導(dǎo)語：我國采煤技術(shù)在經(jīng)歷了人工炮采、普通機(jī)械化開采和綜合機(jī)械化開采之后，逐步開始進(jìn)入智能化開采階段，實(shí)踐證明煤礦智能化是實(shí)現(xiàn)我國煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路。礦井“一通三防”工作主要涉及礦井通風(fēng)、防塵、防瓦斯和防滅火四個(gè)方面。礦井通風(fēng)是井下生命線，是煤礦安全生產(chǎn)的核心和基礎(chǔ)；礦井粉塵不僅會(huì)造成嚴(yán)重的職業(yè)病危害，同時(shí)還嚴(yán)重影響礦井先進(jìn)設(shè)備的性能穩(wěn)定，制約礦井安全高產(chǎn)高效的生產(chǎn)；礦井瓦斯與自然發(fā)火是影響礦井正常生產(chǎn)的主要因素。本期轉(zhuǎn)化果平臺(tái)推薦《礦井“一通三防”智能化技術(shù)問題探討與展望》要想實(shí)現(xiàn)煤礦智能化，首先要實(shí)現(xiàn)礦井“一通三防”的智能化，筆者從一位煤礦管理者角度對(duì)礦井“一通三防”工作智能化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、研究方向及應(yīng)用等方面進(jìn)行分析。有意者請(qǐng)來電垂詢：400-1817-969！
一、通風(fēng)智能化
1.1發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題分析
礦井智能通風(fēng)建設(shè)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要涉及三個(gè)方面：礦井通風(fēng)參數(shù)的精準(zhǔn)自動(dòng)感知，通風(fēng)管理的智能決策和通風(fēng)設(shè)施設(shè)備的遠(yuǎn)程智能控制。通過系統(tǒng)軟件可進(jìn)行礦井分風(fēng)解算、優(yōu)調(diào)優(yōu)控、優(yōu)選主要通風(fēng)機(jī)裝置等，并進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和改造、配風(fēng)調(diào)風(fēng)、合理性檢驗(yàn)等。各類型數(shù)據(jù)可以通過三維可視化平臺(tái)進(jìn)行展現(xiàn)，為礦井通風(fēng)系統(tǒng)科學(xué)管理提供有效的技術(shù)手段。目前，多數(shù)礦井中只實(shí)現(xiàn)礦井智能通風(fēng)的雛形，且大多數(shù)是依賴于現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，主要組成部分有風(fēng)速、瓦斯等參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器，集通信模塊、報(bào)警模塊、人機(jī)界面為一體的展示分析系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程風(fēng)門、風(fēng)窗等通風(fēng)設(shè)施控制系統(tǒng)。礦井智能通風(fēng)的基礎(chǔ)是通風(fēng)參數(shù)的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)感知，當(dāng)感知到風(fēng)速不符合規(guī)定要求時(shí)，智能通風(fēng)系統(tǒng)能自動(dòng)控制井下相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，使得風(fēng)速能始終平衡在規(guī)定區(qū)間，實(shí)現(xiàn)礦井的經(jīng)濟(jì)通風(fēng)。當(dāng)?shù)V井內(nèi)的瓦斯?jié)舛冗^高，通過通風(fēng)設(shè)施設(shè)備又不能降低瓦斯?jié)舛葧r(shí)，該瓦斯就已經(jīng)處于高危階段，很有可能會(huì)隨時(shí)發(fā)生爆炸，面對(duì)這種高危風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)與相關(guān)人員進(jìn)行溝通，并讓工作人員快速撤離。這種方式能大幅減少礦井瓦斯事故，同時(shí)能夠降低經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷亡。在通常情況下礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)都可以通過風(fēng)量調(diào)節(jié)來稀釋瓦斯?jié)舛龋@相比于傳統(tǒng)通風(fēng)系統(tǒng)有了很大進(jìn)步，雖然現(xiàn)在的礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)的原理相比于傳統(tǒng)的工作原理更加復(fù)雜，但是其工作質(zhì)量以及工作有效性都提高很多。
