一、研究背景

長(cháng)距離掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)智能調控技術(shù)的研究和優(yōu)化，對保證礦井安全高效生產(chǎn)和礦工生命安全具有較大的理論與現實(shí)意義。現有技術(shù)多局限于局部通風(fēng)機本身進(jìn)行變頻調風(fēng)，少有基于長(cháng)距離掘進(jìn)工作面按需供風(fēng)導向的通風(fēng)安全保障技術(shù)研究。設計了局部通風(fēng)智能調控系統，建立了基于多特征供需匹配的非線(xiàn)性變頻調控模型，將局部通風(fēng)機智能變頻調控與瓦斯抽采結合，保障掘進(jìn)工作面用風(fēng)安全，并對局部通風(fēng)系統進(jìn)行健康評價(jià)，實(shí)現對長(cháng)距離掘進(jìn)工作面的通風(fēng)安全保障。

1、局部通風(fēng)智能調控系統總體設計

局部通風(fēng)智能調控系統由井下監控系統、通風(fēng)異常調控系統、地面工作站組成，如圖1所示。井下監控系統實(shí)時(shí)監控井下通風(fēng)機、風(fēng)筒和工作面，實(shí)現局部通風(fēng)機工作異常狀態(tài)研判預警、風(fēng)筒內部漏風(fēng)動(dòng)態(tài)分析、實(shí)際供需風(fēng)量動(dòng)態(tài)預測。通風(fēng)異常調控系統通過(guò)識別井下通風(fēng)參數異常情況，制定不同參數不同等級的風(fēng)險協(xié)同處置策略。地面工作站挖掘工作面風(fēng)流狀態(tài)與風(fēng)筒參數的潛在規律，形成風(fēng)流?風(fēng)筒調控模型，實(shí)現風(fēng)筒實(shí)時(shí)調控；建立變頻預測調風(fēng)模型，通過(guò)通風(fēng)機智能變頻實(shí)現按需供風(fēng)，并在通風(fēng)異常情況下，輔以鉆孔瓦斯抽采控制工作面瓦斯濃度。

2、局部通風(fēng)智能化管控

包括通風(fēng)機工作狀態(tài)監測、通風(fēng)機智能化變頻及通風(fēng)機故障診斷和預警等，如圖 2 所示，主要實(shí)現通風(fēng)機故障快速識別響應和工作狀態(tài)改善、主備通風(fēng)機智能切換、按需供風(fēng)、應急聯(lián)動(dòng)控制等功能。

3、掘進(jìn)工作面通風(fēng)供需匹配分析

通過(guò)掘進(jìn)工作面風(fēng)量監控和通風(fēng)機風(fēng)量監控，建立基于實(shí)際供風(fēng)和通風(fēng)機供風(fēng)的 T?S 模糊控制模型，實(shí)現局部通風(fēng)機調節分級啟動(dòng)與工作面風(fēng)量聯(lián)動(dòng)監控，通過(guò)通風(fēng)機智能變頻實(shí)現對工作面實(shí)際供風(fēng)量的精準調控。

4、通風(fēng)聯(lián)動(dòng)調控

① 常態(tài)下變頻調風(fēng)。根據重新確定好的供需風(fēng)量進(jìn)行變頻調風(fēng)，實(shí)現常態(tài)下局部通風(fēng)的智能聯(lián)動(dòng)變頻調控，達到掘進(jìn)工作面供需風(fēng)量的動(dòng)態(tài)平衡，如圖 3 所示。

② 通風(fēng)異常情況下調控排風(fēng)。通風(fēng)異常情況下利用鉆孔瓦斯抽采降低瓦斯涌出量，再利用通風(fēng)機變頻模塊進(jìn)行調控。

5、局部通風(fēng)系統健康綜合評價(jià)

對井下掘進(jìn)工作面通風(fēng)參數進(jìn)行異常指標評判，深度挖掘通風(fēng)異常參數與通風(fēng)動(dòng)力之間的內在關(guān)聯(lián)，找出導致礦井通風(fēng)系統異常的失效類(lèi)型和影響局部通風(fēng)系統的健康指數，構建局部通風(fēng)系統健康指標評價(jià)體系（圖4）。

三、結論

提出的2種通風(fēng)聯(lián)動(dòng)調控方式在常態(tài)和通風(fēng)異常條件下都能滿(mǎn)足長(cháng)距離掘進(jìn)巷道供風(fēng)需求。在常態(tài)下通過(guò)供需匹配分析確定通風(fēng)機運行頻率，實(shí)現通風(fēng)機智能變頻調風(fēng)；在通風(fēng)異常情況下采用4種調控排風(fēng)規則，保障了長(cháng)距離掘進(jìn)工作面通風(fēng)安全，同時(shí)達到節能減排的效果。

局部通風(fēng)系統健康指標綜合評價(jià)體系通過(guò)綜合評價(jià)模型和健康指數，實(shí)現對局部通風(fēng)系統的實(shí)時(shí)健康“體檢”，并定量顯示不同指標的風(fēng)險等級，可確保局部通風(fēng)系統處于健康狀態(tài)。