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《金屬礦山雜志》2014年第七期

1VOD智能通風原理

VOD智能通風從作業人員工種及數量、主要設備工作狀態、作業面類型分布、井下空氣有害成分濃度及溫濕度等影響實際需風量大小的因素并通過一定的監測手段反饋到vod智能通風控制系統并自動計算實際需風量Qx，相應地通過風量監測技術監測通風區域供風量并反饋到VOD智能通風控制系統并自動計算實際供風量Qg，根據Qx與Qg的大小關系，自動調節控制風機的開停或變頻調速，實現通風系統風機風量的閉環控制，VOD智能通風控制系統示意見圖1。同時，建立三維通風系統模型，采用三維通風仿真模擬軟件進行三維可視化通風網絡模擬解算，用于風機遠程集中監控系統風機控制方案的對比參考及相互驗證，進一步提高VOD智能通風系統的可靠性和穩定性。三維通風仿真模擬軟件應具有良好的可視化效果，兼容AUTOCADDXF數據及Surpac等三維模擬數據文件，可快速地在現有設計數據的基礎上進行三維通風系統建模。通過對礦井通風系統數據進行三維可視化建模，將整個礦井通風系統直觀、動態的展現出來，系統建成后可作為礦山企業進行通風系統管理和調整的決策分析平臺。一般地，三維通風仿真模擬軟件應該具備圖2中的基本功能。

2梅山鐵礦VOD智能通風技術

2．1風量監測及VOD智能通風控制礦井通風與礦井生產活動緊密相連，通風環境可變因素及不可預測的因素多，若考慮因素過多，實現風機自動化控制系統的閉環控制以及自控系統的穩定性運行比較困難。考慮到具體的實施效果，要實現VOD智能通風技術，首先需要確定控制風機的開啟及變頻的依據是什么，初始條件是什么。從自動化控制的角度來說，就是如何直接或間接檢測被控量(風量)大小，作為風機控制系統動作的指令。根據《金屬非金屬礦山安全規程》:供風量應不少于每人4m3/min;有柴油設備運行的礦井，按同時作業機臺數每千瓦每分鐘供風量4m3計算。首先保證人員需風量作為實際需風量的最低標準，并且計算人員與設備關聯下的井下皮卡車、鏟運機等實際需風量。通過人員(設備)定位系統采集人員、設備信息并將數據經轉換、傳輸到風機遠程集中監控系統(VOD智能通風控制系統)，自動計算“實際需風量”;通過通風監測監控系統監測風量并將數據傳輸到風機遠程集中監控系統并自動計算“實際供風量”。梅山鐵礦VOD智能通風系統示意圖如圖3所示。人員(設備)定位系統通過人員、設備定位卡自動統計各區域內的人員(設備)數量N(N1，N2，…，Nn)，并進行數據轉換，由風機遠程集中監控系統內置程序自動計算人員與設備關聯下的實際需風量Qx。通風監測監控系統風速(風量)傳感器采集各區域內風量Qg(Q1，Q2，…，Qn)，主要在各分區域內機站風機巷設置風速傳感器采集各區域風量，經數據傳輸進入風機遠程集中監控系統，得到實際供風量Qg。VOD智能通風控制系統根據Qx與Qg的大小關系，自動調節控制風機的開停或變頻調速，實現通風系統風機風量的閉環控制。同時通過三維通風仿真模擬系統對VOD智能通風控制系統方案提供對比和參考，也能進行三維通風仿真模擬與VOD智能通風效果的相互驗證。

