柠条塔矿业公司综掘工作面风场调控综合降尘技术及装备研究
针对煤矿大断面，长巷道快速掘进方式，巷道粉尘大量涌出，在通风方案和风量确定情况下，传统粗放式总风量控制的通风方式风筒直径、方向角度和前后距离不能动态变化,无法有效解决粉尘聚集隐患及环境污染等问题，本项目针对柠条塔矿综掘面风流不能动态调控造成的安全隐患问题，提出了对风筒出风口风流进行动态调控，优化风速及粉尘场分布的新思路。建立了综掘工作面风场调控综合降尘技术，研发了集数值模拟、智能预测、决策评价、风流调控规则及物理实验测试验证于一体的三维可视化的柠条塔矿综掘面风场调控降尘集成软件系统，并研制了第二代机械式风流调控装置，在2020年12月成功地安装服务于柠条塔矿S1202主回撤通道掘进工作面进行应用示范，达到了优化风速场，高效降尘的效果，有效地解决了目前快速掘进下传统局部通风方式无法实时动态调控所造成的风速、瓦斯及粉尘运移分布不合理问题，为掘进面安全、高效及绿色智能精细化通风控管提供了新的途径和技术支持。
图1 掘进面出风口风场调控降尘集成软件系统主界面
图2 S1202综掘面风场调控降尘相似模拟实验平台
图3 第二代综掘面机械式风场调控装置
图4 机械式风场调控装置井下安装测试图
数字孪生驱动的掘进面风流监测及智能调控系统研究
针对目前煤矿掘进工作面通风系统智能化发展相对滞后，实时监测、异常预警与应急决策能力不足，且传统“粗放式”通风控制模式出风口风流状态不能实时变化，导致掘进面死角区瓦斯难以稀释排出，粉尘浓度远超煤安规程4mg/m3标准，造成瓦斯粉尘灾害和污染隐患。本项目采用实时监测、智能预测、数据挖掘及虚拟现实等技术，结合自主研发的风流智能调控技术，研究建立数字孪生驱动的风流监测及智能调控系统整体框架、系统软硬件模型及关键技术，研制出风流智能调控装置，在此基础上，研发出一套数字孪生驱动的掘进面风流实时监测及风流智能调控系统，具体研究内容如下：
1. 研究建立数字孪生驱动的风流监测及智能调控系统整体框架模型；
2. 研究基于数据采集处理与无线通信网络的掘进通风风速、瓦斯及粉尘浓度数据的实时监测方法，建立数字孪生驱动的的风流实时监测子系统；
3. 建立基于时间序列预测及数据挖掘的智能预测及风流调控规则获取技术，研发风流数据信息反馈驱动下的决策信息子系统；
4. 研究基于虚拟现实与计算机控制的虚拟系统建模技术，进行掘进面风流监测及智能调控虚拟现实子系统开发；
5. 基于煤矿局部通风智能调节测试实验平台，构建数字孪生驱动的风流监测及智能调控物理测试实验平台进行系统实验研究验证。
图1 数字孪生驱动的掘进面风流监测及智能调控系统总体解决方案
图2 掘进面风流监测及智能调控三维仿真可视化系统界面
图3 数字孪生驱动的掘进面风流监测及智能调控实验测试平台
图4 数字孪生驱动的掘进面风流监测及智能调控系统运行流程
