煤矿通风在线监控系统应用报告.docx

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1、渝阳煤矿通风在线监控系统的应用报告渝阳煤矿通风科2011年6月目录1前言22矿井通风情况33通风在线监控系统解算软件的应用技术33.1 通风系统网络图绘制方法33.2 通风网络解算方法43.3 通风网络解算的结果43.4 通风在线监控系统43.4.1 通风在线监控系统各类传感器布置43.4.2 通风网络动态解算53.5 通风在线监控系统功能63.5.1 通风系统图编辑功能63.5.2 通风网络解算功能73.5.3 通风在线监控功能83.6 通风系统预警93.6.1 巷道风流状态预警93.6.2 采掘工作面通风预警104应用及效果分析104.1 -60排砰石门与水井湾立井贯通前后的应用104.2

2、 +150-+210二号转载与+150+210号转载贯通前后的应用114.3 金鸡岩风机改造的应用134.4 通风在线监控系统效果分析145结论151前言多年来，国内外许多煤矿安全生产专家和学者在通风网络解算领域进行了深入的研究和实践，对监测矿井通风系统运行已有一套理论模型，取得一定的研究成果。随着计算机技术的发展，广大通风专业的科技工作者编出一些风网解算程序，取得了很大进步，使风网解算进入一个新的阶段。但国内外目前通风网络解算软件都是单机串行化，程序无法与基于网络的监测、监控系统互联，网络解算都是静态的、滞后的、非实时的，时效性很低，所以不能实时监测监控矿井通风系统运行情况和动态校正通风设备

3、相关参数，也达不到及时消除煤矿重大安全生产隐患，避免煤矿重大事故的目的。渝阳煤矿于2009年4月进行了全矿通风参数测定，建立了通风管理信息系统，该系统可实现矿图管理、通风报表管理、通风数据分析和通风网络解算，在通风管理工作中起到了积极作用。特别是建立起的通风网络解算子系统，可进行矿井通风模拟，在巷道贯通、风量调节、通风设施设置、风机改造等工作中得到应用，取得了良好的效果。但是，现有的通风网络解算软件没有和井下监控系统结合，当井下通风状况发生变化时，不能自动实现通风网络的重新解算，不便于对井下通风进行实时跟踪；另外，现有监控系统也没有对重要用风地点的通风安全进行监控。随着对通风安全重要性认识的不

4、断提高，对矿井通风系统进行在线监控和实时动态解算势在必行。2矿井通风情况矿井现通风方式为混合抽出式。金鸡岩主、副斜井，阳地湾提升、人行斜井、安稳电厂运煤斜井和水井湾排阡立井进风，金鸡岩和阳地湾风井回风。金鸡岩主通风机安装两台BD-II-8-No24型轴流式通风机，电机功率为315X2kw,目前风机叶片安装角度为-5,风机排风量为7669/min,负压为1710Pa,电机输出功率为376kw；阳地湾主通风机安装两台FBCDZNo30型轴流式通风机，电机功率为450X2kw,目前风机叶片安装角度为0,风机排风量为9129m3/min,负压为2500Pa,电机输出功率为615kwo3通风在线监控系统

5、解算软件的应用技术通风在线监控系统分为两部分：通风网络解算和通风在线监控。在绘制完通风网络图并进行解算后，启动通风在线监控系统进行在线监控。3.1 通风系统网络图绘制方法1. 1.1收集最近通风阻力测定数据。包括收集矿井相关巷道起始点、终点、交叉点及拐点的属性相关巷道的断面、巷道的长度等，并绘制出通风网络草图，图中应明确节点编号。3. 12绘制矿井通风网络解算系统图，利用计算机技术仿真、动态模拟井下通风系统。4. 13输入巷道基本参数。5. 1.4基本数据输入完后，根据矿井实际生产情况，逐步完善网络解算系统图及相关参数。3.2通风网络解算方法建立拓朴结构对通风网络进行标准解算，得出通风系统现状

