CN116591742A - 一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统及方法，涉及通风调控技术领域，包括以下步骤：采集人员所处环境的空气质量信息和人员的位置信息；采集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息；经过三维动态模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机风门和风窗演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机风门和风窗状态，并远程调控风机风门和风窗以改变井下空气质量和风流状态；当自动模拟调节风机风门和风窗演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，进行报警提示井下人员或设备撤离。

Description

一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统及方法

技术领域

本发明涉及通风调控技术领域，具体的是一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统及方法。

背景技术

目前在我国地下矿山开采时，地下矿井普遍面临风路长，风路复杂的困难，因通风困难而造成的人员伤害事件也屡有发生。目前，虽有矿山开始重视通风工作，但由于井下人员、设备进出频繁，人员和设备及井下工程也在不停变化之中，传统的人为手动调控通风方式无法对这种变化及时应对，因而也就无法满足时刻变化的井下环境要求。目前，在不少地下矿井都开始采用智能通风方式对井下风流和空气进行调控，但现有的智能通风方式大多以信号传输、反馈模式实现对井下风流和空气的整体调控，而忽视了局部环境的风流和空气质量。实际上，通风最终目的是实现人员安全，以上的人为手动调控通风方式和智能通风方式整体调控均忽视了有人局部环境的通风和空气质量，因而既产生了大量的无效通风，降低了通风效率，也无法真正保证井下人员的作业安全。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，包括：

移动式传感模块：用于探测收集人员所处的环境的空气质量信息，并发送至基站；

定位模块：用于对人的位置进行定位，并且将人员位置信息发送至基站；

固定式传感模块：用于探测收集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息，并发送至基站；

井下通风三维可视化控制平台：用于接收基站发送的人员所处的环境的空气质量信息、人员位置信息和重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息，并经过模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机风门和风窗演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机风门和风窗状态，并发出信号远程调控风机风门和风窗以改变井下空气质量和风流状态；

当自动模拟调节风机风门和风窗演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，发送报警信号至报警模块；

报警模块：用于在接收到井下通风三维可视化控制平台发送的报警信号后，进行报警，对相关人员进行警示撤离人员或设备。

优选地，所述移动式传感模块包括O2传感器、CO2传感器、风速传感器、温度传感器及湿度传感器、并可根据矿井特点扩展选配甲烷浓度传感器、SO2浓度传感器和氡及子体浓度传感器。

优选地，所述定位模块包括人员标识卡，通过与基站不断传输交换信号实现对人位置的实时定位。

优选地，所述报警模块包括声、光、振动多种报警模式，并将报警信息通过简短文字发送到便携式集成装置的显示屏上，实现对人行为的提示、警告或禁止。

优选地，所述基站采用无线传输信号，基站间距为基站有效传输距离之内，为100～200m，基站遍布井下，并通过光缆或光纤实现与地表井下通风三维可视化控制平台相接。

优选地，所述井下通风三维可视化控制平台以三维通风可视化软件为主要载体，并有人机交互可视化界面、可实时观测井下各位置人员、设备和风流、空气质量信息，井下三维通风可视化控制平台的三维通风模拟以井下总风量需求和井下工程的三维实体模型为基础建立，而井下总风量需求为井下人员需风量、井下设备需风量和井下开采需风量中的最大值。

优选地，所述井下开采需风量为各切割、开采、备采采场、巷道掘进以及硐室需风量总和。

优选地，所述风机带有信号接收装置和变频装置，在接受到地表的井下通风三维可视化控制平台传输过来的调控信号后可实现风机变频，进而改变风机转速，调整风量；井下风门和风窗均带有信号接收装置和自动调控装置，在接受到地表的井下通风三维可视化控制平台传输过来的调控信号后能够实现远程控制和调节，改变风阻，从而改变整体或局部风速与空气质量。

一种以人为中心的矿山井下智能通风调控方法，方法包括以下步骤：

采集人员所处环境的空气质量信息和人员的位置信息；

采集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息；

并经过三维动态模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机风门和风窗演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机风门和风窗状态，并远程调控风机风门和风窗以改变井下空气质量和风流状态；

当自动模拟调节风机风门和风窗演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，进行报警提示井下人员或设备撤离。

