矿井智能通风现状与智能控制系统构建.pdf
《矿井智能通风现状与智能控制系统构建.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《矿井智能通风现状与智能控制系统构建.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、扫码阅读下载张景钢,王清焱,何鑫.矿井智能通风现状与智能控制系统构建J.矿业安全与环保,2023,50(5):37-42.ZHANG Jinggang,WANG Qingyan,HE Xin.Research status and system design of intelligent mine ventilationJ.Mining Safety&Environmental Protection,2023,50(5):37-42.DOI:10.19835/j.issn.1008-4495.2023.05.006矿井智能通风现状与智能控制系统构建张景钢1,王清焱2,何 鑫1(1.华北科技学院
2、 安全工程学院,河北 廊坊 065201;2.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054)摘要:矿井智能通风是智慧矿山建设的重要内容。通过对现有的矿井智能通风技术研究进行总结和分析,深入探讨了智能通风的基本理论,明确了目前矿井智能通风存在的问题与关键技术,并进一步对智能通风的关键技术进行了创新性的探索。最后基于关键技术开展智能模块与智能系统的研究,成功构建了一个综合性的矿井智能通风与灾变应急控制系统,为矿井的通风提供了更加智能和高效的解决方案。关键词:矿井智能通风;关键技术;智能模块;智能系统;矿井智能通风与灾变应急控制系统中图分类号:TD722;TD67 文献标志码:A 文章
3、编号:1008-4495(2023)05-0037-06收稿日期:2023-01-12;2023-03-19 修订基金项目:中 央 高 校 基 金 项 目(3142013103,3142012029);华北科技学院教研项目(HKJYGH202003)作者简介:张景钢(1981),男,山东烟台人,教授,从事煤矿安全、安全管理、风险评估、应急管理等方面的研究工作。E-mail:xagn 。Research status and system design of intelligent mine ventilationZHANG Jinggang1,WANG Qingyan2,HE Xin1(1.S
4、chool of Safety Engineering,North China Institute of Science and Technology,Langfang 065201,China;2.College of Safety Science and Engineering,Xian University of Science and Technology,Xian 710054,China)Abstract:The construction of intelligent mine ventilation is an important content of the construct
5、ion of intelligent mine.By summarizing and analyzing the existing research on intelligent ventilation technology in mines,the basic theory of intelligent ventilation is deeply discussed,the existing problems and key technologies of intelligent ventilation in mines are clarified,and the key technolog
6、ies of intelligent ventilation are further innovatively explored.Finally,based on the research of intelligent modules and intelligent systems on the basis of key technologies,a comprehensive mine intelligent ventilation and disaster emergency control system is successfully constructed,which provides
7、 a more intelligent and efficient solution for mine ventilation.Keywords:intelligent mine ventilation;key technology;intelligent module;intelligent system;mine intelligent ventilation and disaster emergency control system 矿山开采涵盖了采煤、掘进、机电、运输、通风五大子系统。其中,矿井通风作为煤矿安全生产最重要的技术保障,主要调节井下空气环境,确保煤矿用风地点的空气质量达到规
8、定的标准。在煤矿开采过程中,由于其不断变化的工作环境及地质条件,需采用更加完善的通风系统,保证人员生命安全,做到安全风险防控前移,降低事故的发生概率。21 世纪以来,伴随科学技术的蓬勃发展和矿井设计水平的不断提高,为提高煤矿的安全水平及其核心竞争力,必须融合信息技术发展优势,推动煤炭产业走现代化工业之路。即积极引进国内外领先的技术,全方位提高矿井的智能水平,建立新型智能矿井。2018 年,住建部颁布 GB/T 512722018煤炭工业智能化矿井设计标准,确立了煤矿智能化改造和建设的标准1;2020 年,多部委联合印发了关于加快煤矿智能化发展的指导意见,明确提出借助先进技术实现“机械化换人、自
