“矿井智能通风与防灭火技术”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“矿井智能通风与防灭火技术”专题

来源：工矿自动化

专题来源于《工矿自动化》2021年第9期。2020年1月7日全国煤矿安全生产工作会议指出“一通三防”工作薄弱问题亟待解决，要求强化风险意识，完善安全预防控制体系，推进矿井智能化建设。2020年2月25日，国家发展改革委、国家能源局、应急管理部等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，明确将矿井通风与安全保障纳入煤矿智能化建设的重点。在矿井智能化高效生产体系升级过程中，采掘接替加快，内外因火灾风险提高，防灭火技术亟需创新发展。为交流共享矿井智能通风与防灭火技术在重大科学问题、关键技术装备、工程应用等方面取得的最新科技成果，推动矿井智能通风与防灭火技术体系的发展，保障矿山安全高效生产，《工矿自动化》编辑部特邀中国矿业大学秦波涛教授担任客座主编，仲晓星教授、王凯教授担任客座副主编，在2021年第9期组织出版“矿井智能通风与防灭火技术”专题。

行业视野: 安全
类别; 101个
关键词; 72位
专家; 16篇
论文; 5350IP
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近距离煤层复合采空区煤自燃综合防治技术

作者(Author)：秦波涛, 高远, 史全林, 时国庆

摘要：我国近距离煤层赋存比重大，开采时多个采空区易连通形成复合采空区。复合采空区面积大、漏风区域多、遗煤分布范围广，煤自燃灾害极为严重。针对某矿复合采空区煤自燃迅速发展、CO和C2H4大量涌出的异常情况，综合分析了复合采空区漏风源、漏风汇、地质构造、回采期间丢煤情况及煤自燃气体涌出特征等因素，确定了复合采空区煤自燃高温隐患的分布范围及发展状态，制定了隐患应急控制与隐患高效治理的“两步走”综合治理方案，采取均压与喷浆结合减少漏风、注氮惰化采空区等措施达到隐患应急控制的效果，在此基础上，划分出治理煤自燃隐患的有效措施区域，采用复合泥浆封堵、液态CO2冷却降温、三相泡沫覆盖隔氧技术实现隐患高效治理目标，构建了“堵漏控风-惰化降温-覆盖隔氧”三位一体的复合采空区煤自燃综合防治技术体系。应用上述技术后，复合采空区内C2H4体积分数由72.1×10-6降低至0，CO体积分数由3 912.6×10-6下降至20×10-6以下并保持稳定，有效消除了该矿复合采空区煤自燃高温隐患，保障了邻近工作面的安全高效开采。

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工矿自动化

2021年第09期

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矿井煤自燃监测预警技术研究现状及智能化发展趋势

作者(Author)：仲晓星, 王建涛, 周昆

摘要：煤自燃是煤炭开采过程中面临的主要灾害之一，对煤自燃特征参数快速准确监测、危险程度及时预警是实现煤矿安全高效生产的重要保障。从煤自燃前兆信息监测技术和预测预报方法2个方面综述了煤自燃监测预警技术的原理及研究与应用现状，剖析了现有煤自燃监测预警技术存在的主要问题：① 煤自燃前兆信息一体化监测受井下环境干扰大；② 预测指标体系和模型构建侧重实验，难以与现场实际有效衔接；③ 煤自然发火有效样本少，预测时效缺乏超前性。立足于煤矿智能化发展趋势，提出了煤自燃智能化监测预警技术的研究展望：① 建立煤自燃超前预警与即时预报联合预测模式；② 发展机理建模与机器学习相结合的多源信息融合分析方法；③ 构建矿井一站式、可视化、智能化煤自燃监测预警平台。以期提升煤自燃监测预警能力、提高煤矿安全智能化发展水平。

