一、测风当前存在的问题
目前大面积使用的风速测量仪表、风速传感器启动风速基本在 0.3ｍ/s，以上无法满足《煤矿安全规程》规定的岩巷最低风速0.15ｍ/s的要求测量精度在±0.2ｍ/s左右，尤其在于低风速巷道风速测量、风门漏风检测、风流精确调控等方面相对误差较大。
常用的机械式风表线路法测定风速受人员高度和测风经验限制，尤其在大断面巷道中测量结果的可靠性较低，风速传感器在巷道断面内的安装位置、校正方法没有切实可行的操作规范和标准，导致监测数据的可靠性不高。因此，风速准确测量仪表是未来应着力解决的基础。
综上所述，当前矿井巷道测风存在如下几点问题：
- 测量精度不够，差压法风速传感器安装必须迎风且保持90°倾角，否则测风数据不具备参考价值；
- 固定点风速，不代表巷道平均风速（一般来说巷道中心风速是边缘的0.82-0.86倍），无法用于智能通风调控参数；
- 人工测风可以获取巷道平均风速，手工活，因人而已，误差差别大，无法实时获取；
- 各研究院校推出“六线式”、“九点式”自动测风装置，投资大、测风时影响过车、测风周期长、达不到实时风速监测效果。
利用超声波传感设备，改变传统的差压法“以点代面”的局限性，实现巷道测风站及关键用风地点平均风速的精准测定，我公司已获得国家实用专利（专利号：ZL 2020 2 2309729.0）。
二、精准测风系统键技术
智能精准测风系统关键技术研究井下巷道通风参数的智能感知，核心技术包括:①稳定可靠的煤矿井下巷道全断面风速超声波或多普勒激光雷达监测装备，实现风速监测精度的提升；②考虑风流脉动特征的高精度单点平均风速监测技术和断面风速传感器安装位置确定方法，使传感器监测数据真实反映巷道实际风速；③满足全网络风阻(摩擦阻力)精确反演的高精度矿井绝对压力、相对压力监测装备，实现通风网络精确动态建模；④基于激光雷达扫描的巷道全断面精细成图装备，实现巷道断面的精确测定。
全断面平均风速的快速准确测定，为全矿井智能通风数据采集与联动调控奠定了基础。
三、测风装备设计原理
井巷风流的湍流脉动和断面风速的不均一特征，是导致平均风速的准确测试难度大的主要原因。实现风速的精确测量，首先要设计高温、高湿和粉尘环境下抗干扰能力强、精度高、耐腐蚀性好、性能稳定的风速测量传感器,然后利用湍流统计法测量单点或线段的时均风速，并通过优化设计传感器分布解决井巷突变区大涡干扰、传感器间相互干扰和校正问题，实现点或线段风速传感器的高精度测定，最后基于速度场结构近似恒定原理将单点或线段的时均风速转换为井巷断面平均风速。应用超声波时差法的测量线段风速，发射和接收端的跨度大，可克服点风速测量时传感器尺度效应与风流湍流波动诱发的测量误差，是一种精度较高的风速测量方法。采用超声波时差法，研发风速高精度传感器，实现了全量程测量精度小于0.1m/s，突破了井巷平均风速(量)准确测量的一道屏障，通过线段风速的高精度测量实现了全断面平均风速(量)的快速准确测定，技术原理如下图1-2所示。
图1-2 全断面超声波风速测定技术原理
四、超声波扫描测风技术
巷道中的气体速度曲线应为子弹头形状，即：中间流速高，外围流速低。超声波风速仪测量的是巷道横截面的一条线，以这条测量线测量的流速代表整个横截面积的风速。利用超声波在顺风和逆风中传播相同距离存在的时差与风速之间的关系，测出风流的速度。超声波利用时差法,通过大跨度双向设置超声波接收与发射端，辅以时间数字转换芯片(TDC)精确计时技术和解耦算法，实现了全量程测量精度小于0.1m/s，突破了井巷平均风速(量)准确测量的一道屏障，通过线段风速的高精度测量实现了全断面平均风速的准确测定，超声波风速仪如图1-3：
图1-3 全断面超声波风速传感器
五、超声波传感器安装方法
超声波风速仪在测点位置成对安装，采用时差法测速原理，声波在空气中上行、下行传播相同距离时，用的时间不同；而此时间差与被测空气的流动速度有一定的数学关系，由此计算风速；风速仪控制超声波换能器的发射与接收，并对接收到的声波信号采集，经过子站输出RS485信号，通过分站转为RJ45信号就近接入环网交换机，然后传到上位机上。安装剖面图1-4，安装截面图1-5：
图1-4 超声波风速仪安装剖面图
图1-5 超声波风速仪截面图