9、动化减人、智能化无人”的近期目标2。矿井通风作为矿山开采的主要生产辅助系统,加快建设矿井智能通风系统成为了目前矿井智能化建设的重要环节。笔者基于文献调研分析,阐明矿井智能通风的73第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection Vol.50 No.5Oct.2023研究现状,并在其关键技术方面进行创新性探索。在此基础上,对矿井智能通风开展智能模块与系统研究,构建综合性的矿井智能通风与灾变应急控制系统。1 矿井智能通风理论随着矿井通风智能化建设的不断推进,多位学者对矿井智能通风的定义和内涵展开了深入探讨。
10、卢新明等3指出智能通风技术是根据井下不同的气候参数变化,确保各用风地点的新鲜充足空气供应;邵良杉等4认为智能通风系统应基于井下物联网、人员定位等系统,采用系统工程技术等理论,实现风网实时解算,以及风门、风窗、风机的动态实时调整。结合前人的研究成果及其他领域智能化研究,认为矿井智能通风是指运用互联网的高新科技,工业的自动化、无人化技术,解决矿井智能通风问题,实现矿井风量的自动分配,矿井通风设施的自动调控,灾变时的联动应急调控。其核心思想是将现有的数据收集、处理、控制、通风等技术有机地联动,依据“平战结合”的原则,在正常通风和灾变的情况下,根据不同的情况,进行智能决策和调节,以实现日常通风的自动管
11、理维护与灾变期间对风流的紧急控制5。2 目前矿井智能通风存在的问题2.1 矿井参数测定问题1)风网解算参数的测定。该参数涉及风速、风压和巷道断面积等多个方面。现阶段国内众多矿井仍采用传统的人工测定方法,但随着矿井深度的加深和巷道系统的复杂化,人工测定已难以保证零误差,且人工数据测定往往存在滞后,对突发情况无法及时呈现矿井的真实通风状况。2)矿井灾害参数的测定。矿井灾害参数主要包括矿井瓦斯与矿尘浓度、矿井巷道特殊气体浓度、工作面与采空区温度、矿井水文地质等参数。目前,国内对灾害参数的测定大多依赖人为感知或传统的人工测量,其误差较大。特别是在回风巷的气体组成、工作面与采空区的温度、矿井水文地质的测
12、量方面,因各矿井的实际状况及灾害测定周期的不同,对灾害的精确预测难度较大,往往导致无法及时应对矿井的实际隐患,也显示出明显的滞后性6。2.2 风网实时调节问题1)风量分配。目前矿井的风量分配依赖于矿井工作面的某些关键参数来进行测算,如温度、湿度、工作人员数量,以及 CO2和瓦斯含量等。数据精度的偏差和不恰当的测算方法均可能导致工作面的风量供应不足或浪费。此外,当前矿井的数据测量也存在较大的延迟,使用此数据进行通风网络解算可能对矿井的正常供风造成严重的后果。2)矿井通风调节设备。矿井风量调节不仅涉及调整主通风机的功率,同时也需对风窗、风门和调压室进行精细的风量调控,确保其定向或定量地流动。目前风
13、窗、风门及其他调压设施仍然依赖人工调节,尚未达到远程、智能、自动及独立的控制标准,存在风量过量或不足、多个设备的矿井风量联合调控等问题7。2.3 风机问题1)主要通风机。国内众多矿井的主要通风机用电量占据了整体矿井的 10%20%。在矿井通风设计阶段,对通风机设备的选型及其工况点的确定都预留有足够的余量,风机大都处于“大牛拉小车”的状态8。2)局部通风机。局部用风量受工作面的 CO2含量、地质构造、瓦斯等因素所影响,而局部通风机的风量输出往往保持恒定,无法根据具体掘进工作面的实时需求来进行风量的调整,更无法实现局部通风机的远程控制。2.4 灾害预知与应急控制问题许多矿井在灾害预测和灾变应急控制
14、方面尚处于相对原始的人为操作与控制阶段。矿工和管理者依赖于人工参数测定,或是基于直觉来对潜在的煤矿事故做出预判。值得关注的是,少数具有前瞻性的矿井已经建立了专门针对特定灾害类型的预测系统9。3 矿井智能通风的关键技术3.1 矿山模型技术现有煤矿图纸常以 CAD 图纸与纸质图纸的形式进行使用和保存,部分煤矿已初步采用矿山 GIS 系统。GIS 技术突破了传统 2D 图纸的空间局限,为复杂的矿山系统提供了三维立体的可视化展示。卢新明等3在 3D 模型基础上,构建了一套矿山 4D GIS 平台。该平台展现了矿山的三维模型、通风气候、地形、地质、井巷、硐室及工作面的空间和属性数据,同时属性参数能依据矿
15、井实际情况实时动态变化。本研究将隧道定位技术引入煤矿,即北斗隧道定位信号扩展系统(见图 1)。此系统由接收天线、83Vol.50 No.5Oct.2023 矿业安全与环保Mining Safety&Environmental Protection 第 50 卷 第 5 期2023 年 10 月卫星导航接收机、GNSS 再生信号源,以及适用于狭窄巷道中的微波漏缆组成10。接收天线主要负责捕获北斗信号,经由卫星导航接收器进行信号的放大、滤波及解析,获取卫星的实时数据,然后将该信息传输至 GNSS 再生信号源生成伪北斗信号,而微波漏缆主要负责将此信号发散出去,确保井下北斗信号的全覆盖。图 1 北斗隧
16、道定位信号扩展系统示意图3.2 参数精确获取技术1)风速参数国内风速传感器存在的精度与波动等问题,文献4-5提出了非固定式超声波时差风速测定法。该技术首先考虑传感器的位置,巷道中平均风速为一圈点,风速传感器应布置在距离顶板 r 的巷道中轴线上,r 值应根据巷道断面积、形状等因素,基于大数据理论与机器学习来确定。其次传感器本身,在超声波时差法中引入数字转换芯片(TDC),保证时间的精准性,同时引入湍流扰动抑制解耦算法,降低扰动造成的误差,由此制作的风速高精度测定传感器精度小于 0.1 m/s,从而实现井巷风速的在线精确实时测定。鉴于电子设备在矿井恶劣环境下的易损性,传感器的可靠度和准确度可能会受
17、到影响,传感器需使用抗腐蚀材料,具备自我清洁等功能,以确保其持续高效运作。2)风压参数针对精密的压力敏感元件进行深入的调研与分析,强调抗腐蚀、抗老化、耐高温潮湿与本质安全化,从中筛选出适合测量风流压力的元件。将其与自适应放大电路连接,实现信号的滤波与放大,整合温湿度参数测量功能,利用神经网络进行非线性校准,减小误差,构建自动补偿高精度传感器,测量精度控制在 1 Pa 左右5。但是针对不规则的巷道,特别是大断面、低风阻的巷道,测量精度可能会有较大偏差,甚至可能超过巷道本身阻力。因此,在特定巷道可结合压差计法进行综合测量,从而确保矿井风压在线精准测定。3.3 矿井通风网络的优化调节技术通风网络的优
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 矿井 智能 通风 现状 控制系统 构建
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。