制融合为一体化，全面管控矿井通风系统合理运行。2通风技术智能决策-全矿井通风阻力参数精测

CFD15电子风速表CPD120矿用本安型风压表主要参数：测量量程：0.1~15m/s测量精度：0.1m/s启动风速：≤0.1m/s测量量程：700~1200hPa测量误差：0.05%F.S.通过现场调查和测定获取井巷风阻等通风基础参数是通风计算与智能决策的首要前提，采用高精度气压表、超声波风速表等仪器，精细化测定煤矿井下所有巷道风阻分布情况，为通风网络模型构建及通风系统调整精准决策提供真实可靠的基础参数。四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-风网监测解算借助监测手段对井巷关键位置通风参数实时监测，结合通风网络动态解算模型，实现全矿井通风网络的实时在线的智能化监测，消除风量监测盲区，为矿井通风系统故障判识，控风方案决策提供数据支撑。解算结果展示一张图通风网络实时解算四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-隐患辨识与故障诊断图形报警文字报警通过分析井下实时监测与动态解算数据，对包括风速超限、风流短路、循环风等通风隐患异常情形和主通风机、局部通风机、风门等通风设施故障以文字、图形渲染等方式进行智能报警。隐患类型：巷道无风、微风、工作面供风不足通风布置不合理（循环风、有害角联）漏风超限、瓦斯超限、火灾预警等故障类型：主通风机故障停风；局部通风机停风风门、风窗故障关不上。调不到风门闭锁失效等四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-二三维一体化展示

通风网络二三维一体化监测通过与数据库关联，将二维与三维有效融合；以巷道系统玻璃体透明化模式实现了实现巷道内部环境的实景还原，同时实现通风设施设备、井下机电设备等通风、爆炸相关物体的全局浏览，为真正通风一张图构建奠定了基础。设施设备全局浏览四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-避灾路线规划

灾变发生后，根据监测信息，以通风系统拓扑图为依据，规划避灾路径，可与人员定位系统、广播系统等联动，实时发送避灾路线到井下人员手机。四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-控风方案辅助决策按需控风：根据采掘区域用风需求，动态核定需风量，智能判识通风网络状态，以安全与高效为目标，智能给出通风系统调节方案。为主要通风机、局部通风机、自动风窗自动调节提供依据。灾变控风：井下发生灾变时自动生成避灾路线，给出通风设施调控建议，远程解锁，可一键控风。四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-控风方案辅助决策四、智能通风建设内容以《煤矿安全规程》、《煤矿矿井风量计算方法》等法规和标准为基准，借助煤矿安全监控系统自动获取用风量计算的关键信息，实时计算实际需风量；当主扇实时监测供风量小于实际需风量时及时预警，并根据风机性能曲线自动给出调风策略；当主扇供风量大于实际需风量一定富裕系数且持续一段时间时，分级发出提示信息。2通风技术智能决策-通风设施设备远程控制主要通风机、局部通风机、风门、风窗实现远程自动控制，以通风智能决策方案为依据，实现全矿井、采盘区、采掘工作面等不同层级风量动态调控。四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-主要通风机控制区域风量调节区域需风量计算：以采掘面、备采面、硐室、其他用风点监测的瓦斯、一氧化碳、人员数量等为依据，动态计算主扇控制区域需风量。主扇工况调控决策：需风量大于供风量一定比例时增加频率，需风量小于供风量一定比例时降低频率。主扇工况自主调节：控制设备与决策系统联动，授权状态下实现主扇频率与风量互馈调控。四、智能通风建设内容2通风技术智能决策-采区风量智能调节用风点需风量计算：以采区需风点的瓦斯、一氧化碳等监测数据动态计算采区需风量。调控位置确定：将采区简化为单一分支，计算网络分支灵敏度、采区所在分支被影响度并排序，确定调控位置。采区外部设施联动调控：以采区需风量为基准，采区外部通风设施与采区风量互馈调控。四、智能通风建设内容自动调风考虑因素：风速、瓦斯浓度、采空区漏风、粉尘浓度等变化趋势根据瓦斯浓度自动调风案例限产调风瓦斯浓度T2通风技术智能决策-采掘工作面风量调控四、智能通风建设内容根据有毒有害气体、粉尘、风速、压差等监测数据及其变化趋势，通过关联回路的远控风窗等自适应调节，实现采煤工作面风量的自主调节。

