自動精準測風和三維通風安全監控系統
導語：礦井通風是礦山開采的重要保障，是井工礦山安全開采的重要組成部分。本期轉化果平臺推薦的《自動精準測風和三維通風安全監控系統》，依托底層超聲波掃描測風技術及設備，運用物聯網、自動化、3DGIS、VR等技術，實現全網自動化精確測風，并在真三維通風系統模型中進行實時通風網絡解算、智能分析、動態運行模擬，構建礦井精確的風向、風速和風量監控體系，融合有害氣體監測數據進行實時通風安全預警。通過應用表明，經濟社會效益顯著。
一、系統概述
目前對于礦山通風系統的要求主要有：通風實時數據采集、通風系統檢驗評價、通風系統模型建立、漏風實時檢測處理、通風實時網絡解算、通風系統快速優化、通風歷史數據處理、通風能效管理評定。全面、及時、精確的風速數據是解決一系列通風問題的基礎。
現有的風速獲取方式主要有兩種：監測監控系統中的風速測點數據、人工測量數據。系統采用超聲波掃描測風技術，利用超聲波在順風和逆風中傳播相同距離存在的時差與風速之間的關系，測出風流的速度。超聲波風速儀在測點位置成對安裝，測量主站輸出RS485信號，通過轉換器轉為RJ45信號就近接入環網交換機，再通過環網傳到地面前置機(數據服務器)。
自動精準測風和三維通風安全監控系統是一個專為礦山管理、生產和技術部門設計的集數據管理、圖形制作、模型建立、生產設計、通風安全、生產監控等多功能為一體的大型三維地理信息系統，其特點是以真實三維坐標表達三維礦山實體模型;表達力強、操作方便(2D/3D一體化)。
可根據需要生成通風系統圖、通風網絡圖和通風三維立體圖;具有風網解算、自然分風、按需配風、調阻分析、風網優化、逃生模擬、風門開關模擬、貫通模擬等眾多分析功能。
系統采用超聲波掃描測風新技術、新方法，運用物聯網、自動化、3DGIS、VR等技術，實現全網自動化精確測風，并在真三維通風系統模型中進行實時通風網絡解算、智能分析、動態運行模擬，構建礦井精確的風向、風速和風量監控體系，融合有害氣體監測數據進行實時通風安全預警。為礦井提供一個專業、精確、直觀的通風管理工具，對礦井安全生產和減人提效起到至關重要的作用。
二、主要功能
系統主要功能：精確測風，三維通風動態運行，通風安全監測，預警報警，智能統計分析，風網優化調節。
1.精確測風
(1)測量原理：超聲波，時差法測量;
(2)測量范圍：-15m/s至15m/s;
(3)分辨率：0.01m/s;
(4)測量精度：±0.05m/s;
(5)安裝距離：1-12m;
(6)數據接口：RS485輸出;
(7)供電電壓：DC18V;
(8)電源防爆形式：隔爆兼本安型;
(9)防護等級：IP54;
(10)通訊距離：≤1km。
2.三維通風動態運行
以真實的測量導線點數據快速構建礦井三維通風系統模型(風網、通風設備、設施、安全監控設備等)。在模型中，加入巷道的通風基礎數據，實現風網動態解算，并將風網實時監測數據和解算數據在三維下模擬動態運行展示。
3.通風安全監測
在全礦三維通風系統模型中，接入現有監測監控系統的實時數據，對全礦井的通風安全進行全面實時監測(如CH4、CO、風速、風壓、風量、溫度等)，實時掌握各類通風設施的運行情況，實時測量和報告主要大巷、掘進工作面、回采工作面、關鍵巷道和用風地點的精確風速和風量及有害氣體情況。
4.通風安全監測
根據實測和解算數據，實現對風量、風速、風向不穩定性的自動報警，并對報警原因和系統故障原因進行查詢，提高通風系統的安全性和通風管理的科學性。
5.智能統計分析
以歷史統計、實測數據為基礎，建立礦井通風系統數據庫，自動分析礦井通風系統的屬性及通風系統參數、礦井的通風效率、通風系統的穩定性、合理性和經濟性。
①各段巷道的通風屬性(摩擦系數，風阻和阻力);
②自動對主扇的外部漏風率、運行參數和工況點進行驗證比對。
③自動分析通風網絡中的阻力分布狀況及影響礦井通風系統安全、穩定和效率的主要因素。
④對通風系統的內、外漏風狀況，對通風系統的安全性、合理性、經濟性進行自動分析、評估。
6.風網優化調節
系統通過實時監測井下各巷道的風量，通過分析計算，給出系統中的主要通風機、局部通風機、風門、調節風門(風窗)等的調節方案，為礦井風量分配、風量調節提供輔助決策。
三、總體設計
四、特征優勢
五、效益分析
1.經濟效益
(1)實時的全網自動化精確測風、減少測風員工的數量，從而減少人工開支;
(2)將復雜的全礦井通風阻力測定工作變成生產礦井的日常行為，可隨時掌握每條巷道的通風狀態，在提高管理效率的同時，節省了大量費用;
(3)使管理人員及時發現現有通風系統存在的問題，及時發現漏風、供風不足及供風過剩等情況，通過智能化的風量調節，實現最為合理有效供風，大幅度減少通風過程中的能源消耗。
(4)通過通風模擬，匹配最優化的通風設計方案，避免設計、施工不必要的通風巷道和設置不必要的通風設施。在保證礦井通風需求和通風安全的前提下，節約大量通風工程建設費用。
2.社會效益
(1)變革礦井通風管理模式;
(3)提高通風管理的工作效率。
