一种井下通风监控系统

1.一种井下通风监控系统，其特征在于，包括：
从入风井沿巷道向井下敷设用来提供地面标准大气压的标准大气压管（1），其将地面标准大气压作为井下各测点的基准值；
分别设置在井下各巷道节点处的多个相对压力传感器（2），每个相对压力传感器（2）分别连接所述标准大气压管（1），用于测量各巷道节点相对于地面标准大气压的相对压力，并产生和输出相对压力信号；
分别设置在各巷道节点处的多个风速传感器（3），用于测量各巷道节点的风速，并产生和输出风速信号；以及
分别连接所述多个压力传感器（2）和所述多个风速传感器（3）的通信系统（4），用于将所述相对压力信号和风速信号传送给监控中心（5）。
2.根据权利要求1所述的井下通风监控系统，其特征在于，还包括：
设置在入风井口处的用来测量总进风量的总进风量传感器；以及
设置在出风井口处的用来测量总回风量的总回风量传感器。
3.根据权利要求2所述的井下通风监控系统，其特征在于，还包括：
设置在井下的自动风门，其通过对所述相对压力信号和风速信号进行网络解算以实现风量自动调节。
4.根据权利要求1～4任一项所述的井下通风监控系统，其特征在于，所述相对压力传感器（2）由相对压力计构成，所述相对压力计一端与所述标准大气压管（1）连接、另一端设有外置的感应短管（21）。
5.根据权利要求1～4任一项所述的井下通风监控系统，其特征在于，所述标准大气压管（1）为胶皮管、钢管或塑料管中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的井下通风监控系统，其特征在于，所述通信系统（4）由工业以太网、3G无线通讯系统或CAN总线模块中的一种或多种构成。
7.根据权利要求1所述的井下通风监控系统，其特征在于，所述监控中心（5）包括：
用于将所述相对压力信号和风速信号进行网络解算的通风网络解算系统；
用于将所述相对压力信号和风速信号进行通风设计、解算和通风过程模拟的三维通风仿真系统；以及
用于对所述相对压力信号和风速信号状态进行监测并对井下设备进行控制的调度控制系统。

一种井下通风监控系统\n技术领域：\n[0001] 本实用新型涉及井下安全技术领域，具体涉及一种井下通风监控系统，特别是煤矿井下的通风监测和控制系统。\n背景技术：\n[0002] 近几年，我国煤炭系统的安全生产在技术及装备上已上了很大一个台阶，但还是存在很多安全隐患，目前强制推广的六大系统中涉及煤矿安全监控系统，主要用来监控和预警瓦斯、火、冲击地压等重特大事故，例如监测甲烷浓度、风速、风压、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等。当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停风时，自动切断相关区域的电源并闭锁，同时报警。此外，煤矿安全监控系统在应急救援和事故调查中也发挥着重要作用，当煤矿井下发生瓦斯（煤尘）爆炸等事故后，系统的监测记录是确定事故时间、爆源、火源等重要依据之一。\n[0003] 目前国内煤矿安装的煤矿安全监控系统，还未能真正实现煤矿井下通风系统的监测与控制，大多主要还是靠人工测风和巡检，工作量大、效率低，不能及时发现风险，从而给井下生产带来安全隐患。鉴于此，若能有一种针对上述技术问题的解决方案，这将是众多煤矿企业梦寐以求的，即能够对煤矿井下通风系统的各节点压力、各巷道的风量、风阻、风流方向进行监测，同时能够控制风门的开启，调节井下风路的风流和风量，实现真正煤矿井下通风系统的监测与控制。\n实用新型内容\n[0004] 针对上述现有技术中存在的不足，本实用新型提供了一种井下通风监控系统，其通过对矿井通风系统数据进行监测，将整个矿井通风系统直观、动态地展现出来，不仅为矿山企业进行通风系统管理和调整决策提供了分析平台，以帮助及时预测和发现通风系统薄弱环节，还为抢险救灾、人员逃生路线的预案制定和反风及压风提供了依据；此外，该井下通风监控系统科学、先进、简便、直观，为企业作业生产节约了成本。\n[0005] 为实现本实用新型的上述目的，本实用新型的井下通风监控系统包括：从入风井沿巷道向井下敷设用来提供地面标准大气压的标准大气压管，其将地面标准大气压作为井下各测点的基准值；分别设置在井下各巷道节点处的多个相对压力传感器，每个相对压力传感器分别连接所述标准大气压管，用于测量各巷道节点相对于地面标准大气压的相对压力，并产生和输出相对压力信号；分别设置在各巷道节点处的多个风速传感器，用于测量各巷道节点的风速，并产生和输出风速信号；以及分别连接所述多个压力传感器和所述多个风速传感器的通信系统，用于将所述相对压力信号和风速信号传送给监控中心。