一、研究背景

長距離掘進工作面局部通風智能調控技術的研究和優(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(xiàn)實意義。現(xiàn)有技術多局限于局部通風機本身進行變頻調風，少有基于長距離掘進工作面按需供風導向的通風安全保障技術研究。設計了局部通風智能調控系統(tǒng)，建立了基于多特征供需匹配的非線性變頻調控模型，將局部通風機智能變頻調控與瓦斯抽采結合，保障掘進工作面用風安全，并對局部通風系統(tǒng)進行健康評價，實現(xiàn)對長距離掘進工作面的通風安全保障。

1、局部通風智能調控系統(tǒng)總體設計

局部通風智能調控系統(tǒng)由井下監(jiān)控系統(tǒng)、通風異常調控系統(tǒng)、地面工作站組成，如圖1所示。井下監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控井下通風機、風筒和工作面，實現(xiàn)局部通風機工作異常狀態(tài)研判預警、風筒內(nèi)部漏風動態(tài)分析、實際供需風量動態(tài)預測。通風異常調控系統(tǒng)通過識別井下通風參數(shù)異常情況，制定不同參數(shù)不同等級的風險協(xié)同處置策略。地面工作站挖掘工作面風流狀態(tài)與風筒參數(shù)的潛在規(guī)律，形成風流?風筒調控模型，實現(xiàn)風筒實時調控；建立變頻預測調風模型，通過通風機智能變頻實現(xiàn)按需供風，并在通風異常情況下，輔以鉆孔瓦斯抽采控制工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

2、局部通風智能化管控

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

3、掘進工作面通風供需匹配分析

通過掘進工作面風量監(jiān)控和通風機風量監(jiān)控，建立基于實際供風和通風機供風的 T?S 模糊控制模型，實現(xiàn)局部通風機調節(jié)分級啟動與工作面風量聯(lián)動監(jiān)控，通過通風機智能變頻實現(xiàn)對工作面實際供風量的精準調控。

4、通風聯(lián)動調控

① 常態(tài)下變頻調風。根據(jù)重新確定好的供需風量進行變頻調風，實現(xiàn)常態(tài)下局部通風的智能聯(lián)動變頻調控，達到掘進工作面供需風量的動態(tài)平衡，如圖 3 所示。

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

5、局部通風系統(tǒng)健康綜合評價

對井下掘進工作面通風參數(shù)進行異常指標評判，深度挖掘通風異常參數(shù)與通風動力之間的內(nèi)在關聯(lián)，找出導致礦井通風系統(tǒng)異常的失效類型和影響局部通風系統(tǒng)的健康指數(shù)，構建局部通風系統(tǒng)健康指標評價體系（圖4）。

三、結論

提出的2種通風聯(lián)動調控方式在常態(tài)和通風異常條件下都能滿足長距離掘進巷道供風需求。在常態(tài)下通過供需匹配分析確定通風機運行頻率，實現(xiàn)通風機智能變頻調風；在通風異常情況下采用4種調控排風規(guī)則，保障了長距離掘進工作面通風安全，同時達到節(jié)能減排的效果。

局部通風系統(tǒng)健康指標綜合評價體系通過綜合評價模型和健康指數(shù)，實現(xiàn)對局部通風系統(tǒng)的實時健康“體檢”，并定量顯示不同指標的風險等級，可確保局部通風系統(tǒng)處于健康狀態(tài)。