就礦井通風(fēng)現(xiàn)有智能化設(shè)施及裝備而言，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)設(shè)施和通風(fēng)機(jī)已不同程度地具備了自動(dòng)化、智能化的特點(diǎn)，但由于分析模型、信息技術(shù)及通信條件等多方限制，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分級(jí)智能解算、通風(fēng)態(tài)勢(shì)識(shí)別、自動(dòng)調(diào)控、風(fēng)險(xiǎn)與隱患辨識(shí)等諸多技術(shù)研發(fā)進(jìn)展緩慢，尚未形成有效的技術(shù)集成，與煤礦的智慧化建設(shè)目標(biāo)差距明顯，具體如下：
1) 核心算法尚待突破，物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)應(yīng)用水平不高，與煤礦的智能化建設(shè)目標(biāo)差距明顯；
2) 通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)控設(shè)施智能化不足，風(fēng)量調(diào)控缺乏有效決策模型，調(diào)控裝備智能化發(fā)展滯后，難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定量調(diào)節(jié)，日常管理工作量較大；
3) 通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)性較強(qiáng)，應(yīng)用平臺(tái)操作復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員的要求較高；
4) 通風(fēng)系統(tǒng)缺乏有效的定量化抗災(zāi)能力分析和輔助決策；
5) 通風(fēng)參數(shù)測(cè)定與監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性低，難以滿足精準(zhǔn)決策的需要；
6) 通風(fēng)動(dòng)力與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)匹配性不強(qiáng)，聯(lián)動(dòng)調(diào)節(jié)能力弱。
1.2研究方向
智能化通風(fēng)技術(shù)的核心是合理、穩(wěn)定、可靠，其次是自動(dòng)化、智能化。針對(duì)以上問題，制定以下7個(gè)發(fā)展方向。
圖1 智能通風(fēng)管控體系
1）精準(zhǔn)調(diào)風(fēng)裝置研發(fā)：遠(yuǎn)程控制風(fēng)門、遠(yuǎn)程精準(zhǔn)調(diào)節(jié)風(fēng)窗、全自動(dòng)立井防爆門、變頻主通風(fēng)機(jī)、變頻局部通風(fēng)機(jī)等；
2）精準(zhǔn)測(cè)風(fēng)裝置研發(fā)：全斷面自動(dòng)測(cè)風(fēng)裝置、超聲波風(fēng)速傳感器、風(fēng)壓傳感器、溫濕度傳感器及各類氣體傳感器等；
3）遠(yuǎn)程操控：僅完成遠(yuǎn)程的啟停，采集部分?jǐn)?shù)據(jù)，建立智能監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)；
4）單元智能化控制：根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)單元智能化控制；
5）區(qū)域智能化控制：結(jié)合多個(gè)單元，并能智能化控制，建立智能控制子系統(tǒng)；
6）全礦通風(fēng)智能化：整合全礦設(shè)備及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)按需供風(fēng)，建立智能通風(fēng)管理分析與決策平臺(tái)；
7）綠色通風(fēng)：結(jié)合職業(yè)健康，實(shí)現(xiàn)安全、綠色通風(fēng)。
礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能分析，需突破傳統(tǒng)的風(fēng)網(wǎng)解算模型，融合人工智能、云計(jì)算、高精度傳感及數(shù)據(jù)采集等多種技術(shù)，構(gòu)建集監(jiān)測(cè)、分析與管控為一體的“神經(jīng)中樞”，實(shí)現(xiàn)以環(huán)境感知、分析、決策、預(yù)警、應(yīng)急處置為核心的智能通風(fēng)集約智能控制模式，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析的精準(zhǔn)化、自動(dòng)化和智能化。依托以上技術(shù)裝備研究，形成一套智能通風(fēng)技術(shù)裝備體系，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)無人化、智能化。
二、粉塵治理智能化
實(shí)現(xiàn)煤礦井下粉塵、防降塵裝備的智能控制，對(duì)于改善井下作業(yè)環(huán)境、防止粉塵爆炸、消除煤礦安全隱患，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2.1防降塵技術(shù)現(xiàn)狀分析
國內(nèi)外科研院所和高等院校在礦井綜合防塵方面做了大量的研究工作，取得了許多成果。目前廣泛應(yīng)用的防塵技術(shù)主要有以下4種。
1）煤層注水和濕式鑿巖防塵技術(shù)
