煤矿通风智能化与发展方向研究

引言

在我国能源结构中，煤炭仍占据主导地位，煤矿安全生产直接关系国家能源稳定供应与社会经济发展。随着煤矿开采深度不断增加，井下环境愈发复杂，高温、高湿、高瓦斯浓度等问题加剧，传统通风系统在监测精度、调控及时性、能源利用效率等方面的局限性日益凸显，传统通风模式已难以满足现代煤矿安全生产与绿色发展需求。

一、煤矿通风智能化关键技术

1.1 物联网技术

物联网技术是煤矿通风智能化的基础支撑，通过构建井下感知网络，实现通风系统的全面互联。在实际应用中，大量部署的传感器构成了系统的 “神经末梢”，如 MEMS风速传感器、红外瓦斯传感器等，可实时采集井下风速、风量、有害气体浓度、温湿度等环境参数，以及通风机振动、轴承温度、风门开闭状态等设备数据。这些传感器通过ZigBee、LoRa 等低功耗无线通信协议，或光纤、工业以太网等有线方式，将数据传输至汇聚节点，再统一上传至地面控制中心

1.2 人工智能技术

人工智能技术赋予煤矿通风系统 “智慧大脑” 能力。机器学习算法在通风系统故障诊断中发挥关键作用，通过对历史数据的学习，构建故障预测模型。基于长短期记忆网络（LSTM）的通风机故障诊断模型，可对电机电流、振动频谱、温度变化等多维数据进行分析。深度学习算法则用于通风参数的智能优化，结合井下人员分布、采掘进度等动态因素，通过强化学习算法自动调整通风机转速与风门开度。

1.3 大数据技术

大数据技术为煤矿通风智能化提供深度分析能力。系统每天可采集 TB 级的通风数据，涵盖设备运行日志、环境监测数据、生产调度信息等。通过 Hadoop、Spark 等大数据处理平台，对数据进行清洗、存储与分析，挖掘数据背后的规律。利用关联规则算法分析通风参数与瓦斯浓度变化的相关性，建立预测模型；通过聚类分析划分井下通风区域，实现差异化通风管理。某煤矿基于大数据分析，发现特定时段、区域的通风能耗异常波动，优化通风策略后，大数据技术支持通风系统的性能评估与趋势预测，为设备维护、系统升级提供科学依据。

1.4 自动化控制技术

自动化控制技术是实现通风智能化的执行核心。可编程逻辑控制器（PLC）与分布式控制系统（DCS）广泛应用于通风设备控制。PLC 通过编写逻辑程序，实现对通风机启停、转速调节，以及风门开闭的精准控制。DCS 则实现了通风系统的分布式控制与集中管理，通过网络将多个控制单元连接，可对整个通风网络进行协同调控。当某区域发生火灾时，DCS 系统能迅速联动关闭相关风门，调整通风路线，同时启动应急通风模式。自动化控制技术与物联网、人工智能结合，形成闭环控制体系，实现通风系统的自主运行与智能调控，大幅提升通风系统的可靠性与稳定性。

二、煤矿通风智能化现状分析

2.1 通风智能化发展现状

当前煤矿通风智能化已取得阶段性进展。在监测系统层面，多数大型煤矿实现了井下环境参数的实时采集，能够对风速、瓦斯浓度等关键指标进行动态监测。通过 PLC 实现通风机转速的自动调节。在决策支持领域，部分矿区引入大数据分析技术，构建通风优化模型，整体智能化水平仍存在显著差异，中小型煤矿智能化改造进程缓慢，依赖人工巡检的现象仍较为普遍。

2.2 存在的问题与挑战

技术层面，传感器在复杂井下环境中的稳定性不足，数据传输延迟影响实时控制效果。智能化改造成本高昂，单台通风机智能化升级费用高，中小企业难以承受。安全与标准领域，行业缺乏统一的数据接口规范，导致不同厂商设备兼容性差。智能化系统面临网络攻击风险，煤矿曾因通风控制系统遭入侵，引发局部区域通风异常，暴露出信息安全防护体系的薄弱性。

三、推动煤矿通风智能化发展的保障措施

3.1 加强技术研发与创新

要通过技术创新推动煤矿通风智能化。国家有关部门要支持技术创新促进煤矿通风智能化发展，从政策和资金上加以倾斜，给予专项科研基金支持，加大科研单位对煤矿通风智能化高精度传感器、低时延通信、智能算法等方面的技术支持。对于目前的通风智能化技术在井下工作环境中给传感器造成的影响，支持煤矿单位和研究单位对防粉尘、防火、防高温等性能良好的传感器研发，提高传感器的稳定性以及使用寿命。

3.2 完善人才培养体系

人才匮乏是煤矿通风智能化发展的最大障碍，应建立多模式、多方位的煤矿通风智能化人才培养机制，高等院校优化专业建设，增开物联网工程、智能控制等相关专业，与煤矿企业深化合作，建设实习实训基地，培养既懂通风又懂智能化的人才。中国矿业大学与众多大型煤矿企业合作，定向培养“订单式”智能化通风专业人才。加强煤矿企业内部在职人员培训，定期开展技术培训、技术竞赛，提高职工对智能化装备的操作、维护水平。制订富有竞争力的人才吸引政策，增加智能化专业人员的报酬，设立科研创新奖励基金，吸引留住优秀人才，为煤矿通风智能化发展提供人才保障。

3.3 优化政策与标准环境

政府部门可从财政补贴、税负优惠等多方面出台煤矿通风智能化的发展政策，缓解煤矿智能化改造对煤矿企业的成本压力。对于煤矿企业来说，针对通风智能化改造的煤矿企业，为其购置的通风智能化设备提供相应购置费用的补贴，并对其通风智能化相关技术服务免收增值税，增加煤矿企业对智能化建设的参与热情。加快制定行业统一的规程和标准，对通风智能化设备的数据接口、通信协议、安全标准等提出明确要求，解决通风智能化设备间的不兼容与数据共享困难的问题。加强煤矿通风智能化系统信息安全监管，建立对煤矿通风智能化系统安全评估机制，并定期开展对煤矿通风智能化系统的信息安全检测工作，保障系统运行稳定性。

3.4 强化企业主体责任

煤矿企业是通风智能化发展的主体，应该承担智能化改造责任，增加智能化改造资金投入，把通风智能化建设列入企业发展战略。建立智能化管理体系，建立独立的智能化管理部门，负责通风智能化系统维护、数据采集并进行分析和决策。加强与相关上下游企业、科研院所之间的技术合作，共同进行技术创新、应用创新，促动煤矿通风智能化技术创新、技术升级，达到企业安全生产、可持续发展，从而推动煤炭行业的智能化发展。

结语

煤矿通风智能化是煤炭行业发展的必然趋势。当前，其在提升通风效率、保障安全方面成果显著，但仍受技术、人才、标准等因素制约。需持续推动技术创新与融合应用，完善政策标准，强化人才培养。通过多方协同发力，加速煤矿通风智能化进程，助力行业向安全、高效、绿色方向迈进。

参考文献

[1]张盛，祝传军，杨尚波. 煤矿通风智能化与发展方向研究[J].内蒙古煤炭经济，2023，（11）：34-36.

[2]孙彭通.煤矿企业通风智能化与发展方向研究[J].中国设备工程，2018，（18）：164-165.