\n[0006] 进一步，还包括：设置在入风井口处的用来测量总进风量的总进风量传感器；以及设置在出风井口处的用来测量总回风量的总回风量传感器。\n[0007] 进一步，还包括：设置在井下并通过对所述相对压力信号和风速信号进行网络解算以实现风量自动调节的自动风门。\n[0008] 优选地，所述相对压力传感器由相对压力计构成，所述相对压力计一端与所述标准大气压管连接、另一端设有外置的感应短管。\n[0009] 优选地，所述标准大气压管为胶皮管、钢管或塑料管中的一种或多种。\n[0010] 优选地，所述通信系统由工业以太网、3G无线通讯系统或CAN总线模块中的一种或多种构成。\n[0011] 优选地，所述监控中心包括：用于将所述相对压力信号和风速信号进行网络解算的通风网络解算系统；用于将所述相对压力信号和风速信号进行通风设计、解算和通风过程模拟的三维通风仿真系统；以及用于对所述相对压力信号和风速信号状态进行监测并对井下设备进行控制的调度控制系统。\n[0012] 与现有技术相比，本实用新型的井下通风监控系统具有如下优点：\n[0013] 1）本实用新型井下通风监控系统通过在井下敷设标准大气压管，并沿管路在多个巷道节点安装相对压力传感器，用以监测测试点相对于地面标准大气压力的相对压力，从而可方便测出各测点到地面所经巷道的通风阻力损失；\n[0014] 2）本实用新型井下通风监控系统通过在各巷道节点处设置风速传感器，可方便监测各测点风速，进行风压修正和风量计算；\n[0015] 3）本实用新型井下通风监控系统通过在地面设置监控中心，可对矿井通风系统数据进行实时监测，将整个矿井通风系统直观、动态地展现出来，为矿山企业进行通风系统管理和调整提供决策分析，同时为抢险救灾、人员逃生路线的预案制定和反风及压风提供了依据，及时预测和发现通风系统薄弱环节，此外通过三维通风仿真系统可进行矿井通风系统设计、多级机站通风网络解算和优化、矿井降温除尘定量分析、爆破排烟动态模拟、循环风预测、反风演习模拟；\n[0016] 4）本实用新型井下通风监控系统科学、先进、简便、直观，为企业作业生产节约了成本。\n[0017] 下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。\n附图说明\n[0018] 图1是本实用新型井下通风监控系统的布设图；\n[0019] 图2是图1所示A处的放大图；\n[0020] 图3是本实用新型井下通风监控系统的相对压力传感器的工作原理图；\n[0021] 图4是本实用新型井下通风监控系统的各测点到地面所经巷道的通风阻力效果图。\n[0022] 附图标记说明：1-标准大气压管；2-相对压力传感器；21-感应短管；3-风速传感器；4-通信系统；5-监控中心。\n具体实施方式\n[0023] 如图1所示，本实用新型的井下通风监控系统包括：从入风井沿巷道向井下敷设用来提供地面标准大气压的标准大气压管1，其将地面标准大气压作为井下各测点的基准值，标准大气压管1的敷设路线优选为：覆盖各盘区、各工作面进风口和出风口、主进风大巷、主回风大巷、主进风井、主出风井，目的是将地面大气压力P0作为井下各测点的基准值；\n在井下各巷道节点处分别设置多个相对压力传感器2，每个相对压力传感器2分别连接标准大气压管1，用于测量各巷道节点相对于地面标准大气压的相对压力，并产生和输出相对压力信号；在各巷道节点处分别设置多个风速传感器3，用于测量各巷道节点的风速，并产生和输出风速信号，巷道风速传感器3可优选设置在各巷道节点入风侧前10米处，更准确、更方便检测风速；分别连接多个压力传感器2和多个风速传感器3的通信系统4，用于将相对压力信号和风速信号传送给监控中心5。\n[0024] 本实用新型的井下通风监控系统还包括设置在入风井口处的用来测量总进风量的总进风量传感器，以及设置在出风井口处的用来测量总回风量的总回风量传感器，通过总进风量传感器和总回风量传感器可以监测总进风量和总回风量。此外，还包括设置在井下的自动风门，其通过对相对压力信号和风速信号进行网络解算以实现风量自动调节。\n[0025] 如图2、图3所示，本实用新型的相对压力传感器2由相对压力计构成，该相对压力计一端与标准大气压管1连接、另一端设有外置的感应短管21，采集各巷道节点的气体压力，并通过和标准大气压管1内的大气压力对比得到该巷道节点相对于地面大气压力P0的相对压力，最后将采集的相对压力模拟信号转化成数字信号输出（图3）。测出来的相对压力与地面大气压力P0之差即为各测点到地面所经巷道的通风阻力h，通过该值可实现通风监测、调节与控制。