煤與瓦斯突出實時預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用

張亞楠 劉建平

摘要：預(yù)測預(yù)警作為突出防治的首要環(huán)節(jié)，可為礦井安全生產(chǎn)提供重要保障，但傳統(tǒng)的煤與瓦斯突出預(yù)測技術(shù)是一種抽檢式的、不連續(xù)的、局部突出危險性預(yù)測方法，已難以滿足礦井安全高效生產(chǎn)的需求?；诖耍酒恼聦γ号c瓦斯突出實時預(yù)警技術(shù)研究及應(yīng)用進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出;實時預(yù)警;研究應(yīng)用

引言

煤與瓦斯突出是礦井中中經(jīng)常發(fā)生的一種自然災(zāi)害，為我國的采礦事業(yè)帶來了諸多威脅，其由多種原因造成，但是由于我國礦井較深，礦井內(nèi)壓力比較大，因此我國發(fā)生的煤與瓦斯突出多是由礦壓增大造成的。突出預(yù)警技術(shù)目前在煤礦現(xiàn)場已得到一定規(guī)模的應(yīng)用，其對突出事故的防范起到了積極作用。

一、煤與瓦斯突出預(yù)警對于安全生產(chǎn)的意義

通過研究大量突發(fā)的煤礦事故發(fā)現(xiàn)，事故原因大多是預(yù)警機制落實不到位和管理不到位導(dǎo)致的。事實證明，在日常煤礦生產(chǎn)過程中需要能夠預(yù)測突出危險性隱患，對已經(jīng)發(fā)生的危險要進行科學(xué)治理，建立有效的突出預(yù)警機制，也就是要建立煤與瓦斯突出預(yù)警在線綜合系統(tǒng)，減少傷亡。

二、預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成

突出預(yù)警系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，是預(yù)警技術(shù)的載體和實現(xiàn)手段，其中硬件系統(tǒng)主要包括計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，用于用運行預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)的傳輸和預(yù)警結(jié)果的發(fā)布;預(yù)警軟件系統(tǒng)主要包括預(yù)警數(shù)據(jù)庫、采掘進度管理子系統(tǒng)、地質(zhì)測量管理子系統(tǒng)、防突動態(tài)管理子系統(tǒng)、瓦斯地質(zhì)分析子系統(tǒng)、瓦斯涌出分析子系統(tǒng)、預(yù)警信息查詢網(wǎng)站、預(yù)警短信發(fā)布子系統(tǒng)、突出預(yù)警管理平臺等。

（一）預(yù)警體系結(jié)構(gòu)

由圖1 可知，該多類型傳感器綜合瓦斯監(jiān)測預(yù)警體系實際上是一個雙級體系的數(shù)據(jù)融合監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，處于煤礦井下各個監(jiān)測點位上的瓦斯?jié)舛葌鞲衅?、溫度傳感器、一氧化碳濃度傳感器、風(fēng)速傳感器等將實際監(jiān)測到的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析處理中心，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行初步分析處理和融合，處理器將初步分析結(jié)論傳輸?shù)奖O(jiān)測信息決策層進行更深一步的分析處理，獲取最終的煤礦井下綜采作業(yè)環(huán)境狀態(tài)評估結(jié)論，根據(jù)評估結(jié)果確定是否需求進行報警。該系統(tǒng)中的雙級體系數(shù)據(jù)融合就是對不同監(jiān)測區(qū)域根據(jù)實際情況和要求劃分為不同的監(jiān)測組，在每一個監(jiān)測組內(nèi)均設(shè)置一個小組內(nèi)數(shù)據(jù)融合處理中心，對該監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測情況進行分析判斷，然后將該區(qū)域的分析判斷結(jié)果傳輸?shù)礁弦淮蔚臎Q策層，決策層根據(jù)各個監(jiān)測小組的區(qū)域監(jiān)測結(jié)果進行綜合判斷，確定最終的井下環(huán)境狀態(tài)。該雙級監(jiān)測處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理速度快、數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性高的優(yōu)點，能夠根據(jù)不同的區(qū)域情況，獲取該區(qū)域最佳的監(jiān)測狀態(tài)，從而實現(xiàn)對煤礦井下整個監(jiān)測環(huán)境的最優(yōu)評價。