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工矿自动化

2021年第09期

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矿井局部通风智能调控系统及关键技术研究

作者(Author)：程晓之, 王凯, 郝海清, 陈瑞鼎, 吴建宾

摘要：目前矿井局部通风自动控制方式采用手动调节通风机频率，且风筒参数依靠人工采集，缺少准确、可靠的监测方法来反映通风状态，无法为准确调节风量提供依据。针对矿井局部通风智能化建设需求，提出了矿井局部通风智能调控系统，从系统组成、原理、功能等方面详细介绍了系统总体设计方案。根据多传感器实时监测数据，提出了局部通风参数计算方法及通风系统功耗分析方法，通过分析风筒阻力动态分布对风筒阻力和功耗异常进行研判和快速定位，结合监测参数对风量进行超前模拟，以确定最佳供需匹配调控方案。根据工作面瓦斯涌出规律，提出了基于瓦斯涌出量监测和通风机变频调风稀释瓦斯的智能调风方案，制定了5种局部通风机变频调控规则，实现了局部通风智能化供需匹配。采用贝叶斯网络算法对局部通风机和传感器设备健康状况进行诊断，利用粗糙集和遗传算法提取局部通风正常供风和故障状态的特征样本和前兆信息，基于支持向量机建立局部通风故障决策规则，建立局部通风异常研判和预警模型，实现了对局部通风状态及发展态势的研判及预警。以某矿掘进工作面局部通风为例验证了该系统通风参数计算方法，为局部通风异常研判与预警提供了基础数据。

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工矿自动化

2021年第09期

421

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矿井分区域通风系统优化设计

作者(Author)：刘昆轮, 韩耀中, 秦存利, 王刚

摘要：现有通风系统优化设计大多是针对普通矿井通风系统，很少有针对分区矿井通风系统的优化设计。针对该问题，为实现井下风网的均衡通风，以新疆乌鲁木齐乌东煤矿为研究对象，利用通风阻力测定及通风网络解算方法对其分区通风系统稳定性进行分析研究，结果表明：① 乌东煤矿在南北分区主要通风机对拉及自然风压变化作用下，+400 m水平轨道大巷风量极不稳定，经常出现少风甚至风流反向的情况。② 主要通风机效率低，南区为42%，北区为38%，工况点对应的矿井通风阻力值低于高效区阻力值。③ 乌东煤矿秋冬两季自然风压变化较大，北区自然风压最大波动大约为65 Pa，影响北区主要通风机的稳定运行。针对乌东煤矿分区通风系统存在的问题提出了优化设计方案：在北区各生产水平施工调节风墙、风门等通风设施，增大北区通风阻力，并根据矿区实际情况提高南区配风量，适当提高矿井负压，在+400 m水平轨道大巷中增加风量调节设施，加强该巷道的风量监测，避免风量超限。优化方案实施后，北区负压有所提高，利于对抗自然风压的变化，北区各水平增阻调节后，矿井阻力分布相对合理、风流相对稳定，提高了矿井通风系统的安全稳定性，主要通风机效率也有了明显提升；+400 m水平轨道大巷在南北压差的作用下风流方向能够保持稳定，没有再出现少风、风流反向的问题，风量的稳定性也大大增加，其他主要用风地点的风量、压力未出现异常，主要通风机运行的平稳性提高了，证明了优化方案的有效性。

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工矿自动化

2021年第09期

500

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突出灾变后瓦斯风压诱致风流振荡机理研究

作者(Author)：周爱桃, 胡嘉英, 王凯, 杜昌昂, 雷欢

摘要：风流振荡效应是灾变后矿井通风网络的重要特征，但目前对风流振荡现象研究较少，且缺乏对风流振荡特征的深入探讨。针对上述问题，以并联下行通风网络为研究对象，对灾变风流和瓦斯气团呈现的振荡效应进行了研究。基于阻尼振动理论构建了开环气流振荡模型，在Matlab软件中采用龙格-库塔法进行数值求解，分析得出瓦斯气团在并联巷道中的振荡特征：随着初始风速增大，瓦斯气团的振幅增大，瓦斯在并联管路中的影响范围将扩大。建立实际巷道的相似模型，模拟并联巷道内风速随时间变化的情况，实验结果表明：由于瓦斯风压和通风机风压的作用，并联巷道中出现了风速反复增大、减小现象，即风流振荡现象；初始风速由0.35 m/s增大至0.62 m/s时，风流振荡时间由50 s缩短至35 s，并且最大反向风速由-0.4 m/s左右变为-0.12 m/s左右，说明增大初始风速有利于瓦斯气团扩散和排出。提出了并联倾斜瓦斯积聚井巷风流振荡的预防与控制措施：对空气支路施加挡风措施；对瓦斯支路加强局部通风，增大风速。