采煤工作面是煤礦井下產(chǎn)塵量最大的場(chǎng)所，煤層注水和濕式鑿巖防塵技術(shù)是工作面防塵的有效措施之一。煤是具有裂縫的多孔物質(zhì)，采煤前鉆孔注入壓力水滲入煤體，能增加煤的水分和塵粒間的黏著力，降低煤的強(qiáng)度和脆性，采煤時(shí)礦塵的生成量就會(huì)大幅減少。濕式鑿巖技術(shù)是在煤礦井下鑿巖工作中普遍采用的有效防塵技術(shù)，它將壓力水通過鑿巖機(jī)送入并充滿孔底，濕潤(rùn)、沖洗并排出產(chǎn)生的礦塵。
2）高壓噴霧灑水除塵技術(shù)
噴霧灑水是將壓力水霧化成細(xì)微水滴噴射于含塵空氣中，高速流動(dòng)的水滴和浮塵碰撞接觸后，塵粒被濕潤(rùn)黏結(jié)在重力作用下下沉，并能將已經(jīng)沉降的塵粒濕潤(rùn)黏結(jié)，降低礦塵的爆炸性，在一定程度上阻止了爆炸火焰的傳播。噴霧灑水除塵，簡(jiǎn)單方便，廣泛應(yīng)用于井下生產(chǎn)過程,如風(fēng)流凈化水幕、采機(jī)內(nèi)外噴霧、裝載點(diǎn)噴霧、架間噴霧、放炮噴霧、移架放頂噴霧除塵等形式。
3）通風(fēng)除塵技術(shù)
通風(fēng)除塵是礦井綜合防塵的重要措施之一，通過通風(fēng)的方式將礦塵排出，能有效減少礦塵懸浮和積聚，消除空氣中的礦塵污染。一般來講，不依靠礦井主要通風(fēng)機(jī)進(jìn)行的有效通風(fēng)均稱為局部通風(fēng)，目前煤礦井下采用較多的就是長(zhǎng)壓抽濕式除塵。
圖2 長(zhǎng)壓短抽濕式除塵系統(tǒng)
4）除塵設(shè)備除塵技術(shù)
除塵設(shè)備包括除塵器、除塵風(fēng)機(jī)、集塵捕塵器等，井下使用較多的有濕式過濾除塵器、濕式旋流除塵風(fēng)機(jī)、旋流粉塵凈化器、水射流除塵風(fēng)機(jī)、文丘里除塵器等。
目前，研究人員已開始研究物理、化學(xué)方法除塵的新技術(shù)，如泡沫除塵、抑塵劑除塵、隔塵簾除塵、磁化水除塵、超聲波除塵、聲波霧化除塵、預(yù)荷電噴霧除塵等。
2.2粉塵智能防治現(xiàn)狀及存在問題分析
礦塵監(jiān)測(cè)與防治技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)可以概括如下：短時(shí)間、間斷性監(jiān)測(cè)與長(zhǎng)周期、連續(xù)性測(cè)塵并重，逐步向連續(xù)性在線監(jiān)控的方向發(fā)展。受諸多因素的影響，目前國內(nèi)在礦塵監(jiān)測(cè)與防治方面存在的主要問題有：
1）測(cè)塵方式方面，目前國內(nèi)普遍采用人工、間斷性、單地點(diǎn)檢測(cè)總礦塵濃度的方式。這種方式測(cè)得的總礦塵濃度數(shù)據(jù)僅反映了測(cè)塵時(shí)間段內(nèi)的礦塵狀況，并不能全面、準(zhǔn)確地反映煤礦井下空間內(nèi)在一段時(shí)間內(nèi)的總體礦塵累計(jì)情況。
2）測(cè)塵效果方面，測(cè)塵誤差普遍較大，為10%~20%，而且測(cè)塵速度慢，以min為數(shù)量級(jí)。這是由于井下含塵空氣屬于氣固兩相流體系，流型復(fù)雜多變，并且與煤巖塵粒的成分、風(fēng)速、氣壓、溫度、濕度、生產(chǎn)環(huán)境氣象條件等諸多因素有關(guān)。
3）測(cè)塵類別方面，總礦塵濃度反應(yīng)的是井下空間的總體礦塵情況，而呼吸性礦塵濃度則更直接地反映了礦塵對(duì)于塵肺等礦工職業(yè)病的危害程度。然而，呼吸性礦塵數(shù)據(jù)目前在國內(nèi)煤礦尚未引起足夠的重視。
4）除塵控制方面，礦塵的防治是一項(xiàng)綜合任務(wù)，需要從塵源點(diǎn)、懸浮空間以及降落點(diǎn)等諸多方面采取措施，目前國內(nèi)煤礦在采煤機(jī)等設(shè)備上均配有除塵設(shè)施，并有除塵風(fēng)機(jī)、除塵水幕等除塵設(shè)備，但是井下空間仍然存在著相當(dāng)大濃度的礦塵懸浮，這就需要進(jìn)一步采取除塵措施。
5）除塵裝備方面，在當(dāng)前階段，粉塵治理還處于防治階段，粉塵在不同工藝條件和開采條件下的采掘工作面時(shí)空分布規(guī)律不盡相同，能夠采取的防治措施和防塵裝備有限，同時(shí)存在大量專用定制的防塵裝備，相比采煤機(jī)掘進(jìn)等定型設(shè)備存在較大差別，智能化升級(jí)改在的路還很長(zhǎng)。
2.3研究方向
圍繞礦山粉塵防治與大數(shù)據(jù)、人工智能等深度融合的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大力推進(jìn)研發(fā)基于激光散射和荷電融合技術(shù)的高精度呼吸性粉塵傳感器；通過工況作業(yè)環(huán)境粉塵職業(yè)健康試驗(yàn)平臺(tái)，構(gòu)建接塵量計(jì)算模型、粉塵職業(yè)健康危害預(yù)測(cè)模型，探究井下采掘及地面堆場(chǎng)作業(yè)時(shí)人員可吸入粉塵的理化特性、接塵量、沉積規(guī)律以及粉塵職業(yè)危害環(huán)境的形成機(jī)制，開展煤礦空氣凈化及粉塵職業(yè)健康關(guān)鍵技術(shù)裝備研究，突破礦井空氣污染物防控的理論瓶頸，研發(fā)空氣污染物防控關(guān)鍵技術(shù)與裝備，凈化井下空氣，構(gòu)建井下空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)與智能預(yù)警平臺(tái)，建立煤礦職業(yè)健康危害保障體系，提高井下礦工的作業(yè)環(huán)境和空氣質(zhì)量，保障員工的生命安全。
