矿井通风的意义

井工煤矿占全国总煤矿数量90%以上，对于地下矿井来说，通风是必不可少且十分重要的环节，主要体现在以下3 个方面。

（1） 通风是井下工人呼吸空气的“动力之源”，地下几百甚至上千米的矿井，需要源源不断把新鲜空气运送到工作地点，才能保证工作人员正常呼吸，依据《煤矿安全规程》规定，供给风量不得少于4m3/ （min·人），氧气浓度不低于20%。

（2） 通风是排出危害气体、粉尘的重要方式，包括瓦斯、二氧化碳、一氧化碳、二氧化氮和二氧化硫等，不及时排出会导致人员中毒、窒息等。采掘作业过程中还会产生大量粉尘，煤尘存在爆炸风险，岩尘和煤尘是职业尘肺病的源头。因此，必须保证新鲜空气源源不断地流经井下作业场所，稀释并排出有害气体和粉尘。

（3） 煤矿井下湿度大，地热明显，各种设备在运转过程中产生热量，通风可以有效降低井下环境温度，为井下工人工作、机器运转创造一个较为合适的气候环境条件。

通风管控该如何实现

矿井通风是通过井下巷道形成通风网络来实现，为了使井下风流沿指定路线流动、分配，就必须建立强大的通风动力装置，即通风机，促使风流源源不断供给，并在部分巷道内安装引导控制风流的风门、风窗等构筑物，起到引导和隔断风流的作用，形成稳定安全的通风系统。矿井通风网络示意如图1 所示。

图1　矿井通风网络示意

矿井通风系统中通风机是核心部件，负责产生足够的风量和风压，将风流通过井下巷道传输到矿井各个区域，风门、风窗用于调节风源流通方向和风量，矿井通风系统如图2 所示。

图2　矿井通风系统

根据井下生产作业等综合需要，局部通风机将风通过风筒送达矿井各个工作面和巷道，矿井局部通风机实物和安装效果如图3 所示，煤矿井下风门如图4 所示，煤矿井下风窗和安装效果如图5 所示。

图3　矿井局部通风机实物和安装效果

图4　煤矿井下风门

图5　煤矿井下风窗和安装效果

风井用于排除有害气体和粉尘，在巷道中布置多个风速传感器和环境监测设备，实时监测矿井内环境参数，用于监测风流方向、风速、温湿度参数以及各种气体浓度，单点和对射式风速风向传感器如图6 所示。

图6　单点和对射式风速风向传感器

稳定可靠的矿井通风系统是煤矿安全绿色生产的重要保障。目前以机械式、半自动化式通风技术装备为主的管控模式，难以达到精细化管控的要求，井下人工巡检耗时费力，精确度和效率较低，推动矿井通风系统智能化发展是势在必行。

智能通风管控系统组成

智能通风与智慧矿山深度融合，形成全面感知、实时互联、协同控制的智能通风系统，实现通风信息监测感知、通风隐患自动判识、通风安全动态预测、通风调控智能决策和通风设备协同自动控制。

智能通风系统由三维矿井通风智能管控平台、全局通风智能感知系统、成套调风控风智能设备设施和灾变风流应急调控技术装备构成。智能通风系统框架如图7 所示，智能通风系统控制界面如图8所示。

图7　智能通风系统框架

图8　智能通风系统控制界面

（1） 通风系统的“大脑”

通风智能管控平台是通风系统的“大脑”，通过采集监测系统的各项数据，进行通风阻力测定、风量解算、预警分析和决策控制。

（2） 通风系统的“神经系统”

全局通风智能感知系统是通风系统的“神经系统”，依靠各类传感器等监测设备，实时监测环境参数和设备的运行状态。

（3） 通风系统的“四肢”

成套调风控风智能设备设施和灾变风流应急调控装备是通风系统的“四肢”，智能平台的决策指令发送到各个装备，由装备的自动调节实现通风系统的精准管控。

智能通风管控系统功能

（1） 通风监测

在矿井风量风速监测感知方面，单点式超声波风速传感器、对射式超声波风速传感器已经广泛应用于井下风速在线监测。通过短时间多点、多次测试计算平均结果，实现巷道“点风速”到“面风速”监测升级，矿井风速测定示意如图9 所示。全断面扫描式全自动测风系统，测风误差达到±0.1 m/s，测风量程达到0.1~25 m/s，实现了巷道点风速、线风速准确监测，全断面扫描式全自动测风系统如图10所示。

图9　矿井风速测定示意

图10　全断面扫描式全自动测风系统

（2） 通风解算和分析诊断

通风解算和分析诊断技术主要对海量通风信息进行有序整理与筛选，通过数理算法模型，定量化分析通风系统各项数据，评估通风系统安全态势，准确定位排查危险隐患和故障，实时掌握通风系统人-机-环全方位运行状态。

通过回路风量法和风量平差计算模型，在全矿井所有风压风速传感器的1 个巡检周期能够内完成1 次解算，实时解算结果准确率大于90%；火灾时期通风网络采用风量风压-风流温度-各类有毒有害烟气-氧气浓度的风流模拟多物理场耦合模型，进行火灾风流快速模拟解算，快速确定灾源位置和灾变类型，通风网络火灾风流模拟解算流程如图11所示。

图11　通风网络火灾风流模拟解算流程

（3） 通风决策

依据监测数据和安全运行目标，建立自主决策流程算法模型，自动解算得出矿井通风动力与通风设施的调控方案，包括矿井最优供风、风量按需调控、灾变应急控风、避灾路线规划等通风业务，自动在线决策生成上述通风业务的执行方案，矿井分区域控风方案自主决策流程如图12所示。

图12　矿井分区域控风方案自主决策流程

当事故发生时，根据事故灾变源诊断定位结果，自动得出可消除故障的矿井通风动力与通风设施应急联控方案，并结合安全监控、人员车辆定位等相关系统信息，在线自动生成安全逃生路线和人员避灾路线，兼顾人员安全迅速撤离和灾员快速有效控制。

（4） 通风控制

远程控风无人化对矿井通风动力、通风设施进行精准有序的互联控制，自动控制风门实现红外感应/遥控、光控感应、图像识别等多种自动开闭控制模式，主通风机满足不停风切换、联动反风和定量供风智能化控制，局部通风机依靠变频调速，实现工作面的动态调风。

通风智能化发展趋势

在未来发展方向上，智能通风领域将进一步关联跨行业成果，吸收5G、物联网、大数据等技术，实现智能通风与灾变控制的纵向升级，突破矿井通风实时监测、智能决策和灾害控制一体化技术融合难题，开发出通风系统全场景三维网络智能决策云计算平台，进一步升级实时监测、精确调风、灾害预测、快速预警等功能，形成适应各种工况条件的成熟技术装备，实现智慧化通风管控。

策划：赵瑞 编辑：李雅楠