本发明的有益效果：

本发明的通过井下人员随身携带有便携式集成装置，集成有移动式传感模块、定位模块和报警模块，该装置为本发明的核心模块，带有通风和空气质量信息收集与传输，人员定位和危险提示报警功能，且紧跟人员移动，从根本上实现了井下智能通风调控方法的以人为中心，避免了风流和空气质量的低效甚至无效调控，有力保证了井下人员对新鲜风流和空气的需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明的系统框架原理图；

图2为本发明的方法流程图。

图中：

1—便携式集成装置，2—基站，3—通风三维可视化控制平台，4—风机，5—风门及风窗，11—移动式传感模块，12—定位模块，13—报警模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，包括：

井下作业人员随身携带有便携式集成装置1，便携式集成装置集成有移动式传感模块11、定位模块12和报警模块13。移动式传感模块11对人员所处的环境空气质量进行信息探测与收集，定位装置定位人的位置；同时，在重要井巷和重点作业场所安设固定式传感装置，探测收集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息。以上空气质量信息和人员位置信息通过遍布于井下的基站2将信号传递至位于地表的井下通风三维可视化控制平台3。井下通风三维可视化控制平台3通过模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机4、风门及风窗5演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机4、风门及风窗5状态，并发出信号远程调控风机4、风门及风窗5以改变井下空气质量和风流状态。当自动模拟调节风机4、风门及风窗5演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，将通过井下基站2远程传输信号至便携式集成装置1上的报警模块13进行报警，对相关人员进行警示撤离人员或设备，以保证人员在井下作业的通风和空气安全。

井下作业人员随身携带的便携式集成装置1，集成有集成有移动式传感模块11、定位模块12和报警模块13。移动式传感模块11集成有多种传感器，包括O2传感器、CO2传感器、风速传感器、温度传感器及湿度传感器、并可根据矿井特点(如高瓦斯矿井、高硫矿井、铀矿井)而扩展选配甲烷浓度传感器、SO2浓度传感器和氡及子体浓度传感器；定位模块12主要包括人员标识卡，通过与基站2不断传输交换信号实现对人位置的实时定位；报警模块13包括声、光、振动等多种报警模式，并将报警信息通过简短文字发送到便携式集成装置1的显示屏上，实现对人行为的提示、警告或禁止。

井下通风三维可视化控制平台3以三维通风可视化软件为主要载体，并有人机交互可视化界面、可实时观测井下各位置人员、设备和风流、空气质量信息。井下三维通风可视化控制平台3的三维通风模拟以井下总风量需求和井下工程的三维实体模型为基础建立。而井下总风量需求为井下人员需风量、井下设备需风量和井下开采需风量(井下开采需风量为各切割、开采、备采采场、巷道掘进以及硐室需风量总和)中的最大值。井下通风三维可视化控制平台3实时接收井下人员随身携带的便携式集成装置1通过井下基站2传输来的风流和空气信息以及人员位置信息。根据这些信息进行实时动态演算，根据演算结果对风机4和井下的风门及风窗5进行实时动态调整或对人进行提示报警。

井下基站2采用无线传输信号，基站2间距为基站2有效传输距离之内，一般为100～200m。基站2遍布井下，并通过光缆或光纤实现与地表井下通风三维可视化控制平台3相接。

井下风机4带有信号接收装置和变频装置，在接受到地表的井下通风三维可视化控制平台3传输过来的调控信号后可实现风机4变频，进而改变风机转速，调整风量；井下风门及风窗5均带有信号接收装置和自动调控装置，在接受到地表的井下通风三维可视化控制平台3传输过来的调控信号后能够实现远程控制和调节，改变风阻，从而改变整体或局部风速与空气质量。

本发明针对现有的地下矿山的手动调控通风方式无法及时对井下人员、设备及工程的变化作出及时应对；而现有的井下智能通风方式大多以信号传输、反馈模式实现对井下风流和空气的整体调控，而忽视了有人局部环境的风流和空气质量，导致通风效率低下、无效通风严重的现状。提供一种关注井下作业人员所处局部环境的通风和空气质量安全的智能通风调控方法。该方法通过对井下人员和关键场所风流和空气信息的实时掌控，由地表的井下通风三维可视化控制平台对井下环境进行实时模拟演算，继而对风机风门和风扇进行及时调控，实现对井下有人的局部环境通风和空气质量的实时改善，满足井下作业人员的安全通风和对空气质量的要求。

