煤矿数字化防灾与救援体系应用研究.pdf

l 7 6 东撼晨 斜l救 2 0 0 8 年 第5 期 煤矿数 字化防灾 与救援体 系应 用研 究 沈明云， 奚伟 民， 胡冠英 山东省三河口矿业有限责任公司， 山东 济宁2 7 7 6 0 5 摘要对矿井通风安全环境监测、 矿井生产监测监控、 有害气体束管色谱分析监测、 矿井水文监测、 异常监控信息语音、 手机短信及电话直拨 报警、 工业摄像监视监控、 多媒体调度通讯、 井下小灵通通讯 、 矿井人员定位系统和 P E D井下无线急救通讯等。 关键词煤矿数 字化 防灾与救援体系研究 中图分类号T D 7 6 文献标识码B 1 课题的提出 目前国内煤矿井上下监控系统的完善与异常情况 的报警、 远程控制、 井下人员的动态分布及实际作业人 数、 事故发生后通讯方式与救援并未形成有效的体系， 因此煤矿的数字化防灾与救援体系的研究就显得异常 重要与紧迫 。我国 目前 9 9 ％矿井只有监控系统和生产 调度电话通讯， 监控系统绝大部分没有语音与短信实 时报警。煤矿通讯单一， 无法准确掌握井下作业人数 与被困人员数量和位置， 一旦通讯故障， 井上下即无法 联系 ， 给抢险救灾带来极大困难 。 山东省三河 口矿业有 限责任公司为了确保矿井 的 安全生产 ， 于 2 0 0 1年 1 月开 始 ， 先 后与 多家科研 机构 及大专院校合作 ， 开发 应用 了具 有 国内领先水平 的矿 井安全生产监控、 通讯系统， 目前已基本构建成了适合 煤矿安全生产需要的煤矿数字化防灾与救援体系。 2 煤矿数字化 防灾与救援体 系的功能 目标 煤矿数字化防灾与救援体系是集电子、 自动化 、 计 算机、 通信、 软件等先进技术和煤矿安全生产经验于一 体的高科技系统， 其主要功能为 对矿井通风安全环境 监测、 矿井生产监测监控、 有害气体束管色谱分析监 测、 矿井水文监测、 异常监控信息语音、 手机短信及电 话直拨报警 、 工业摄像 监视 监控 、 多媒体调度 通讯 、 井 下小灵通通讯 、 矿 井人员定位 系统和 P E D井 下无线急 救通讯等。该系统既能接人各种类型的模拟量传感 器 如甲烷 、 一氧化碳、 风速 、 温度 、 湿度 、 负压 、 烟雾 、 煤 仓煤位、 水仓水位、 流量、 电流、 电压⋯⋯， 又能接入各 种类型的开关状态传感器 如风门、 风筒、 主扇、 局扇 、 皮带跑偏、 打滑、 撕裂 ， 提升机、 采煤机、 掘进机 、 皮带运 输机等设备 的开停等工况传感器 ， 对机 电设备 、 局部生 产环节及生产过程进行实时控制和接收工业摄像机的 图像及对摄像头进行遥控并录像， 能实现井下泵房等 *收稿 日期 作者简介 沈明云 ， 1 9 8 6年 7月毕业 于原山东矿业学院 ， 硕士研究 生 ， 高级工程师。现任L U 东省三河 口矿业有限责任公 司矿长 ， 已获局 级省级科技成果十余项 ， 发表论文多篇。 场所无人值守控制， 当监控系统内任何一个测点达到 报警值时， 系统中心站就会以声音警示与语音播报提 醒监控值班人员， 与此同时系统以短信形式或 自动电 话直拨形式按报警等级通知矿领导及相关部门人员。 系统还有很强的数据分析和处理能力， 能对监测数据 进行汇总 ， 生成统计 报表和进行趋 势分析等 ， 以曲线 、 表格 、 动态模拟 图形 等方式在终端 和大屏幕上实 时输 出显示 ， 系统服务器与省局管理部 门、 本矿内各相关单 位终端联网， 实现信息共享最大化， 辅助领导进行安全 生产指挥与决策。