三、防滅火智能化
我國90%以上煤層為自燃或易自燃煤層，每年發(fā)生自燃隱患4 000多起，封閉采煤工作面100多個(gè)。煤自燃火災(zāi)也是引起礦井瓦斯爆炸事故的重要原因，多次引起瓦斯爆炸等重特大事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。
3.1內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
1）基于氣體測(cè)試的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)及裝備
目前，在礦井生產(chǎn)過程中，基于氣體測(cè)試使用較多并且預(yù)警準(zhǔn)確率較高的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)主要有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
2）基于溫度測(cè)試的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)及裝備
目前，在礦井生產(chǎn)過程中，基于溫度測(cè)試的預(yù)警技術(shù)及裝備主要有:光纖測(cè)溫系統(tǒng)、紅外測(cè)溫預(yù)警、溫度傳感器預(yù)警等。
3.2監(jiān)測(cè)存在問題
采空區(qū)煤自燃隱蔽火源的監(jiān)測(cè)、探測(cè)和預(yù)警是亟待解決的世界性難題，主要存在以下5個(gè)方面的難點(diǎn)：
1) 煤巖體導(dǎo)熱性差，傳統(tǒng)測(cè)溫方法，難以準(zhǔn)確判定自燃程度。
2) 標(biāo)志性氣體飄移性好，難以精準(zhǔn)定位高溫區(qū)域。
3) 采空區(qū)煤自燃危險(xiǎn)區(qū)域分布范圍廣，人工巡檢的工作量大、盲區(qū)多、時(shí)效性差、漏報(bào)率高。
4) 標(biāo)志性氣體與煤自燃溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確，難以定量劃分煤自燃危險(xiǎn)等級(jí)。
5) 煤自燃監(jiān)測(cè)信息種類多、數(shù)據(jù)量大、內(nèi)在關(guān)聯(lián)性差，缺乏有效的多源信息融合識(shí)別預(yù)判方法，數(shù)據(jù)挖掘和分級(jí)預(yù)警難度大。
目前大部分礦井采空區(qū)防滅火采用以灌漿為主、井下移動(dòng)式注氮（地面注氮站）、噴灑阻化劑等兩種以上綜合防滅火措施，井上下已建立有相應(yīng)的防滅火系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了礦井安全監(jiān)測(cè)的需要，但不能實(shí)現(xiàn)采空區(qū)氣實(shí)時(shí)體在線監(jiān)測(cè)的全覆蓋，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)采空區(qū)火災(zāi)早期隱患的識(shí)別預(yù)警。因此，很有必要建立采空區(qū)火災(zāi)智能監(jiān)測(cè)分級(jí)預(yù)警系統(tǒng)，有效保障礦井安全生產(chǎn)。常規(guī)探測(cè)技術(shù)針對(duì)性不強(qiáng)，常規(guī)措施缺乏高效性與長(zhǎng)效性。因此，研究采空區(qū)火災(zāi)智能監(jiān)測(cè)分級(jí)預(yù)警技術(shù)，是現(xiàn)代化智能礦井實(shí)現(xiàn)安全、高效開采的迫切需要。
3.3外因火災(zāi)防治技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題：目前礦井外因火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)警主要采取標(biāo)志氣體分析法、測(cè)溫法、煙感法、氣味檢測(cè)法等，其中標(biāo)志氣體分析法、煙感法、測(cè)溫法得到了廣泛應(yīng)用，對(duì)礦井外因火災(zāi)的防治起到了重要作用。但是，礦井外因火災(zāi)突發(fā)性強(qiáng)，影響范圍大，易造成重大事故；由于礦井外因火災(zāi)的復(fù)雜性，智能監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)缺乏針對(duì)性和系統(tǒng)性，應(yīng)急處置滯后；災(zāi)害發(fā)生后，限制火災(zāi)范圍擴(kuò)大，科學(xué)調(diào)整災(zāi)變區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)，如何指導(dǎo)災(zāi)區(qū)人員避險(xiǎn)和安全撤離，安全快速救災(zāi)等都缺乏研究和應(yīng)用。主要存在以下5個(gè)方面難點(diǎn)：
1）感知手段單一、盲區(qū)大、漏報(bào)誤報(bào)率高；
2）礦井外因火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警指標(biāo)不明確；
3）火災(zāi)早期隱患難識(shí)別，災(zāi)害應(yīng)急處置滯后；
4）礦井外因火災(zāi)聯(lián)動(dòng)控制智能化水平低；