（二）硬件構(gòu)成

我國存在大量公司與研究中心研發(fā)的礦井煤與瓦斯突出事故的礦井壓力值監(jiān)實時預(yù)警系統(tǒng)，其中大部分是從礦物壓力角度出發(fā)進行碳纖維和氣體預(yù)測的。但是，由于技術(shù)、礦井位置和環(huán)境的原因，各個礦井壓力值之間仍然存在差異，以便實時監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的組成。本文介紹了一種由一家新的股份制企業(yè)開發(fā)的礦產(chǎn)壓力監(jiān)測實時預(yù)警系統(tǒng)。它由四個部分組成：礦物壓力監(jiān)測系統(tǒng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、井網(wǎng)、警報系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、更改警報系統(tǒng)的系統(tǒng)、記錄需要分析的礦山壓力值的專門中央數(shù)據(jù)庫，以及用于傳遞信息的警報信息平臺。該系統(tǒng)中的礦產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)由三個客戶端和一個壓力預(yù)警服務(wù)器組成，用于提供礦山實時預(yù)警信息，使礦產(chǎn)管理人員能夠及時獲取所有預(yù)警信息。

（二）軟件系統(tǒng)

地質(zhì)測量管理子系統(tǒng)、防突動態(tài)管理子系統(tǒng)、瓦斯地質(zhì)分析子系統(tǒng)等分別由客戶端和子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組成，用戶通過客戶端進行相關(guān)數(shù)據(jù)錄入、查詢、存儲、分析等操作，并通過各自的數(shù)據(jù)同步機制實現(xiàn)本子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與綜合預(yù)警數(shù)據(jù)庫的同步。瓦斯涌出分析子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集器、計算服務(wù)、客戶端和瓦斯涌出子數(shù)據(jù)庫組成，其中，數(shù)據(jù)采集器負責(zé)從監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)并實時傳輸至子數(shù)據(jù)庫;計算服務(wù)負責(zé)實時計算瓦斯涌出指標(biāo)，并將指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸給綜合預(yù)警數(shù)據(jù)庫;客戶端主要是便于用戶對瓦斯涌出數(shù)據(jù)的查詢和分析;采掘進度管理系統(tǒng)與綜合預(yù)警數(shù)據(jù)庫直連。

（三）系統(tǒng)部署及保障機制

完善、健全的組織管理結(jié)構(gòu)是預(yù)警系統(tǒng)穩(wěn)定、正常運行必不可少的條件，為保證各系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，平煤一礦設(shè)立了瓦斯突出預(yù)警管理機構(gòu)，以總工程師為系統(tǒng)負責(zé)人，各部門技術(shù)主管為該部門預(yù)警系統(tǒng)的負責(zé)人，主要負責(zé)預(yù)警系統(tǒng)管理工作和人員協(xié)調(diào)，監(jiān)督、檢查、考核預(yù)警系統(tǒng)操作、維護工作完成情況，保證預(yù)警系統(tǒng)的正常運行;操作人員主要負責(zé)錄入相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，確保錄入數(shù)據(jù)和資料的及時性和有效性，并定期對預(yù)警系統(tǒng)進行維護，及時發(fā)布預(yù)警結(jié)果。

（四）系統(tǒng)功能以及發(fā)揮的作用

根據(jù)礦山各個功能特點，將系統(tǒng)劃分為6 個子系統(tǒng)：應(yīng)急動態(tài)管理分析系統(tǒng)、地質(zhì)調(diào)查管理系統(tǒng)、動態(tài)瓦斯變化分析系統(tǒng)、生產(chǎn)進度管理系統(tǒng)、瓦斯地質(zhì)動態(tài)分析系統(tǒng)、生產(chǎn)進度管理系統(tǒng)和突出預(yù)警管理平臺。它的主要功能是管理和維護礦井瓦斯層的主要參數(shù)，智能預(yù)測瓦斯的特征，實現(xiàn)煤層瓦斯地質(zhì)圖的自動生成和動態(tài)更新。該系統(tǒng)可以提供每日預(yù)報指標(biāo)和提供預(yù)警的爆炸控制措施方面的信息。采礦管理系統(tǒng)為分析預(yù)警作業(yè)面的空間位置提供了基線數(shù)據(jù)，而動態(tài)瓦斯跳躍分析系統(tǒng)則是對礦井監(jiān)測系統(tǒng)中瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，并提供了動態(tài)瓦斯涌浪指數(shù)的信息，以便進行可見預(yù)警。

三、煤與瓦斯突出預(yù)警在線綜合系統(tǒng)的具體應(yīng)用

安全生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是瓦斯標(biāo)準(zhǔn)災(zāi)害預(yù)警的基礎(chǔ)。收集和分析基本數(shù)據(jù)需要“一通三防”、地面試驗、規(guī)劃、監(jiān)測等部門共同工作。

結(jié)束語

煤炭是世界三大能源之一，也是我國最經(jīng)濟最可靠的能源，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，煤礦的開采強度與深度不斷增大，礦區(qū)發(fā)生災(zāi)害事故的頻率也隨之增大，礦區(qū)的災(zāi)害事故會造成巨大的經(jīng)濟損失，因此礦區(qū)災(zāi)害一直是國內(nèi)外研究學(xué)者研究的重點，煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)警的研究也是重中之重。

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