大采高綜采工作面環(huán)境安全智能化監(jiān)測(cè)

王海波

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州 213015；2.天地(常州)自動(dòng)化股份有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

大采高綜采工作面大型機(jī)械設(shè)備多，光線昏暗，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大，設(shè)備操作人員視線、聽力受阻，采場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，僅依靠現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)單點(diǎn)監(jiān)測(cè)模式很難對(duì)工作面環(huán)境安全實(shí)現(xiàn)全面準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)[1-5]。以煤礦水害、火災(zāi)、瓦斯、頂板和煤塵五大災(zāi)害監(jiān)測(cè)為例，主要存在以下問題[6-11]：① 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取基本需要人工干預(yù)，無法排除人為干擾的主觀不可控性。② 五大災(zāi)害預(yù)警各自獨(dú)立，沒有建立災(zāi)害之間的關(guān)聯(lián)分析，當(dāng)多種災(zāi)害耦合發(fā)生時(shí)，增加了災(zāi)害預(yù)警信息處理的不確定性，不利于災(zāi)害的聯(lián)合預(yù)防。③ 災(zāi)害監(jiān)測(cè)分析大多針對(duì)階段性生產(chǎn)過程分析，分析成果多為研究報(bào)告形式，無法對(duì)工作面全生產(chǎn)周期進(jìn)行安全分析。本文提出了一種大采高綜采工作面環(huán)境安全智能化監(jiān)測(cè)方案，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取，提高安全分析的實(shí)時(shí)性、全面性和準(zhǔn)確性。

1 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取

大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要包括三類[12-14]：第一類，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸且能通過信息化手段獲取的數(shù)據(jù)，如煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井人員定位系統(tǒng)、采空區(qū)光纖測(cè)溫系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。第二類，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)珶o法通過信息化手段獲取的數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)無法實(shí)時(shí)自動(dòng)采集，如便攜式檢測(cè)儀數(shù)據(jù)等。第三類，沒有實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，如機(jī)械風(fēng)表數(shù)據(jù)、人工采集數(shù)據(jù)和采空區(qū)氣體色譜分析數(shù)據(jù)等。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，針對(duì)以上三類數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取方案見表1。第一類數(shù)據(jù)獲取相對(duì)容易，現(xiàn)階段各類監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)可通過Web API方式與工作面安全保障系統(tǒng)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。對(duì)于第二類數(shù)據(jù)，可將便攜式檢測(cè)儀與具有無線傳輸功能的終端配套使用，便攜式檢測(cè)儀通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸至終端，終端通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳。第三類數(shù)據(jù)大多存在于現(xiàn)有煤礦安全管理流程中，形成不同格式的數(shù)據(jù)報(bào)表，如束管分析報(bào)表、工作面生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等[15]，利用信息化手段，以異地自動(dòng)讀取相關(guān)報(bào)表的方式獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

表1 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)獲取方案Table 1 Automatic acquisition scheme of environmental safety monitoring data of fully-mechanized working face with large mining height

2 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)融合分析

將五大災(zāi)害狀態(tài)劃分為4個(gè)級(jí)別：1級(jí)代表低風(fēng)險(xiǎn)，2級(jí)代表一般風(fēng)險(xiǎn)，3級(jí)代表較大風(fēng)險(xiǎn)，4級(jí)代表重大風(fēng)險(xiǎn)。在五大災(zāi)害融合分析的基礎(chǔ)上，大采高綜采工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分流程如圖1所示。若任意1種災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為4級(jí)，判斷工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為4級(jí)；若任意3種及以上災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為3級(jí)，其余災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為2級(jí)或1級(jí)，判斷工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3級(jí)；若最多2種災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為3級(jí)，其余災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為2級(jí)或1級(jí)，判斷工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2級(jí)；若任意3種及以上災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為2級(jí)，其余災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為1級(jí)，判斷工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2級(jí)；若最多2種災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為2級(jí)，其余災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為1級(jí)，判斷工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為1級(jí)；若所有災(zāi)害狀態(tài)等級(jí)為1級(jí)，判斷工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為1級(jí)。

圖1 大采高綜采工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分流程Fig.1 Environment safety risk grading process of fully-mechanized working face with large mining height

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

以某大采高綜采工作面為例，分別針對(duì)水害、火災(zāi)、瓦斯、頂板和煤塵災(zāi)害完善監(jiān)測(cè)手段，見表2。將工作面精細(xì)化分區(qū)范圍內(nèi)水害、火災(zāi)、瓦斯、頂板和煤塵災(zāi)害按照4種安全等級(jí)實(shí)時(shí)預(yù)警，通過災(zāi)害融合分析給出工作面安全指數(shù)，并對(duì)工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)實(shí)時(shí)預(yù)警，界面如圖2所示。相比傳統(tǒng)的安全分析研究報(bào)告，實(shí)現(xiàn)了基于工作面生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)安全分析預(yù)警，提高了工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)的智能化水平。

表2 大采高綜采工作面災(zāi)害監(jiān)測(cè)Table 2 Disaster monitoring on fully-mechanized working face with large mining height

圖2 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)分析界面Fig.2 Interface for environment safety monitoring and analysis of fully-mechanized working face with large mining height

4 結(jié)語

提出了一種大采高綜采工作面環(huán)境安全智能化監(jiān)測(cè)方案。通過可靠的監(jiān)測(cè)手段自動(dòng)獲取不同類型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，減少人為因素干擾；在單一災(zāi)害分級(jí)預(yù)警的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)工作面環(huán)境安全監(jiān)測(cè)融合分析，劃分工作面環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。該方案在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行了應(yīng)用并取得了良好效果。