5）數(shù)據(jù)融合利用率低，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型缺失。
3.4研究方向
1）煤自燃基礎(chǔ)理論的研究
在判斷煤自然發(fā)火危險(xiǎn)性時(shí)，目前實(shí)驗(yàn)室普遍使用的色譜吸氧法測(cè)定煤自燃傾向性，測(cè)試手段較為先進(jìn)，但測(cè)定結(jié)果并不準(zhǔn)確，與實(shí)際相差較大；現(xiàn)有的預(yù)測(cè)煤自然發(fā)火期的方法中，大中型試驗(yàn)爐模擬煤自燃試驗(yàn)法測(cè)試結(jié)果較為準(zhǔn)確，但周期長(zhǎng)、成本高、難以進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；現(xiàn)階段用于煤自燃預(yù)報(bào)的指標(biāo)氣體受風(fēng)量、風(fēng)壓和檢測(cè)地點(diǎn)等多種因素影響較大，在及時(shí)準(zhǔn)確地反映煤層自燃危險(xiǎn)性方面存在較大的局限性。
對(duì)于煤自燃基礎(chǔ)理論及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方面，需進(jìn)一步探索研究煤自燃的微觀機(jī)理及影響因素，同時(shí)繼續(xù)探索、優(yōu)化或研發(fā)煤自燃傾向性測(cè)定方法，使得測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，對(duì)煤自燃傾向等級(jí)劃分更加細(xì)致明確；進(jìn)一步探索小型試驗(yàn)爐或其他方法測(cè)試煤自然發(fā)火期，使得測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，并達(dá)到周期小、成本低、可重復(fù)試驗(yàn)等目的。通過對(duì)煤自燃傾向性、煤自然發(fā)火期的進(jìn)一步研究，使礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)更為準(zhǔn)確和及時(shí)。
2）對(duì)礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)和裝備的研究
現(xiàn)階段的礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)和裝備一般只實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)氣體指標(biāo)的在線監(jiān)測(cè)，在線分析預(yù)報(bào)的功能還不完善，只具有單指標(biāo)超限報(bào)警功能，或多指標(biāo)共同耦合分析時(shí)，指標(biāo)權(quán)重還不夠完善，各類火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)及系統(tǒng)配合度不高，信息共享差，缺少對(duì)火災(zāi)信息的全面采集、處理和分析，系統(tǒng)誤報(bào)、漏報(bào)率較高，很難及時(shí)準(zhǔn)確地判定發(fā)火位置。另外，基本上還沒有一套集火災(zāi)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、救災(zāi)預(yù)案自動(dòng)生成和火災(zāi)控制裝備于一體的比較完善的煤自燃監(jiān)控系統(tǒng)，智能化煤自燃火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)基本上仍處于空白。最后，研發(fā)一種可遠(yuǎn)程控制防滅火門尤為關(guān)鍵，實(shí)現(xiàn)需要采取封閉的方式滅火時(shí)，遠(yuǎn)程關(guān)閉防火門，做到小范圍、高效滅火。
需要進(jìn)一步挖掘礦井火災(zāi)預(yù)警裝置體系化、智能化的潛力，提高煤自燃預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度和可靠性，進(jìn)行礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)與裝備的系統(tǒng)研究，并加大在應(yīng)用方面的投入力度，全面提高礦井安全生產(chǎn)和管理水平，改善礦井安全生產(chǎn)形勢(shì)。
四、瓦斯防治智能
4.1瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在問題
據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，我國大多數(shù)煤礦企業(yè)在開采過程中所應(yīng)用的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)基本都是以環(huán)境監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)監(jiān)測(cè)為主要手段，并結(jié)合單片機(jī)、PLC、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及其他關(guān)鍵技術(shù)推進(jìn)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)功能的完善。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，也出現(xiàn)了通信問題、設(shè)備連接問題、傳感器問題以及現(xiàn)場(chǎng)管理問題，直接制約著煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用效果。下面展開詳細(xì)論述。