\n[0026] 图4所示为本实用新型井下通风监控系统的各测点到地面所经巷道的通风阻力h效果图，其中\n[0027] ha-b：a点到b点之间巷道的阻力；\n[0028] ha-c：a点到c点之间巷道的阻力；\n[0029] ha-d：a点到d点之间巷道的阻力（矿井的总阻力）；\n[0030] hb-c：b点到c点之间巷道的阻力；\n[0031] hc-d：c点到d点之间巷道的阻力；\n[0032] 满足h=RQ2公式的要求，其中：h-阻力；R-风阻；Q-风量。\n[0033] 根据伯诺里方程:\n[0034] pa+zaρag+ρa2va2/2=pb+zbρbg+ρb2vb2/2+hfa-b\n[0035] hfa-b=(pa-pb)+（zaρag-zbρbg）+（ρa2va2/2-ρb2vb2/2）[0036] 其中：z-标高；P-压力；ρ-空气密度；g-重力加速度；v-风速。\n[0037] 那么对于倾斜巷道的阻力，由于存在标高z，在井下标高z很难准确测量，应用敷设标准大气压管1的方式，可以将倾斜巷道出现的位能消除，即可以不用考虑标高z及zρg的影响。\n[0038] 如图4，巷道若是倾斜或是起伏不平的，那么a-b点的阻力为：\n[0039] pA=pa+zaρag\n[0040] PB=pb\n[0041] ha-b=pA-pB=pa+zaρag-pb=h\n[0042] 其中h为相对压力计的读数。\n[0043] 上述是在Sa＝Sb（S为巷道截面）的情况下的计算公式。对于巷道断面有变化的情况，即Sa≠Sb，ha-b≠h，那么根据伯诺里方程：\n[0044] ha-b=h+（ρa2va2/2-ρb2vb2/2）\n[0045] 需要进行速压修正，即为：\n[0046] （ρa2va2/2-ρb2vb2/2）\n[0047] 本实用新型井下通风监控系统的标准大气压管1可有多种选择，比如可优选为胶皮管、钢管或塑料管中的一种或多种；通信系统4也可选用工业以太网、3G无线通讯系统或CAN总线模块中的一种或多种；监控中心5包括：通风网络解算系统，用于将相对压力信号和风速信号进行网络解算；三维通风仿真系统，用于将相对压力信号和风速信号进行通风设计、解算和通风过程模拟；以及调度控制系统，用于对相对压力信号和风速信号状态进行监测并对井下设备进行控制。通信系统4将各节点的相对压力信号、风速信号传输到地面监控中心5的通风网络解算软件中，进行通风网络解算，在大屏幕上显示出各巷道及工作面的风量、风阻、各节点的压力、风流方向，做到实时监测。\n[0048] 本实用新型井下通风监控系统的主要功能有：矿井通风网络系统修改设计、解算和风流动态；生产矿井风流动态分析；新掘或废弃井巷后风网系统的变化分析；风门、风窗、密闭等通风构筑物设置和风量调节效果分析；通风井巷断面或长度变化对通风的影响分析；在风网优化设计的基础上进行风机选型，风机运行工况点分析；支持对主辅扇、局扇建模和多级机站联合运转分析；风机调速、反风模拟；主要风路经济断面选型、风网通风经济性评价；烟雾、粉尘、有害气体扩散路径的设定，进行灾害预案制定和紧急情况处理；矿井自然风压分析；可对通风系统进行全局优化；瓦斯突出动态扩散模拟分析（节点压力突变，结合瓦斯浓度变化，分析瓦斯突出动态）。\n[0049] 本实用新型井下通风监控系统通过在井下敷设标准大气压管1，并沿管路在多个巷道节点安装相对压力传感器2，用以监测测试点相对于地面标准大气压力的相对压力，从而可方便测出各测点到地面所经巷道的通风阻力损失；通过在各巷道节点处设置风速传感器3，可方便监测各测点风速，进行风压修正和风量计算；通过在地面设置监控中心5，可对矿井通风系统数据进行实时监测，将整个矿井通风系统直观、动态地展现出来，为矿山企业进行通风系统管理和调整提供决策分析，同时为抢险救灾、人员逃生路线的预案制定和反风及压风提供了依据，及时预测和发现通风系统薄弱环节，此外通过三维通风仿真系统可进行矿井通风系统设计、多级机站通风网络解算和优化、矿井降温除尘定量分析、爆破排烟动态模拟、循环风预测、反风演习模拟。可见，本实用新型井下通风监控系统科学、先进、简便、直观，为企业作业生产节约了成本。\n[0050] 需要说明的是，尽管上文对本实用新型作了详细说明，但不限于此，本技术领域的技术人员可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，凡按照本实用新型记载的内容或原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。