当超出通风能力调控范围时，可提醒控制皮带、采煤机等生产设施实现安全生产。回采面2通风技术智能决策-采掘工作面风量调控四、智能通风建设内容根据有毒有害气体、粉尘、风速等监测数据，通过局扇自动调频实现掘进工作面风量的自主调节。当超出通风能力调控范围时，可提醒控制掘进机、皮带等生产设施实现安全生产。掘进面2通风技术智能决策-采掘工作面风量调控四、智能通风建设内容3通风动力智能控制-主要通风机状态监测与故障诊断电液控制无压风门通过对主通风机风量、风速、轴温、震动、频率、电压等参数在线监测，利用数据分析方法，深度挖掘主通风机运行状态特征，得到主通风机运行状态特征。进而实现对主通风机设备的参数监测、健康分析、故障诊断以及未来运行状态的预测预警。主通风机监控系统风量轴温负压温度湿度频率扇叶角度震动电压电流噪声风速瓦斯浓度监测参数：四、智能通风建设内容3通风动力智能控制-主要通风机集中控制

合理工况调节：建立主要通风机不同频率运行工况特性曲线库，基于风网需风量建立工况曲线查找模型，利用现有的通风机工况变频调节关键装置，实现了主风机风量的自主调节。

主扇倒机：通过主备机热备方式，自动控制自密型百叶窗风门开启与闭合，将传统倒风过程的“短暂停风”转变为“风量波动”，将倒机时间缩短至1min左右一键自动反风：开发双风机动力装置与附属设施协同集控软硬件系统，实现双风机热备用条件下的一键启动与切换，地面通风动力的一键式联动反风。四、智能通风建设内容3通风动力智能控制-主要通风机集中控制四、智能通风建设内容变频调节主通风机，变频器将交流整流成直流，再通过逆变器逆变成所需要的频率的交流，从而间接调节主通风机转速实现风压、风量的动态调节，该方法具有安装方便、性能稳定、便于维修、价格低廉等特点。3通风动力智能控制-主要通风机集中控制四、智能通风建设内容矿井动叶片可调轴流主风机，该风机根据矿井需风量需要，在不停风状况下通过液压系统调整风机叶片角，实现风压、风量的动态调节，该方法具有调节范围宽、运行效率高等优点，与旋轴流风机相比，动叶片可调轴流主风机的高效区明显升高。3通风动力智能控制-局部通风机智能控制具有掘进工作面需风量自动计算、局部通风机设备状态与环境参数监测感知、按需供风变频智能控制；实现局部供风风筒漏风率自动测算、风电瓦斯电远程实验闭锁与工况闭锁、主备风机远程一键切换、瓦斯排放智能变频控制。T1：掘进迎头甲烷传感器T2：回风回流甲烷传感器T3：混合风流甲烷传感器T4：局扇周围甲烷传感器F1：掘进迎头风速传感器F2：风筒出口风速传感器四、智能通风建设内容3通风动力智能控制-局部通风机智能控制四、智能通风建设内容根据掘进工作面需风量预测模型，结合工作面风筒风量传感器监测信息，渐进式互馈调整变频器工况参数，实现掘进工作面风量的最优，目前掘进工作面变频器主要有流道式和分体式两种。局部通风机及调控系统局部通风机控制系统3通风动力智能控制-局部通风机智能控制四、智能通风建设内容3通风动力智能控制-局部通风机智能控制序号设备名称型号单位1压入式对旋轴流局部通风机FBDNO7.1/2×45台2双电源双变频调速器BPJ1-110/1140SF台3智能开关QJZ-2*160SF/1140套4分风装置/台5支架/个6风筒风量传感器GFT999个7激光甲烷传感器GJJ100（A）个8矿用本安型分站KJ90-F16(B)台9矿用隔爆兼本安直流电源KDY660/24B(A)台10矿用本安型摄像仪KBA18（C）个11矿用浇封兼本安直流电源KDY660/18(A)个四、智能通风建设内容3通风设施智能控制-风门远程自动控制正常通风情况下，两道风门之间设置闭锁功能，密封性良好，防止进、回风巷之间出现风流短路；在出现火灾、爆炸等危险情况时，通过地面风门远程控制系统，解除风门闭锁功能，实现两道风门远程自动打开，稀释烟流，人员避灾。四、智能通风建设内容3通风设施智能控制-风门远程自动控制序号设备名称型号单位1调节风窗（门顶）尺寸定制/2道套2矿用隔爆兼本质安全型风门电控箱KXJM-127（A）台3矿用本安型编码器BQH12个4矿用本安型位置传感器GUD8（A）个5风门气控箱不锈钢材质个6风窗气控箱不锈钢材质个7矿用本质安全型光控传感器GGZ50台8声光报警器KXB24台9矿用本质安全型红外接收器GUH10S（A）台10矿用本质安全型红外发射器GUH10F（A）台11风门气动执行机构/个12风窗执行机构/个13气动限位机构/个14矿用本质安全型网络摄像仪KBA18（C）个15矿用浇封兼本安直流电源KDY660/18(A)台四、智能通风建设内容3通风设施智能控