当井下出现事故时能立即掌握井下 作业人员的位置与人数， 能采取一种有线 、 两种无线三 种方法与井下 受困人员进行联 系， 以实行有效地指 挥 抢救 ， 实现最 大安全边际。 3 煤 矿数字化防灾与救援体 系的 系统结构 煤矿数字化防灾与救援体系由矿井安全生产综合 监控系统、 矿井水文监测系统、 矿井通风机监测系统、 有害气体色谱分析束管监测系统、 井上下工业电视监 控、 异常监控语 音短信报警 系统 、 井下人 员定位 系统 、 矿井多媒体通讯系统、 井下小灵通通讯系统、 P E D无线 急救通讯系统 、 无源光 网等十一个 模块组成 。该 体系 的井下关键设备有井下工作站、 传感器、 断电器、 执行 器、 光传输模块、 通讯基站、 环型天线、 读卡器、 无源光 分路器 、 用户 线、 光纤 、 用户终端 等设备组成 。地 面 由 各系统主机、 网络 中心控制 器、 调制 锵调器 、 网络 图形 终端、 多媒体工作站、 多屏多画面显示器、 网络服务器、 路由器 、 网桥 、 监控 系统软件 、 数据处理软件 、 语音报警 软件、 人员定位管理软件等组成。 4 体 系在煤矿安全生产 中的运行效果分析 1 该体系中安全生产综合监测监控模块能动态 监测皮带机、 绞车、 风机等矿井重要设备的运转状况， 并可对泵房等部分场所实现无人值守控制； 对矿井井 下的采掘工作面 、 老空 区、 异常区域的瓦斯、 一氧化碳 、 温度、 风速、 风压、 地下水水位、 矿井涌水量、 降雨量等 环境参数进行 2 4 h 监测监控， 并将运转状况和环境参 数在大屏幕上动态地显示出来 ， 同时系统具有很强的 2 0 0 8 年 第5 期 参娃晨 斜技 1 7 7 数据分析和处理能力， 能对监测数据进行汇总， 生成统 计报表和进行趋势分析等， 以曲线、 表格、 动态模拟图 形等方式在各终端及大屏幕上实时显示， 系统服务器 与省局管理部门、 矿内各相关单位终端联网， 实现信息 共享最大化， 辅助领导进行安全生产指挥与决策， 便于 矿领导调度协调井下生产 ， 易于及时抢修设备， 更为重 要的是能有效预防水灾、 火灾、 瓦斯爆炸、 一氧化碳 中 毒等恶性灾害事故， 全方位监控了矿井的安全生产， 成 为矿井的一道坚固的科技保安防线。 2 由于监控系统能实时监控井下煤仓、 皮带集控 室、 井上煤场、 煤仓 、 磅房等重要生产场所， 实时传输煤 仓煤位、 煤场的发煤情况， 同时利用 L E D屏及时显示矿 井掘进进尺 、 产煤数量、 销煤数量情况， 极大地方便调 度指挥中心和矿领导指挥生产 ， 综合考虑各采煤队出 工采煤以及是否放落地煤 ， 大大提高了生产经营决策 能力。通过科学地调度生产 ， 科学决策产销关系， 每年 可多生产原煤从而创造直接经济效益。 3 体系中的异常监控信息语音报警、 手机短信与 电话直拨实时报警 ， 能 大大缩 短 当煤 矿监控 系统监 测 出异常情 况时向职能部 门、 矿领导 的汇报 时间， 为煤 矿 及时抢险救灾创造了条件。 4 体系中多媒体调度通讯系统、 井下小灵通系 统 、 P E D无线通讯急 救 系统 实现 了地面 与井下 三种方 式有效通讯。其 中调度通讯为有线， 该系统功能全并 且带有录音功能 。小灵 通系统为无线 ， 能与调度 电话 、 行政办公电话、 住宅电话互打。