超声波风速仪测定原理是巷道不同位置气流传播速度不同，与气流速度正相关，通过正反2路交叉声波计算2路声波时间差，计算出气流速度。两个探头最好成45°角水平安装，不要安装在巷道不规则位置；另外两个探头也不要安装在巷道中间点上，要安装在高于人或车水平两侧巷道璧上，因为安装在有人或车活动下方，会影响测量准确率。两个探头之间的距离5m左右就可以，两个探头位置如何，风速仪转换器主机有个信号强度参考项，只要强度大于85%就可以。
六、超声波风速风速显示
超声波风速子站可以把从传感器采集到的实时风速直接在子站自带的LED电子管直接显示（大小犹如家用电表LED屏），也可以直接输出全彩LED替代测风站牌板，全彩LED尺寸1mX0.6m，如图8-5，对于风速超限巷道，可以屏蔽数据显示，也可以通过修改巷道断面，降低风速显示，当然也可只在地面上位机软件查看。软件巷道对应位置也以“电子屏”展示，见下“矿井测风系统”章节。
图8-5 超声波外接全彩LED显示
七、辛强煤矿测点布置
矿井监控系统效率的高低在很大程度上依赖于传感器的位置和数量。因此，对于传感器部署位置的具有重要的意义，辛强煤矿一期超声波测风仪以监测矿井主副井和各大巷进风、矿井总回风以及回采面进回风量为主，以便主风机调整时能实时观察矿井风量情况，同时能实时监测回采工作面需风量变化情况，出现异常情况及时报警。监测点布置如下：
在回风井东西两侧各安装一套风速仪，监测矿井总回风；在井底车场爆炸材料库东侧、无轨胶轮车库东侧、中央带式输送机大巷和401盘区带式输送机巷丁字口东侧各安装一套风速仪，监测矿井总进风量。
在401102工作面进回风巷道口，各安装一套风速仪，实时监测工作面需风量变化情况。
八、精准测风用途
根据《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》（国能发煤炭规﹝2021﹞29 号）的智能通风系统建设内容：风速传感器的数量和位置应满足精确测风环境状态识别的需要。结合《煤炭工业智能化矿井设计标准》(GB/ T 51272—2018)的通风系统应符合“风温联合解算”的规定。
随着碳达峰、碳中和政策的不断深入实施，今后制约煤矿发展的因素，一是生态治理能力和绿色矿山建设的水平，二是安全生产标准化的水平，三是智能矿山建设的水平。这是未来煤矿产能选择、资源运营权集中的政策导向。所以，未来煤矿的智能化水平将是决定性因素，谁走在前面，谁就是受益者。罗马不是一天建成的，煤矿智能化建设不能好高骛远、一蹴而就，需要持续保持功成不必在我，功成必定有我的战略定力，持续加大投入，持续迭代创新，小步快跑，蹄疾步稳。辛强煤矿先把最基本也是最核心的风搞精准，首先建立井下精准测风系统，以点带面，不断突破，逐步把智能通风管控预警平台大数据中心建立起来，逐步实现数据治理，夯实智能化通风系统建设的基础。
通过智能精准测风系统通风参数感知，准确掌控巷道的真实平均风速或风量，为实现风网实时解算、通风异常诊断、通风智能调控、控风方案确定、应急预案启动提供基础数据保障，测风系统与智能通风其他子系统相互关系如图8-8：
图8-8 测风系统与其他系统关系
由上图可知，测风系统主要有以下几点作用：
（1）通过超声波扫描巷道截面测量技术，实现全截面精准的平均风速测量，构建矿井精确的风向、风速和风量监控体系，融合有害气体监测数据进行实时通风安全预警。满足《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》（国能发煤炭规﹝2021﹞29号）文件的智能通风中的“精准测风”标准要求。测风在三维通风显示效果图如图8-9
（2）通过精准通风参数（风速、风向），加入三维通风模拟系统中联合解算。满足《煤炭工业智能化矿井设计标准》(GB/ T 51272—2018)文件的通风及安全系统中的“实现风速、风温联合解算”标准要求，如图8-9所示。并根据解算和实测数据，实现对风量、风速、风向不稳定性的自动报警，如图8-10，提高通风系统的安全性和通风管理的科学性。
a）超声波风速未联合解算的风速8.6
图8-10超限报警前后对比图
（3）通过实时监测井下各巷道的精准风速和分析计算，并能导出测风旬报，如图8-11，以便测风人员加工和统计，上报主管部门，作为主要通风机、局部通风机、风门、调节风门（风窗）等的调控参考依据，如图8-12，8-13：
图8-11测风旬报导出