1）技術(shù)手段
環(huán)境監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)監(jiān)測(cè)作為煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要的技術(shù)監(jiān)測(cè)手段，其是對(duì)煤礦生產(chǎn)的周圍環(huán)境和實(shí)際情況進(jìn)行分析，從而保障煤礦巷道的生產(chǎn)安全。首先，環(huán)境監(jiān)測(cè)是利用環(huán)境傳感器來監(jiān)測(cè)煤礦巷道內(nèi)部的瓦斯含量以及其他有毒、有害氣體，并由監(jiān)測(cè)結(jié)果來判斷煤礦巷道的開采環(huán)境和作業(yè)條件是否合格。
其次，對(duì)生產(chǎn)監(jiān)測(cè)側(cè)重點(diǎn)在于對(duì)煤礦巷道井下和井上的生產(chǎn)操作技術(shù)和生產(chǎn)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，通過及時(shí)分析煤礦生產(chǎn)設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，達(dá)到保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的效果。常見的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)的參數(shù)包括了水倉水位、煤倉的煤位、供電電流和電壓以及各設(shè)備的運(yùn)行功率等；并通過嚴(yán)格監(jiān)控水泵、局扇以及提升機(jī)的運(yùn)行情況，為煤礦生產(chǎn)工作的進(jìn)行創(chuàng)造更加合適的環(huán)境，保障其安全生產(chǎn)和高效生產(chǎn)。
2）影響問題
調(diào)查顯示，在現(xiàn)階段煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中，通信、設(shè)備連接、傳感器應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)管理等是影響煤礦瓦斯監(jiān)控效果的重要因素，并構(gòu)成了系統(tǒng)應(yīng)用的主要影響問題。其表現(xiàn)方式如圖3所示。
圖3 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)影響問題表現(xiàn)形式
結(jié)合圖3，在煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中，第1個(gè)影響問題直接表現(xiàn)為系統(tǒng)通信的缺失。這是由于煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)是針對(duì)煤礦的實(shí)際情況而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其單一性、個(gè)性突出，導(dǎo)致其在使用時(shí)由于自身獨(dú)特的通信系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生通信系統(tǒng)之間的兼容問題，從而成為制約系統(tǒng)升級(jí)和有效通信的主要限制。而反映到煤礦企業(yè)自身，其經(jīng)常采用的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)限制其對(duì)通信設(shè)備的操作方法，長(zhǎng)時(shí)間使用同一型號(hào)的設(shè)備，方法會(huì)被束縛，從而無法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。
第2個(gè)影響問題，表現(xiàn)為設(shè)備傳輸問題，例如超長(zhǎng)掘進(jìn)工作面長(zhǎng)度約6000 m，結(jié)合工作面實(shí)際，一般需對(duì)粉塵、瓦斯、一氧化碳及風(fēng)筒狀態(tài)等監(jiān)控，監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量眾多，線纜連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，隨著供電傳輸距離增長(zhǎng)，電壓損耗一般最遠(yuǎn)傳輸距離不足2000 m，造成維護(hù)量大。
第3個(gè)影響問題，現(xiàn)階段各種傳感器基本都存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差、靈敏度漂移等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約了煤礦的有害氣體檢測(cè)。另外現(xiàn)在煤礦很多傳感器必須進(jìn)行定期調(diào)校，調(diào)校工作對(duì)相關(guān)人員的技術(shù)水平要求較高，如不能按規(guī)定對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)校、維護(hù)，也會(huì)影響礦井瓦斯監(jiān)測(cè)。
