區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用

楊 洪

（大同煤礦集團(tuán)公司 通風(fēng)處，山西 大同 037003）

1 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的原因及現(xiàn)實(shí)意義

煤礦最主要的安全場所是采掘工作面等作業(yè)點(diǎn)，如果能夠控制所有這些作業(yè)點(diǎn)的安全也就控制了整個礦井的安全。影響工作面作業(yè)點(diǎn)的安全因素很多，譬如停風(fēng)或微風(fēng)作業(yè)、風(fēng)流不穩(wěn)、瓦斯超限、瓦斯異常涌出、采空區(qū)自然發(fā)火、煤與瓦斯突出、停風(fēng)或超限未斷電、超強(qiáng)度開采、瓦斯未能有效抽采等等，如果能夠集成監(jiān)測和控制所有這些因素在安全范圍內(nèi)，就可避免煤礦瓦斯事故。然而現(xiàn)行的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)都是基于傳感器單測點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，缺少面的集成和區(qū)域的合成，數(shù)據(jù)單一，無法形成網(wǎng)絡(luò)化的集成體系，不能表達(dá)測控單元間的相互關(guān)系，缺少測控單元位置描述，只能用于傳感器級別的瓦斯超限報(bào)警與局部斷電等有限用途，缺少停風(fēng)與斷電狀態(tài)可靠監(jiān)測技術(shù)手段，難以對工作面等所在區(qū)域?qū)ο蟮恼w安全狀況進(jìn)行全面監(jiān)測監(jiān)控，無法實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面的提升。針對這一問題，建立以工作面為目標(biāo)對象的集成化測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對安全生產(chǎn)因素的集成測控、實(shí)時安全評價、實(shí)時安全預(yù)測預(yù)警，實(shí)現(xiàn)直到井下作業(yè)場所的多級調(diào)度報(bào)警與處理系統(tǒng)，對于防治煤礦安全事故具有十分重要的意義。

近年來我國煤礦發(fā)生瓦斯事故的礦井都裝有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，甚至是最先進(jìn)的系統(tǒng)，還一再發(fā)生瓦斯事故，不可否認(rèn)有管理方面的原因，但更主要的是我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控領(lǐng)域仍然存在較為棘手的技術(shù)問題。眾所周知風(fēng)、電、瓦斯是煤礦瓦斯事故三大要素，但現(xiàn)行使用的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中缺少采掘工作面風(fēng)量監(jiān)測與微風(fēng)報(bào)警及斷電測控技術(shù)；缺少停風(fēng)狀態(tài)下準(zhǔn)確度較高的監(jiān)測識別技術(shù)；缺少對工作面及超限風(fēng)流流經(jīng)區(qū)域快速斷電監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)；缺少對整個工作面整體安全狀態(tài)的全方位監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。廣泛應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)僅僅解決了瓦斯超限監(jiān)測報(bào)警與部分?jǐn)嚯姽δ?，它仍不夠完善，無法為礦井的安全提供更精確的數(shù)據(jù)，仍存在不穩(wěn)定因素。因此，一套煤礦安全區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警綜合防御系統(tǒng)對于解決上述問題具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的過程及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的過程

根據(jù)礦井的實(shí)際情況，10103采煤工作面采用被動式測壓。為了準(zhǔn)確測定煤層原始瓦斯壓力，須選擇穿層測壓鉆孔布置方法。

2.2 測壓鉆孔的布置及施工

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)區(qū)域化改造，在現(xiàn)有瓦斯超限報(bào)警功能基礎(chǔ)上開發(fā)了高可靠性主扇停風(fēng)監(jiān)測、局扇停風(fēng)監(jiān)測、微風(fēng)監(jiān)測、未斷電監(jiān)測、風(fēng)門短路監(jiān)測、瓦斯抽采異常監(jiān)測、監(jiān)測系統(tǒng)故障監(jiān)測、監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)通訊故障監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸中斷監(jiān)測等實(shí)時監(jiān)測功能，實(shí)現(xiàn)了工作面全方位全過程的綜合實(shí)時報(bào)警監(jiān)測監(jiān)管。

（1）異構(gòu)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)綜合集成接口

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展與礦井電子技術(shù)的不斷提高，部分礦井往往裝有不同類型的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，但井下工作面等區(qū)域測控需要將所有這些測控系統(tǒng)集成，譬如不同廠家的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、抽放監(jiān)測系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、人員監(jiān)測系統(tǒng)等等，這是實(shí)現(xiàn)多角度全方位實(shí)時測控的基礎(chǔ)。為此同煤集團(tuán)研究開發(fā)了一套異構(gòu)通用集成接口系統(tǒng)，本接口系統(tǒng)能夠兼容礦井各種類型的異構(gòu)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，就如同一個系統(tǒng)一樣，為構(gòu)建綜合集成自動化全方位監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）煤礦安全全方位綜合集成實(shí)時報(bào)警監(jiān)測平臺

區(qū)域化綜合集成指涉及煤礦安全生產(chǎn)的各種異構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的集成，譬如煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦瓦斯抽采監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦束管火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)、煤礦人員監(jiān)測系統(tǒng)等等，實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)共享與分析及報(bào)警監(jiān)測。全方位指在通常瓦斯監(jiān)測功能基礎(chǔ)上增加影響煤礦瓦斯火災(zāi)事故的所有影響因素的監(jiān)測以及提供對這些影響因素相互關(guān)系的監(jiān)測，由此為工作面安全提供先進(jìn)全面的綜合自動化保障技術(shù)（見圖1）。