P E D系统为无线通讯， 能透过 3 0 0 0 m岩层传输安全或紧急救援信息， 即使在 调度通讯与井下小灵通因故障或事故都无法通讯的情 况下 ， P E D无线系统也能将地面各种信息直接发送到 井下现场。三种通讯方式的应用极大地提高了矿井的 通讯效率， 同时也确保了矿井在发生重大事故时能有 效保持井上下通讯 ， 这对于事故发生后的救援起着极 其重要的作用。 5 体系中的人员定位系统能够在当井下出现事 故时能立即掌握井下作业人员的确切位置与人数 ， 采 取体系中一种有线、 两种无线三种通讯方法与井下受 困人员进行联系， 以实行有效地指挥抢救。同时该系 统还具有下井考勤功能 ， 对下井人员 有轨迹追踪功 能 ， 能有效地对所有下井人员 的下井质量进行监督， 同时 对于监狱煤矿的犯人在井下的活动情况进行 了有效监 视， 有利于在井下对犯人的实行监管功能。 6 体系中无源光网的敷设 ， 在一对光纤内传输 了 井下“ 小灵通” 无线通信信号、 井下人员定位信号、 井下 调度电话语音信号、 井下各种监测信号， 极大节约了信 号传输费用 ， 性价比大大优于工业以太网， 同时也便于 维修 。 7 煤矿通过构建数字化防灾与救援体系， 大大提 高了煤矿的安全生产的现代化装备水平， 解决了煤矿 生产过程 中的安全与高效的矛盾。 上接第 1 7 5页 同的锚岩支护结构 ， 对巷道顶板起挤 压加固形成组合粱的作用 ， 提高围岩自撑能力， 减少顶 板离层发生； 锚索锚固在相对稳定的岩石顶板中， 对组 合梁进行悬吊， 阻止锚固层的整体外移 ， 并使锚固层保 持整体的稳定 。此次支护将工字钢棚腿 改为单 体液压 支护， 单体支柱具有较高的初撑力， 属主动支护， 能与 棚梁围岩形成有机的支护体， 进一步增强组合梁的稳 定性， 防止锚固的整体下沉离层。 3 施工管理 1 由于两 个切 眼处在 应力 集 中区、 顶板 破碎 ， 要 求巷道施工采用小循环施工， 减小空定距离， 控制顶板 开挖后离层量 的增 大 ， 保证巷道顶板的完整性 ， 提高 围 岩支撑能力。 2 专业管理人员及 区队管理人员必须三班盯班 进行现场施工技术指导 ， 监督检查现场施工质量， 确保 支柱打设 、 棚梁安设 、 锚索、 锚杆、 钢带施工符合设计要 求， 确保一次支护的安全性。 3 安排采煤专业业务过硬的支柱工打设支柱， 确 保支柱支设上仰下切、 初撑力符合设计要求， 有效控制 顶板离层发生 。 4 安监部门对两个切眼开宽施工进行重点监督 管理， 重点对支护质量进行检查， 主要控制支柱的一次 支护质量， 杜绝了卸荷支护、 超高、 坏死及防倒措施不 全的支柱， 减少了不安全隐患的发生。 4 支 护效 果 7 2 0 4 切眼在掘进期间， 托复合顶板孤岛掘进， 巷道 顶底 板 和两 帮 相对 移 近 量分 别 平 均 为 0 ． 1 1 0 5 m 、 0 ． 1 0 2 m， 顶 板 6 m深 范 围 内岩 层 的 总 离 层 量 平 均 为 0 ． 0 1 1 5 m， 完全满足生产和安全要求。该切眼在支架安 装及回采服务期间， 未发生冒顶、 片帮事故， 巷道顶板 未发生 明显离层 、 下垂及网兜现象 ， 巷 道最 小宽度始终 控制在 6 m以上 ， 保证 了工作面安全 、 J P , q生 产。 5 结束语 复合顶板锚带网加锚索加架棚联合支护变被动支 护为主动支护， 将巷道围岩由载荷体变为承载体， 减少 了围岩的松动变形， 充分发挥了围岩 自稳能力， 提高巷 道围岩的自身支护强度， 对压力集中区的复合顶板支 护有较强 的适应性。