本发明能够解决传统的井下通风方式对井下人员、设备等变化应对不及时，以及一般的井下智能通风方法只对井下整体的风量风阻进行调控，而忽视了局部有人作业环境的通风和空气质量安全的不足；通过人员的集成有集成有传感、定位和报警模块的便携式集成装置对风流和空气信息的实时掌控，无线基站的信息传递，井下通风三维可视化控制平台对井下环境的实时模拟演算和远程调控风机、风门和风窗，实现了对井下整体风量风阻和有人作业环境的局部风量和空气质量的实时改变，有效保证了井下作业人员的通风和空气质量完全，提高通风效率，减少无效通风。

如图2所示，需要进一步进行说明的是，在具体实施过程中，本发明还提供了一种以人为中心的矿山井下智能通风调控方法，方法包括以下步骤：

采集人员所处环境的空气质量信息和人员的位置信息；

采集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息；

并经过三维动态模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机风门和风窗演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机风门和风窗状态，并远程调控风机风门和风窗以改变井下空气质量和风流状态；

当自动模拟调节风机风门和风窗演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，进行报警提示井下人员或设备撤离。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本公开的基本原理、主要特征和本公开的优点。本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内容。

Claims (9)

1.一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，包括：

移动式传感模块：用于探测收集人员所处的环境的空气质量信息，并发送至基站；

定位模块：用于对人的位置进行定位，并且将人员位置信息发送至基站；

固定式传感模块：用于探测收集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息，并发送至基站；

井下通风三维可视化控制平台：用于接收基站发送的人员所处的环境的空气质量信息、人员位置信息和重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息，并经过模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机风门和风窗演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机风门和风窗状态，并发出信号远程调控风机风门和风窗以改变井下空气质量和风流状态；

当自动模拟调节风机风门和风窗演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，发送报警信号至报警模块；

报警模块：用于在接收到井下通风三维可视化控制平台发送的报警信号后，进行报警，对相关人员进行警示撤离人员或设备。

2.根据权利要求1所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述移动式传感模块包括O2传感器、CO2传感器、风速传感器、温度传感器及湿度传感器、并可根据矿井特点扩展选配甲烷浓度传感器、SO2浓度传感器和氡及子体浓度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述定位模块包括人员标识卡，通过与基站不断传输交换信号实现对人位置的实时定位。

4.根据权利要求1所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述报警模块包括声、光、振动多种报警模式，并将报警信息通过简短文字发送到便携式集成装置的显示屏上，实现对人行为的提示、警告或禁止。

5.根据权利要求1所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述基站采用无线传输信号，基站间距为基站有效传输距离之内，为100～200m，基站遍布井下，并通过光缆或光纤实现与地表井下通风三维可视化控制平台相接。

6.根据权利要求5所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述井下通风三维可视化控制平台以三维通风可视化软件为主要载体，并有人机交互可视化界面、可实时观测井下各位置人员、设备和风流、空气质量信息，井下三维通风可视化控制平台的三维通风模拟以井下总风量需求和井下工程的三维实体模型为基础建立，而井下总风量需求为井下人员需风量、井下设备需风量和井下开采需风量中的最大值。

7.根据权利要求6所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述井下开采需风量为各切割、开采、备采采场、巷道掘进以及硐室需风量总和。

8.根据权利要求1所述的一种以人为中心的矿山井下智能通风调控系统，其特征在于，所述风机带有信号接收装置和变频装置，在接受到地表的井下通风三维可视化控制平台传输过来的调控信号后可实现风机变频，进而改变风机转速，调整风量；井下风门和风窗均带有信号接收装置和自动调控装置，在接受到地表的井下通风三维可视化控制平台传输过来的调控信号后能够实现远程控制和调节，改变风阻，从而改变整体或局部风速与空气质量。

9.一种以人为中心的矿山井下智能通风调控方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

采集人员所处环境的空气质量信息和人员的位置信息；

采集重要井巷工程和重点作业场所的空气质量信息；

并经过三维动态模拟演算判定井下通风及空气质量是否满足井下人员安全需要，当满足时，不做调整；当不满足时，通过不断自动模拟调节风机风门和风窗演算出满足井下人员对通风和空气质量需要的风机风门和风窗状态，并远程调控风机风门和风窗以改变井下空气质量和风流状态；

当自动模拟调节风机风门和风窗演算结果无法满足井下人员对通风和空气质量需要时，进行报警提示井下人员或设备撤离。