圖1 全方位綜合集成監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)具有如下功能：①局扇停風(fēng)狀態(tài)高可靠性監(jiān)測識別與報(bào)警斷電，井下掘進(jìn)工作面風(fēng)筒末端安設(shè)有風(fēng)筒風(fēng)量傳感器，可有效解決局扇停風(fēng)監(jiān)測監(jiān)管問題；②采掘工作面、采區(qū)等主要巷道風(fēng)量實(shí)時監(jiān)測與微風(fēng)報(bào)警監(jiān)測，井下巷道安設(shè)有巷道風(fēng)量傳感器，可有效解決風(fēng)量不足或微風(fēng)停風(fēng)監(jiān)測監(jiān)管問題；③瓦斯報(bào)警趨勢同步分析顯示功能，可在報(bào)警的同時顯示發(fā)展趨勢狀態(tài)；④數(shù)字礦圖報(bào)警位置同步定位顯示功能，動畫顯示功能，按面域或傳感器位置定位查詢顯示與實(shí)時圖形化監(jiān)測（見圖2）；⑤提供綜合實(shí)時曲線監(jiān)測、歷史曲線分析、數(shù)據(jù)查詢、斷電跟蹤監(jiān)測、實(shí)時處理調(diào)度等全面完善的監(jiān)測、分析與處理手段。

圖2 定位查詢顯示與實(shí)時圖形化監(jiān)測

2.3 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）將基于點(diǎn)的有限測控提升到對工作面區(qū)域整體的全面測控，極大提高了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的測控能力，實(shí)現(xiàn)了各種異構(gòu)系統(tǒng)的集成應(yīng)用。

（2）局扇風(fēng)筒出口風(fēng)量實(shí)時在線監(jiān)測裝置，為掘進(jìn)工作面通風(fēng)可靠監(jiān)測提供了先進(jìn)的自動化測控技術(shù)手段。

（3）礦井總回、采區(qū)、采掘工作面巷道風(fēng)量全面實(shí)時監(jiān)測技術(shù)，為礦井各種巷道通風(fēng)可靠監(jiān)測提供了先進(jìn)的自動化測控技術(shù)手段。

（4）基于監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)源的煤礦工作面等所有區(qū)域?qū)ο蟮陌踩珷顟B(tài)實(shí)時評價技術(shù)，為煤礦事故及時處理與科學(xué)決策提供先進(jìn)的技術(shù)方法。

（5）網(wǎng)絡(luò)化采用分源預(yù)測法預(yù)測工作面測點(diǎn)的瓦斯涌出量與瓦斯抽采量，能夠依據(jù)有限樣本計(jì)算瓦斯含量或瓦斯涌出量，自動生成數(shù)字礦圖格式的瓦斯參數(shù)預(yù)測分布圖。

（6）基于AQ6201標(biāo)準(zhǔn)的煤礦安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)時監(jiān)測監(jiān)管。

3 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會效益

3.1 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的應(yīng)用情況

本系統(tǒng)于2013年2月～8月在集團(tuán)公司晉華宮、四臺礦進(jìn)行了安裝使用，其中：晉華宮礦安裝了風(fēng)筒風(fēng)量傳感器8臺、巷道風(fēng)量傳感器4臺，四臺礦安裝了風(fēng)筒風(fēng)量傳感器6臺、巷道風(fēng)量傳感器7臺。在使用過程中，根據(jù)實(shí)際的工作需要不斷改進(jìn)，進(jìn)一步提高了井下及面域化全方位實(shí)時監(jiān)控的各項(xiàng)功能，使用效果明顯，達(dá)到了預(yù)期的目的，有效地實(shí)現(xiàn)了礦井整體安全狀態(tài)的面域化全方位實(shí)時監(jiān)測監(jiān)控及分析。

3.2 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警的社會經(jīng)濟(jì)效益

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)面域化改造經(jīng)過了近6 個月的運(yùn)行，井下風(fēng)筒及巷道風(fēng)量傳感器的檢測精準(zhǔn)度及實(shí)時在線監(jiān)控軟件平臺的可靠分析性都得到了有效的驗(yàn)證，建立以工作面等作業(yè)點(diǎn)為目標(biāo)對象的集成化測控，實(shí)現(xiàn)對安全生產(chǎn)因素的集成測控，有效地解決了晉華宮、四臺礦目前瓦斯防治存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，很大程度上提高了礦井瓦斯等有害氣體的實(shí)時監(jiān)測監(jiān)管。

4 實(shí)施區(qū)域化全方位實(shí)時監(jiān)測預(yù)警存在的問題及推廣應(yīng)用前景

本系統(tǒng)在使用過程中大大提高了以工作面區(qū)域?yàn)閱挝坏恼w安全預(yù)測預(yù)警分析，但在推廣應(yīng)用中需進(jìn)一步完善瓦斯預(yù)測預(yù)警評價的技術(shù)模型。

〔1〕煤礦安全面域化全方位實(shí)時監(jiān)測、實(shí)時預(yù)警、實(shí)時評價、實(shí)時調(diào)度綜合防御系統(tǒng).沈陽新元信息與測控技術(shù)有限公司，2010.

〔2〕鄔燕云，孫繼平.煤礦安全監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng).北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

〔3〕王德明.礦井通風(fēng)與安全.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.