6、及生成主要风机的工况点。3.3通风网络解算的结果通过调整局部通风系统的参数，实现动态模拟矿井通风系统，确定调整方案，使矿井通风系统达最优化。3.4通风在线监控系统通风在线监控以绘制出的通风网络图为基础，并在矿井的主要进回风及风流波动较大的巷道安装风速传感器，监控风量变化，利用通风网络解算软件动态解算风量的变化对其它巷道的影响，并对供风达不到要求的进行提示报警。3.4.1通风在线监控系统各类传感器布置在+340岩石轨道巷、+290集中皮带巷、-60主石门安装风速传感器，监控进风变化情况；在+300水仓巷、N09中瓦斯巷、阳地湾回风斜井、金鸡岩总回风巷安装风速传感器，监控回风变化情况。图3.1+3

7、00水仓、+290机轨巷风速传感器布置图图3.2-60主石门风速传感器布置图图3.3N09中瓦斯巷巷风速传感器布置图选取一个回采工作面和一个掘进工作面作为研究试点，布置相关传感器，进行通风参数监控，研究通风监控参数的变化规律，如巷道风阻、风量、风压的变化与采掘、运输、行人、开关风门等的关系，利用该规律和监控数据对工作面通风安全状况进行评价。在N21108工作面运输巷安装风压传感器，用橡胶管连接到回风巷，用于监测N21108工作面风压变化；在N2U08回风巷中安装风速传感器，监测工作面风量变化，结合风压传感器，同时可监测工作面风阻变化情况；在N2706进风斜坡掘进头安装风速传感器，监测掘进头风量

8、，另安装两个风压传感器，分别监测风门、通风阻力的变化，同时如果掘进头发生瓦斯大量涌出或突出，也可做出快速准确的评判。3.4.3.5. 2通风网络动态解算3.5.1.1 风量分配的基本定律风流在通风网路中流动时，都遵守风量平衡定律、风压平衡定律和阻力定律。它们反映了通风网路中三个最主要通风参数一一风量、风压和风阻间的相互关系，是复杂通风网路解算的理论基础。3.5.1.2 解算通风网路的数学模型斯考德-恒斯雷法是由英国学者斯考德和恒斯雷对美国学者哈蒂克劳斯提出的用于水管网的迭代计算方法进行改进并用于通风网路解算的。对节点为m、分支为n的通风网路，可选定N=nm+1个余树枝和独立回路。以余树枝风量为

9、变量，树枝风量可用余树枝风量来表示。根据风压平衡定律，每一个独立回路对应一个方程，这样建立起一个由N个变量和N个方程组成的方程组，求解该方程组的根即可求出N个余树枝的风量，然后求出树枝的风量。如此经过多次反复修正，各分支风量接近真值。当达到预定的精度时计算结束。此时所得到的近似风量，即可认为是要求的自然分配的风量。3.5.1.3 线网络解算模型将风流在巷道中的流中视为一维流体流动，即在巷道断面内，风流性质是均匀的，在非稳定条件下，在巷道了内的空气流动符合以下流体动量方程。pi1i-=HR1QiQi-pigZi-hf1式中，0为巷道，内的空气密度，kgm3：乙为巷道，的长度，m；d%dt为巷道j

10、内空气加速度，m/s2；4为巷道了的通风阻力，Pa；花为巷道/的摩擦风阻，NS8;。为巷道了的风量，m3s,g为重力加速度，9.8ms2;Z为巷道，两端高程差，m：尿为巷道了上安装的风机压力，Pa；令KFP1/A”其中4,为巷道，的惯性系数，4为巷道了的断面面积，得一维流体动量方程为：Hj=RAQAQi+&等+qgZj+%假设巷道;内风量在At时间内变化是均匀的，已知初始时刻巷道了的风量Qoit则有dQidt=（Qi-Qoi）/t,代入上式得：Hi=用02+Ki+ggZj+hfi根据回路风压平衡定律，得到非稳态条件下的回路风流方程为：RiQiQiKi+ggZJ+&=O由泰勒级数的近似展开式可以