第4個(gè)問題是現(xiàn)場(chǎng)管理問題，表現(xiàn)在高產(chǎn)高效大型礦井，井下范圍大，測(cè)點(diǎn)多，需要投入大量人力物力進(jìn)行安裝調(diào)試。如果現(xiàn)場(chǎng)人員專業(yè)技能一般，容易使煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中各設(shè)備的安裝效果未能達(dá)到預(yù)期水平，進(jìn)而造成了系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間的配置問題和傳感器校對(duì)問題，無法更為全面地達(dá)到監(jiān)測(cè)煤礦瓦斯含量的效果，進(jìn)而影響到安全生產(chǎn)的推進(jìn)。并且在進(jìn)行例行巡檢打卡時(shí)，瓦檢員大部分都是單崗作業(yè)，工作強(qiáng)度較大，很容易產(chǎn)生疏忽。
4.2研究方向
煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)如圖4所示。
圖4 煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)
1）單片機(jī)技術(shù)
利用單片機(jī)進(jìn)行煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)，其是通過上下位的主從結(jié)構(gòu)方案，使得系統(tǒng)的應(yīng)用更加具有層次性和等級(jí)性。同時(shí)，在傳感器當(dāng)中設(shè)定檢測(cè)功能，分析煤礦環(huán)境內(nèi)的瓦斯介質(zhì)存在成分含量，并通過電壓信號(hào)輸出大小進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而在反射到中央處理器之后，由控制器處理并輸出最終的智能化信號(hào)，用于系統(tǒng)執(zhí)行或者改變控制內(nèi)容，進(jìn)而做出報(bào)警等警示信號(hào)或者自動(dòng)采取預(yù)防措施，降低危險(xiǎn)。這種單片機(jī)技術(shù)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)智能化改變的初次設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中也存在較為明顯的限制內(nèi)容，需要在應(yīng)用過程中，加以改造升級(jí)。
2）PLC技術(shù)
一般的PLC技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)都采用了冗余設(shè)計(jì)模式，由多個(gè)I/O分站來采集煤礦巷道內(nèi)部不同監(jiān)測(cè)位置的瓦斯參數(shù)，并通過PLC控制中心的系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息傳輸功能，使其在控制中心的數(shù)據(jù)分析下，自動(dòng)啟動(dòng)煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的其他輔助設(shè)備，如煤礦通風(fēng)機(jī)、報(bào)警系統(tǒng)、設(shè)備電源系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的煤礦礦井通風(fēng)、瓦斯含量預(yù)警、設(shè)備斷電保護(hù)等具體操作。這種以瓦斯介質(zhì)參數(shù)為依據(jù)的PLC技術(shù)聯(lián)動(dòng)智能控制，可以更為高效地達(dá)到系統(tǒng)控制效果，并且應(yīng)用的可靠性和實(shí)用性更為突出。
4.2.1 其他關(guān)鍵技術(shù)
首先，在高產(chǎn)高效礦井瓦斯檢測(cè)方面，可通過研究一種巡回移動(dòng)檢測(cè)與定點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)裝置，來進(jìn)行井下有害氣體數(shù)據(jù)檢測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器替人”減人目標(biāo)。在瓦斯檢測(cè)傳感器通信傳輸方面，可通過實(shí)現(xiàn)無線傳輸解決長(zhǎng)距離供電及通信傳輸問題，解決生產(chǎn)實(shí)際問題，另外通過創(chuàng)新瓦斯傳感器種類，如催化燃燒式甲烷傳感器、紅外甲烷傳感器、激光甲烷傳感器、激光甲烷遙測(cè)儀以及光干涉式傳感器等，可以針對(duì)煤礦的實(shí)際情況而選擇精度適合、安全可靠的傳感器類型。
圖5智能瓦斯巡檢機(jī)器人研制構(gòu)架
