[发明专利]煤矿掘进工作面局部通风智能控制方法及通风控制系统

说明书

本发明涉及一种煤矿掘进工作面局部通风智能控制方法，包括如下步骤：在煤矿掘进工作面的掘进口布置通风机，在煤矿掘进工作面各处布置传感器，并建立井下控制系统；建立上位机监控系统与井下控制系统的通信协议；在上位机监控系统中预设掘进工作面参数，建立有限元数学模型；上位机监控系统根据井下控制系统的反馈量及有限元数学模型进行对比分析计算，得到掘进工作面的需风量；上位机监控系统通过计算将需风量的数值转换成风机的转速，并将该转速通过传输接口送至井下控制系统的变频器，控制通风机转速。本发明能够提前得到煤层瓦斯、煤尘的释放量，以此为依据进行通风控制，使通风控制更准确，具备很强的市场竞争力，经济效益好。

技术领域：

本发明涉及矿山安全技术领域，尤其涉及一种煤矿掘进工作面局部通风智能控制方法及通风控制系统。

背景技术：

随着煤矿自动化水平的不断提高，对矿用电器设备的可靠性、连续性和灵活性提出了越来越高的要求。掘进通风的目的是不间断地冲淡并排出掘进工作面煤层释放出的有害气体(CH4、CO等)，稀释瓦斯浓度，并给工作人员提供新鲜空气，消除煤矿重大安全隐患。当掘进巷瓦斯浓度超过1.5％时，必须采取安全措施，控制风流，排放瓦斯，所以掘进通风是保证矿井安全生产的必要手段。局部通风机是掘进通风的核心设备，由局部通风机及其控制设备组成的通风系统是保证掘进工作面通风连续性必备的重要措施。局部通风机工作的可靠性和灵活性直接影响着矿井掘进通风和瓦斯的安全排放；而且，占全国煤矿总数的90％以上的中小型煤矿，都采用单巷掘进的采煤方法。所以对煤矿井下掘进工作面自动通风控制系统的研究对于保障井下工人的生命安全和矿井的安全生产具有非常重要的现实意义。

《煤矿安全规程》规定，掘进工作面局部通风机供电必须实现“三专两闭锁”，其目的在于减少其它动力电源故障对局部通风机供电系统的影响，提高局部通风机供电的可靠性，减少或杜绝掘进工作面瓦斯事故。山西省煤炭工业管理局于2003年下发了《山西省“一通三防”管理规定》，规定在“三专两闭锁”的基础上，进一步要求“掘进工作面局部通风机应实现双电源供电，双风机配置(互为备用)，两者之间应能自动转换”。几年来的实践证明，双风机、双电源供电方式使局部通风机工作可靠性有了一定提高，但局部通风机无计划停电、停风及漏风造成瓦斯积聚乃至酿成事故的情况仍屡有发生；另一方面，当巷道出现瓦斯积聚，需要进行瓦斯排放处理时，使用人工控制供风量的传统方法进行瓦斯排放，可靠性和控制精度得不到保障，容易产生“一风吹”现象。

在矿井掘进工作面局部通风机控制方面，世界各国的研究和发展水平很不平衡。采煤技术较先进的英国在八十年代初期，就将计算机控制技术应用于矿井提升、排水、供电、运输、通风等和矿井生产息息相关的各个关键环节，在提高矿井自动化水平、保证生产安全、节约能源、提高生产效率等方面产生了巨大的推动作用。在欧洲、美洲乃至大洋洲国家的矿井掘进方式大多是单巷独立掘进，采用一巷一局部通风机的通风方式，备用局部通风机处于冷备用状态，他们依靠电源、局部通风机和控制设备的工作稳定性来保障掘进通风的连续性。可以看出，计算机控制技术在掘进工作面供电设备中的应用大大提高了局部通风机供电的可靠性。变频调速技术在国外矿井设备中应用的比较早，如德国、英国、日本等国家在上世纪八、九十年代就已经将变频器应用于矿井局部通风机控制，使局部通风机转速随着全风压风流混合处瓦斯浓度的变化而变化，实现了瓦斯浓度无超限自动排放，在很大程度上提高了瓦斯排放的安全性。

我国在矿井掘进工作面局部通风机控制技术研究方面起步较晚但是随着矿井自动化的建设，其技术也不断进步。2003年，我国开发出了“JDQB一lJ局部通风机双电源自动切换闭锁装置”等保证局部通风机连续供电的控制设备，并且在煤矿上推广应用。从理论上讲这种装置可以降低无计划停风的概率，但由于装置相互之间缺乏可靠的信息交互环节，仍然不能从根本上减少或杜绝无计划停电停风事故的发生。