案例背景

西南地區(qū)某大型煤礦，主井筒深度超過800米，年產(chǎn)能300萬噸，屬煤與瓦斯突出礦井。井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，高瓦斯區(qū)域占總采掘工作面的60%以上，通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行直接關(guān)系到礦井安全生產(chǎn)的根本命脈。

長期以來，礦井氣象監(jiān)測主要依賴地面氣象站的區(qū)域數(shù)據(jù)，與井下的實際微氣象條件存在顯著偏差——地面晴好天氣時，井下地溫、濕度、氣壓往往呈現(xiàn)截然不同的變化規(guī)律。這一偏差在煤與瓦斯突出事故的預(yù)測預(yù)報中尤為關(guān)鍵：局部氣壓驟降可能導(dǎo)致瓦斯解吸速率急劇增加，而井下通風(fēng)受阻往往與巷道風(fēng)場異常直接相關(guān)。

2023年，礦井啟動智能化礦山建設(shè)，將井下氣象實時感知納入通風(fēng)智能化管控系統(tǒng)。經(jīng)過嚴(yán)格的技術(shù)選型和防爆認(rèn)證，最終選定智測云聯(lián)ZC-FB16防爆氣象站作為井下氣象監(jiān)測層的核心感知設(shè)備。

## 方案部署

礦井在井下主要通風(fēng)巷道、采掘工作面回風(fēng)側(cè)、高瓦斯匯聚區(qū)域及避難硐室入口四類關(guān)鍵位置，共計安裝16臺ZC-FB16防爆氣象站。其中，井下安裝的設(shè)備全部滿足Ex ia IIC T4 Ga本質(zhì)安全型防爆認(rèn)證要求，消除了電氣設(shè)備在瓦斯積聚區(qū)域引發(fā)點燃的風(fēng)險。

設(shè)備通過礦用阻燃通信線纜接入礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)化Json格式上傳至地面通風(fēng)監(jiān)控中心的智能管控平臺。管控平臺內(nèi)置了礦井通風(fēng)仿真模型，系統(tǒng)將實時氣象數(shù)據(jù)與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模型耦合計算，每分鐘自動輸出各測點巷道的等效通風(fēng)阻力、風(fēng)排瓦斯量預(yù)測值及突出危險指數(shù)。

針對礦井四季溫度變化大的特點，井上通風(fēng)機房同時部署了4臺ZC-FB16，與井下數(shù)據(jù)形成對照，構(gòu)建了"地面—井筒—采掘面"三維氣象剖面，為礦井整體通風(fēng)策略優(yōu)化提供了完整數(shù)據(jù)鏈。

## 技術(shù)亮點

ZC-FB16在礦井場景中的適配性，得益于其對復(fù)雜惡劣工況的全面適應(yīng)能力。

井下環(huán)境潮濕，空氣中常含有高濃度瓦斯和粉塵，傳感器外殼長期暴露在腐蝕性氣體中極易老化。ZC-FB16的ASA材質(zhì)傳感器外殼配合IP65防護等級，在礦井實測環(huán)境中連續(xù)運行18個月后，外殼無開裂、無粉化，內(nèi)部傳感器校準(zhǔn)精度仍保持在出廠指標(biāo)的95%以上，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)備在井下高濕高硫環(huán)境中"撐不過一個雨季"的痛點。

溫度測量范圍覆蓋-40℃至+85℃，可充分適應(yīng)礦井深部地?zé)岷投揪矁鋈诘葴囟葪l件。氣壓監(jiān)測300~1100hPa全覆蓋，精度±0.25%，能夠捕捉到井深每增加100米約10hPa的氣壓梯度變化，為地質(zhì)構(gòu)造分析和突出危險性預(yù)測提供了高分辨率氣壓基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

五要素一體式傳感器的設(shè)計，大幅減少了井下防爆區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備數(shù)量，減少了潛在點燃源的數(shù)量和布設(shè)復(fù)雜度。設(shè)備功耗低于7.6W，配合AC220V供電，無需額外布設(shè)大功率供電線路，對礦井現(xiàn)有電力系統(tǒng)幾乎沒有額外負(fù)荷。

## 應(yīng)用成效

ZC-FB16氣象監(jiān)測系統(tǒng)與礦井通風(fēng)智能管控平臺的深度融合，帶來了礦井安全生產(chǎn)能力的系統(tǒng)性提升。

**突出預(yù)警提前量大幅增加。** 系統(tǒng)運行期間，先后兩次成功預(yù)警煤與瓦斯突出風(fēng)險。預(yù)警觸發(fā)前，井下測點氣壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)了持續(xù)20分鐘、幅度超過15hPa的快速下降，系統(tǒng)據(jù)此計算出的突出危險指數(shù)提前40分鐘越過紅色閾值，井下作業(yè)人員得以在突出事故發(fā)生前完成安全撤離。兩次預(yù)警均實現(xiàn)零傷亡。

**通風(fēng)效率顯著優(yōu)化。** 基于井下16個測點的風(fēng)速、溫度、濕度實時數(shù)據(jù)，通風(fēng)管控平臺重新標(biāo)定了礦井主要通風(fēng)機的運行參數(shù)，在保證有效風(fēng)量率的前提下，將風(fēng)機總能耗降低了約11%，年節(jié)約電費超過80萬元。

**應(yīng)急響應(yīng)體系。** 每次井下氣象異常事件均被完整記錄，事后可調(diào)取歷史數(shù)據(jù)進行情景還原和原因分析。系統(tǒng)運行兩年間，礦井已積累超過8000條有效氣象異常事件記錄，為通風(fēng)災(zāi)害機理研究提供了寶貴的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資產(chǎn)。礦井也因此順利通過安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化礦井驗收。

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**產(chǎn)品選型參考：ZC-FB16防爆氣象站（智測云聯(lián)）**

- 防爆等級：Ex d IIC T6 Ga / Ex ia IIC T4 Ga（可選雙證配置）

- 監(jiān)測要素：風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣壓力（五要素一體式）

- 測量精度：風(fēng)速±0.1m/s / 風(fēng)向±2° / 溫度±0.3℃ / 濕度±3%RH / 氣壓±0.25%

- 工作溫度：-40℃ ~ +85℃；數(shù)據(jù)存儲：≥50萬條

- 通訊方式：RS485/RS232，Modbus RTU協(xié)議，礦用阻燃線纜兼容

- 防護等級：IP65，五防設(shè)計（防水/防爆/防塵/防震/防腐）

- 適用場景：煤礦井巷、金屬礦山巷道、公路及鐵路隧道、水利引水隧洞等地下工程