11、导出回路修正值/0的计算公式为：fRJ212Ki41+夕话41+hfi=7-,1i1a1+3.6. 风在线监控系统功能3.7. 5.1通风系统图编辑功能（1）基本G1S功能：放大、缩小、平移、全图、前一视图、后一视图、添加参考图层、图层管理、显示范围设置、选择、刷新等功能；（2）地图编辑功能：新建巷道、添加节点、添加巷道标注、风门、密闭、风桥、主扇、局扇等，双线巷道生成、节点消隐、交叉点消隐等功能；（3）地图辅助要素编辑：添加、编辑文本、折线、图框、图名等辅助地图要素；软件界面如图3.6所示。图3.6通风系统图编辑功能界面3.5.2通风网络解算功能（1）数据检查功能：巷道属性数据检查、风机属性

12、数据检查、风门属性数据检查；检查各要素的空间、属性数据的完整性和一致性;（2）风阻计算：按百米风阻、按阻力系数、按阻力定律计算巷道风阻，按测试压差、按风窗面积计算风门风阻;（3）网络解算：自然风压计算、风机特性模拟、最小树生成、回路生成、回路风量平衡;软件界面如图3.7所示。图3.7通风网络解算功能界面3.5.3通风在线监控功能（1）传感器实时值显示：在通风系统图上显示CH八co、a、风速、风压等传感器的实时值，点击相应工作面、巷道等，可查看与其相关联的传感器30分钟内的数值曲线；（2）动态网络解算：按照设置的解算间隔时间，自动根据巷道实时风量和风压情况，解算出其它巷道的风量及风压，并用曲线的

13、形式给出解算的收敛情况；（3）通风预警功能：利用动态解算结果，结合相关的预警规则，对巷道和工作面的通风安全情况进行预警。软件界面如图3.8所示。图3.8通风在线监控功能界面3.6通风系统预警3.6.1 巷道风流状态预警巷道风流状态预警是实时监测通风系统中各分支风量、风速是否满足要求，当风流不满足要求时进行报警。一般仅对用风地点设置最小需风量，取值为该用风地点的设计风量，当风量不足时进行报警。巷道允许风速按相关规范取值，见表3T,当风速不符合要求时进行报警。表37巷道中的允许风流速度井巷名称允许风速/(ms)最低最高无提升设备的风井和风碉15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主

14、要进、回风巷8架线电机车巷道1.08运输机巷，采区进、回风巷0.256采煤工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其他通风人行巷道0.153. 6.2采掘工作面通风预警利用采掘工作面安设的风速、风压传感器的实时监测数据，对采掘工作面的通风安全状况进行分析，当发现通风异常和安全隐患时，发出报警。工作面通风报警实现的通风安全预警有通风阻力异常、循环风隐患、常闭风门开启（风流短路）、局部通风机停机、工作面煤与瓦斯突出等，达到实时掌握工作面通风状况、及时发现和消除安全隐患、避免和减少灾害损失的目的。4应用及效果分析矿井通风网络图的绘制已于2009年5月由重庆煤碳科学研究院与我矿共

15、同完成，目前要做的就是完善通风网络系统，重新建立拓朴结构，得出现在的通风状况及主要通风机的工况点。3.1- 60排肝石门与水井湾立井贯通前后的应用3.1.1 绘制一60排砰石门与水井湾立井贯通前后的通风网络图，输入相关数据并进行标准解算。4. 12系统方案对比本着系统优化降阻、矿井通风经济可靠为原则，提出两个方案：方案一：水井湾立井作为矿井的一个主要进风井，提供-60井底车场、N37O2中部上山（N3702中部上山抽放巷）、-250主排水巷、-50总回风巷（西）、N3701东瓦斯巷（下段）、掘进工作面风量和N3702东瓦斯巷（下段）巷道用风量，此方案需要在-60运输大巷（-60-50二号回风斜坡岔口以东）建造一组临时调节风门。方案二：水井湾立井作为矿井的一个进风井，提供水井湾立井井底车场一个掘进工作面风量，其回风供N3702中瓦斯巷巷道用风，此方案需要在-60运输大巷（-60-50二号回风斜坡岔口以东）建造一组临时调节风门。根据上述两方案，分别建立通风网络图利用通风系