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工矿自动化

2021年第09期

383

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改进遗传算法优化的矿井局部通风机模糊PID控制器设计

作者(Author)：胡业林, 邓想, 郑晓亮

摘要：目前局部通风机控制主要采用传统PID控制器，控制器的参数固定且多依据经验选取，很难实现隶属度函数和模糊规则的最优组合，使得控制器难以满足局部通风机自适应的控制要求。针对该问题，设计了一种改进遗传算法优化的矿井局部通风机模糊PID控制器。在改进遗传算法中引入欧氏距离提高种群的多样性，同时引入自适应交叉和变异概率来提高算法的收敛性。在编码过程中采用比例分数间接实现对隶属度函数的优化，使得改进遗传算法能够同时优化隶属度函数和模糊规则。将优化得到的隶属度函数和模糊规则导入模糊PID控制器中，控制器能够根据局部通风机的不同工作状态，通过变频器自适应调整局部通风机的风量，实现对局部通风机的动态调节。仿真结果表明，相较于传统模糊PID控制器，改进模糊PID控制器可基本实现无超调，且上升时间缩短了56.25%，稳定时间缩短了47.06%，能够更好地满足矿井局部通风机的控制要求。

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2021年第09期

340

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掘进工作面长压短抽通风出风口风流调控参数研究

作者(Author)：龚晓燕, 彭高高, 宋涛, 冯雄, 陈菲, 刘辉, 谢沛, 薛河

摘要：掘进工作面长压短抽通风方式下出风口风流不能根据掘进过程的实际需求进行动态调控,进而造成风流分布不合理，粉尘聚集严重。现有针对掘进工作面长压短抽通风出风口风流分布及降尘效果的研究都只是单一地分析了风筒出风口参数变化对掘进工作面风流分布及降尘效果的影响，未考虑各参数之间对粉尘场运移分布的交互影响，且对在不同掘进阶段，出风口参数如何综合变化才能达到最佳的通风降尘效果的研究不深入。针对上述问题，以陕西榆林神木柠条塔矿S1204掘进工作面为研究对象，建立了出风口参数可以变化的风流调控有限元模型，模拟分析了风筒出风口参数变化对风流及粉尘浓度运移分布的影响，通过数值分析选取了风筒出风口口径、水平右偏角度和垂直上偏角度作为出风口风流动态调控参数，提取了不同风流调控参数调控后司机位置及回风侧行人位置处的风速及粉尘浓度数据。通过小生境遗传算法，以司机位置及回风侧行人位置处的粉尘浓度同时最低为优化目标对提取的风流调控数据进行挖掘分析，获取了S1204掘进工作面出风口距掘进端面最近距离5 m和最远距离10 m时的最佳风流调控参数：在5 m处，出风口口径为1.1~1.2 m，水平右偏角度为10~15°，垂直上偏角度为3~6°；在10 m处，出风口口径为0.8~0.9 m，水平右偏角度为0~5°，垂直上偏角度为0~3°。搭建了1∶5相似模拟的S1204掘进工作面风流智能调控实验测试平台，对最佳风流调控参数进行了测试分析，结果表明：司机位置处粉尘浓度最高降低了52.3%，回风侧行人位置处粉尘浓度最高降低了60.6%，验证了最佳风流调控参数的准确性。

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工矿自动化

2021年第09期

383

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基于YOLOv5的矿井火灾视频图像智能识别方法

作者(Author)：王伟峰, 张宝宝, 王志强, 张方智, 任浩, 王京

摘要：针对煤矿井下光照分布不均匀造成视频图像失真，火灾识别精度低等问题，提出了一种矿井火灾视频图像智能识别方法。该方法以YOLOv5为识别模型，采用K-means算法对传统的暗通道图像去雾算法进行改进，并用改进算法对采集的火焰图像进行去雾处理，提高矿井火灾视频图像识别精度；为减少静态背景对火灾识别的影响，采用帧差法与混合高斯模型融合算法，对动态演化的火焰图像进行特征提取，并采用形态学处理算法消除图像中存在的缺口，从而得到更加完整的火焰目标图像；对火灾视频图像数据集进行标注，并输入到YOLOv5算法模型进行训练及测试。结果表明：基于YOLOv5的矿井火灾视频图像智能识别方法平均精度为92%，损失函数为0.6，比传统算法Alexnet，VGG16，Inceptionv3的平均精度分别高9.6%,13.5%,4.9%，表明该方法检测速度快、精度高，可有效提高矿井火灾识别准确率。

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工矿自动化

2021年第09期

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