煤矿通风系统承担着提供新鲜空气与排除有害气体等重要功能，传统管理方式存在效率低下与智能化水平不足等问题。智能化通风技术借助融合现代信息技术与通风工程理论，实现系统精准控制和优化运行的目标。坪上煤业作为年核定产能90万吨的煤与瓦斯突出矿井，构建智能化通风平台大幅降低能源消耗，实现年节约成本545万元、投资回收期2.8年的显著投资效益，为煤矿行业节能减排提供了技术示范。

智能化平台节能减排技术架构

节能导向的系统架构设计

坪上煤业正面临着传统通风管理能耗高、效率低的挑战，迫切需要构建以节能减排为导向的智能化平台。该平台架构将能耗最小化作为设计原则，采用感知层、传输层、处理层及应用层四层体系结构。感知层负责全面采集煤矿通风过程中的能耗数据，传输层能够保障数据在整个系统中的顺畅流通，处理层会执行基于数据分析的节能决策，应用层可实现对通风系统的可视化管控，架构设计着重强调平台的统一性，通过标准化的接口和协议来实现各子系统协同服务于节能减排目标。平台化管理能够避免出现系统孤岛的情况，确保节能策略在全局范围内统一执行，为煤矿通风节能减排应用提供坚实的架构支撑（见图1）。

能耗监测与控制子系统

平台构建覆盖全系统的能耗监测体系，为节能减排应用提供必要数据基础。监测子系统运用分布式传感器网络，实现通风设备能耗的实时感知与数据采集工作，控制子系统依据监测数据来执行节能调控指令，形成闭环控制体系。平台通过统一数据标准建立设备能耗档案，构建能效评估模型，为节能减排决策提供有力支撑。

智能优化决策算法

平台集成节能优化算法，为煤矿通风节能减排应用提供智能决策支持。算法以能耗最小化为优化目标，建立多目标优化数学模型：

其中，Qoptimal为最优风量分配，Pi为第i台设备功率，ti为运行时间。决策算法将机器学习和专家系统融合，构建节能方面的知识库，实现风量需求预测与运行优化。平台化决策体系统筹全系统节能潜力，自动生成最优控制策略，算法具备自适应学习能力可持续优化节能效果，为煤矿通风节能减排应用提供智能化决策支撑。 

智能化平台节能减排关键应用

智能调控技术节能应用

通风设备智能调控通过PLC控制软件达成变频调速，根据井下风量实际需求自动对电机频率进行调节。中央风井的2台280kW通风机与东翼风井的2台900kW通风机采用分区供风策略，在生产间隙期自动切换到节能运行模式，运行功率降低了40%。局部通风机智能调控可实现按需供风，7个掘进工作面的通风机根据瓦斯浓度、人员数量及作业强度动态调整风量，变频控制技术让风机转速调节范围达到30%～100%，和定速运行相比节能25%～35%。风门风窗协同控制能够优化风流分配，7套智能风门和7套调节风窗通过PLC控制系统实现远程调节，使通风效率提高15%～20%。

风网优化技术减排应用

风网优化减排技术通过重构通风路径与优化阻力分布的方式，实现系统性节能减排的目标。智能化平台利用三维可视化风网模型，对不同通风方案的能耗和效果展开模拟，通风阻力优化使系统总阻力降低20%～30%，使主通风机负压降低15%～25%，对应功耗下降18%～28%。多风井协调控制解决了“抢风”这一问题，通过智能调度算法，协调中央风井和东翼风井的运行参数，避免风井之间相互干扰，协调控制使双风井系统整体效率提升12%～18%。经济优化分析功能可评估不同减排方案的成本效益，系统会自动计算通风成本、设备折旧及维护费用等指标，优化后的通风方案使年度通风成本降低15%～22%。

自动化管控技术降耗应用

自动化管控依靠减少人工干预与提高操作精度实现，全面降耗。自动测风系统替代传统人工测风，实现从24人减至8人，减员率67%，4套测风装置覆盖主要通风巷道，测风精度提高至±2%，相比人工测风精度提升50%以上。无人值守控制系统让通风设备24小时自动运行，减少人员巡检频次和现场操作需求，显著降低人工成本。智能预警系统通过分析历史数据和实时监测信息，预测设备维护需求和性能劣化趋势，预防性维护策略延长设备使用寿命，减少因设备故障导致的能效下降。数据驱动的优化控制通过大数据分析技术，挖掘通风系统运行规律和节能潜力，机器学习算法持续优化控制参数。

智能化平台节能减排应用效果

能源消耗削减效果

智能化通风平台对坪上煤业能源消耗有显著降低。主通风机系统通过变频调速和智能调度，使年度电能消耗降低了380万kWh，节能率达到了22%，中央风井2台280kW通风机每年节电能够达到156万kWh，东翼风井2台900kW通风机采用分时运行策略，年节电为224万kWh。局部通风机通过变频控制每年节电84万kWh，单机平均节能率达到28%。风门风窗智能控制优化风流分配，使主通风机总风量需求降低12%，对应节电180万kWh。自动测风系统年耗电量仅为2.4万kWh，相比传统测风方式综合能耗降低65%。全系统综合节能率达到25.6%，年节约电费320万元，投资效益显著。

排放控制优化效果

智能化平台通过优化通风效果及降低能耗，实现显著排放控制效果。精准风量控制让瓦斯抽采效率提高18%，井下瓦斯浓度平均降低0.12%，每年减少瓦斯排放量约2100m3。粉尘控制效果有明显改善，智能通风系统通过优化风流组织，使除尘效率提高25%，掘进工作面粉尘浓度从12.5mg/m³降至8.8mg/m³，降幅达30%，温室气体减排效果突出，通过节约电能间接每年减少CO2排放680吨，设备优化运行，使润滑油消耗减少15%，每年减少废油排放1.2吨。有害气体排放控制更加精准，一氧化碳和硫化氢等有害气体浓度控制精度提高40%，排放总量减少25%。

经济环保综合效益

在直接经济效益方面，每年可节约电费320万元，同时还能减少人工成本180万元，降低设备维护费用45万元，年度综合经济效益可达545万元，投资回收期也缩短至2.8年，投资回报率达35.7%。人员配置优化效果显著，传统通风管理需要配备测风员24人，智能化改造后人员减少至8人，减员率达到了67%，管理人员工作效率提升35%。环保效益量化评估结果显示，每年可减少标准煤消耗260吨，能够减排CO当量890吨，减少粉尘排放12.5吨，设备使用寿命延长20%。在社会效益方面，通风事故发生率降低80%，系统可靠性99.5%以上，设备故障率降低45%。

结束语

智能化通风平台通过集成多项先进技术，实现煤矿通风系统智能化改造升级。坪上煤业应用实践表明，该平台在节能减排方面成效显著，它大幅降低了通风能耗与人员投入，提升管理精准度和响应速度，系统实现风量按需供给与设备高效运行，有效解决了多风井通风机“抢风”问题。智能化通风技术为煤矿行业节能减排提供了可行的技术路径，具有重要推广价值。

(关玉华  山西省晋城蓝焰煤业股份有限公司凤凰山煤矿)