其次，對(duì)系統(tǒng)軟件的開發(fā)與研究，可以通過優(yōu)化系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)算法的方法，提高煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、科學(xué)性，提升其對(duì)瓦斯傳感器傳輸數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性，并給出更加可靠、安全的控制指令來保障煤礦安全。同時(shí)，結(jié)合定期測(cè)試系統(tǒng)程序和信號(hào)傳輸效果的管理方法，可以及時(shí)簡(jiǎn)化程序的繁瑣設(shè)計(jì)，并做到程序改良，進(jìn)而提供安全、簡(jiǎn)潔、高效的系統(tǒng)運(yùn)行模式。
五、結(jié)論
5.1礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)分為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和軟件平臺(tái)建設(shè)兩部分?；A(chǔ)設(shè)施主要包含精準(zhǔn)測(cè)風(fēng)裝置與精準(zhǔn)控風(fēng)裝置，智能通風(fēng)軟件平臺(tái)包含四個(gè)子系統(tǒng)，分別為智能監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、預(yù)警診斷子系統(tǒng)、風(fēng)網(wǎng)解算與決策子系統(tǒng)、智能控制子系統(tǒng)，軟件平臺(tái)負(fù)責(zé)通風(fēng)管理分析與決策。通過創(chuàng)建礦井通風(fēng)三維數(shù)據(jù)模型、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)風(fēng)窗風(fēng)阻模型、變頻風(fēng)機(jī)風(fēng)量模型、通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)警模型、礦井巷道風(fēng)量模型實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井智能通風(fēng)數(shù)字模型化管理。
5.2礦井粉塵智能化防控目前最主要難點(diǎn)仍舊在粉塵防治技術(shù)上，礦井差異性導(dǎo)致礦井粉塵產(chǎn)生及運(yùn)移規(guī)律出現(xiàn)較大差異，粉塵防治與職業(yè)健康息息相關(guān)，由單一的粉塵治理到礦井空氣凈化是粉塵治理的總體工作思路，防塵智能化發(fā)展道路任重而道遠(yuǎn)。
5.3礦井火災(zāi)預(yù)警研究基礎(chǔ)理論和方法，主要基于氣體測(cè)試和溫度測(cè)試2個(gè)方面，結(jié)合礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)和裝備對(duì)我國目前的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，分析了現(xiàn)有研究中存在的局限性，并對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)煤自燃基礎(chǔ)理論的研究，加深對(duì)煤自燃過程的認(rèn)識(shí)與了解，從而優(yōu)化煤自燃傾向性預(yù)測(cè)方法和煤自然發(fā)火期的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，從理論上為煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供依據(jù)。進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)煤自燃預(yù)警技術(shù)和裝置研究的科研力度，努力挖掘和實(shí)現(xiàn)礦井火災(zāi)預(yù)警技術(shù)和裝置的體系化、智能化、一體化潛力，提高煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和可靠度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)集礦井火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、智能化滅火和救災(zāi)于一體的綜合性系統(tǒng)，全面提高礦井安全，保障礦井的正常生產(chǎn)和人員安全。
5.4煤礦瓦斯智能監(jiān)控系統(tǒng)不僅為煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的完善提供了更加豐富多樣的選擇，而且對(duì)改進(jìn)煤礦瓦斯監(jiān)控設(shè)備、創(chuàng)新煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了積極影響。通過不斷創(chuàng)新煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)和智能瓦斯巡檢系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而提高煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)效果，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。
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