2．2研究方案及技術路線(1)井下通風系統調研，進行井下通風監控系統分區控制。收集整理采掘、通風系統等相關資料和圖紙，掌握多級機站通風系統機站分布(機站位置、風機型號、機站局阻)、通風巷道井巷參數(斷面形狀、支護類型、斷面尺寸、局部阻力系數、摩擦阻力系數)、風速傳感器位置及分布(風速傳感器數據的準確性、可靠性)、采掘作業面分布、主要采掘設備分布、人員工種等數據。根據井下多級機站通風系統特點，將井下機站風機服務的通風區域分區，依次劃分為(1～n)個通風區域。(2)人員(設備)定位系統人員信息及關聯設備信息采集。人員(設備)定位統計各區域內的人員(設備)數量N(N1，N2，…，Nn)，并進行數據轉換。要求在人員定位系統內設置分區，以便統計各區域內人數及關聯設備，并經數據轉換、傳輸進入通風系統智能控制終端。(3)建立井下通風系統運行模式，依據實際生產情況為通風系統設備運轉提供依據。結合相關國家通風規程及規定，結合人員(設備)等信息對井下通風系統進行分析，并利用內置程序自動計算出人員與設備關聯下各通風區域實際需風量Qx。然后，通過對整個通風系統進行風量解算，計算總系統的通風量，然后根據通風系統各風機及通風構筑物情況確定井下通風設備的運轉，并形成科學有效地運行模式。(4)建立井下通風監測監控系統并確保數據可靠性、通訊的穩定性。在井下各主要進、回風井、通風巷道設置風速傳感器，回風系統可設置CO傳感器等，建立完善的井下通風監測監控系統。通風監測監控系統采集各區域內風量Qg(Q1，Q2，…，Qn)，主要在各分區域內機站風機巷設置的風速傳感器采集各區域風量，經數據傳輸進入通風系統智能控制終端，得到實際供風量Qg。定期對監測監控系統進行驗證，確保其可靠性及穩定性。(5)建立三維通風系統模型，進行三維可視化風系統仿真模擬。利用三維通風仿真模擬軟件，在現有設計數據的基礎上進行三維通風系統建模。輸入井巷參數、機站及風機性能參數等通風網絡模擬解算等基礎數據，進行三維通風系統仿真模擬，模擬結果以直觀、形象、立體、動態的圖形顯示，得到通風系統風量、風阻及風機效能等參數分布情況。(6)通過VOD智能通風系統控制通風系統運行。通過監測監控系統傳輸數據，對井下各主要監測點的通風數據進行監測，并和選擇的井下風機運行模式下的設計通風量進行數據校核，并通過智能系統比較判斷“實際需風量”與“實際供風量”之間的關系，對各區域風機動作下達修正指令，同時，借助三維通風系統仿真模擬作為決策控制風機開停或變頻調速的參考依據。

3結論

(1)梅山鐵礦首次在我國提出金屬礦山井下VOD智能通風，從礦井風量的“供需平衡”原理出發，按需供給風量，是金屬礦山經濟節能的智能通風技術，實現了風機遠程集中監控系統風機風量的閉環控制。(2)梅山鐵礦通過人員(設備)定位系統采集人員、設備信息并將數據經轉換、傳輸到風機遠程集中監控系統(VOD智能通風控制系統)，自動計算“實際需風量”;通過通風監測監控系統監測風量即“實際供風量”反饋到風機遠程集中監控系統，比較判斷“實際需風量”與“實際供風量”之間的關系控制風機的開停或變頻調速，以供給最優、最合理的風量。同時，借助三維通風仿真系統，建立三維通風模型進行通風系統模擬、優化，作為指導風機遠程集中監控系統控制風機開停或變頻調速的參考依據。(3)礦井VOD智能通風系統，以人員數量(及關聯設備)和監測風量作為控制風機的兩個“反饋信號”，在實際執行過程中，考慮到井下環境的粉塵、高濕度條件對傳感器的影響，傳感器采集的風量數據作為輔助性判斷參數，以一定人員數量(與設備關聯)下計算的“實際需風量”作為風機控制方案的主要判斷參數，并通過三維通風仿真模擬結果用于風機控制決策的參考數據。(4)VOD智能礦井通風是實現“數字化”、“智能化”數字礦山的重要體現，尤其是對多級機站通風系統下的VOD智能通風，更大地發揮了多級機站通風系統的節能優勢。(5)下一步研究中可改進VOD智能通風的風機風量調節方式———變頻調節以及增加VOD智能通風的下初始條件如設備的散熱量、空氣的溫度等影響通風量大小的反饋因子。

作者：伍海亮王鵬潘軍義王連生單位：梅山冶金發展有限公司礦業分公司