煤矿通防安全保障的模型与方法研究.pdf

分类号分类号 X936 X936 密 级 密 级 公 开公 开 U D C U D C 单位代码 单位代码 10424 10424 学学 位位 论论 文文 煤矿通防安全保障的模型与方法研究煤矿通防安全保障的模型与方法研究 匡匡 开开 宇宇 申请学位级别申请学位级别硕士学位硕士学位 专业名称专业名称安全技术及工程安全技术及工程 指导教师姓名指导教师姓名曹曹 庆庆 贵贵 职职 称称 教教 授授 山 东 科 技 大 学 山 东 科 技 大 学 二零零七年五二零零七年五 论文题目论文题目 煤矿通防安全保障的模型与方法研究煤矿通防安全保障的模型与方法研究 作者姓名作者姓名 匡匡 开开 宇宇 入学时间入学时间 2004 年年 9 月月 专业名称专业名称安全技术及工程安全技术及工程 研究方向研究方向安全监测与信息技术安全监测与信息技术 指导教师指导教师 曹曹 庆庆 贵贵 职职 称称 教教 授授 论文提交日期论文提交日期2007 年年 6 月月 论文答辩日期论文答辩日期2007 年年 6 月月 授予学位日期授予学位日期 STUDY OF THE MODEL AND FOR SAFETY- ENSURING OF THE VENTILATION AND PREVENTION IN THE COAL MINE A Dissertation ted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF SCIENCE from Shandong University of Science and Technology by Kuang Kaiyu Supervisor Professor Cao Qinggui College of Natural Resources and Environmental Engineering Jun 2005 声声 明明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名硕士生签名 日日 期期 AFFIRMATION I declare that this dissertation, ted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been ted for qualification at any other academic institute. Signature Date 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘摘 要要 本论文运用现代安全科学理论、信息论、控制论以及非线性理论，对煤矿通防安全 系统进行了深入的分析研究。提出了煤矿通防安全保障体系。论文中，利用斯考特亨 斯雷法建立计算机模型，对矿井通风系统进行解算和优化调节，并通过计算机自动生成 避灾、救灾路线图；建立灰色 1 , 1GM预测模型，对巷道瓦斯涌出量进行预测，进而对巷 道中的瓦斯事故危险性进行危险等级划分；利用控制论的原理和方法，提出了煤矿通防 隐患前馈反馈控制方法，即预测、预警双环模型，采用一元非线性回归分析预测方 法，对煤矿某一段时间内的隐患数量进行预测，并结合历史数据，对当前煤矿隐患排查 处理状况划分等级，分别予以管理和控制。根据论文研究的内容，和通防安全工作的实 际需要，以计算机和企业局域网为依托，采用现代网络技术和 ActiveX 组件技术，利用 ASP、VB 等开发工具和 SQL Server 2000 大型数据库，开发了能够快速稳定运行的 B/S 模式“煤矿通防安全保障系统” ，建立了煤矿通防安全网站。该网站系统采用人工采集和 自动采集相结合的手段获取煤矿通防安全工作中的各项信息，经过各功能模块准确有效 的处理，可以完成煤矿日常通防管理的所有工作，达到通防信息运行的畅通化、预测、 预警的实时、准确化，指令发布和回应的高速化。同时，该系统还编制了接口程序，兼 容了现有的一些常用煤矿通防软件。论文中详细介绍了系统的设计实现、系统的功能以 及系统的应用方法。本文中建立的煤矿通防安全保障体系和煤矿通防安全保障系统，在 新汶矿业集团协庄煤矿进行工业性试验，取得了良好效果，产生了很好的社会效益。 关键词关键词煤矿，一通三防，安全保障，隐患，预测预警，B/S 模式，Web I 山东科技大学硕士学位论文摘要 ABSTRACT ABSTRACT According to modern safe scientific theory, ination theory, cybernetics and non-linear theory, the paper has carried on deep analysis and research on the ventilation and prevention safety in the coal mining enterprise. It raises the system of safety- ensuring of the ventilation and prevention in the coal mine, which suits the daily management of the one ventilation and three prevention. And, it establishes the computer model with the ScottHenseleit , which analyses and optimizes the ventilation network and auto-creates the figures of the evading disaster and succoring disaster with the computer. The paper establishes the gray forecast model, and forecasts the amount of gas emission of the laneway based on the history data, and then compartmentalizes the danger grade for the laneway. Utilizing the principle and of cybernetics, the paper brings the feed-forward and feedback controlling on the hidden risk in the mine, namely, the double-loop model of forecasting and early- warning. Especially in the feed-forward forecasting, the paper adopts the one unit non-linear regression analysis and forecast , and forecasts the hidden risk amount in the mine during some time, and compartmentalizes the hidden risk grade based on the history data. According to the study contents , the thesis adopting the modern network technology and ActiveX package technology, utilizing such developing instruments as ASP, VB, etc. and SQL Server 2000 large-scale database, develops the system of safety- ensuring of the ventilation and prevention in the coal mine with the B/S mode, which can run fast and stabile, and sets up a management set of the ventilation and prevention safety of the coal mine. The set gets the ventilation and prevention ination with the combination of the manpower and automatism collection. It can do all the daily work of the ventilation and prevention safety management by the effectively and accurately disposal from the function module. It can make the ination expedite, the forecasting and early- warning accurate and real time, the injunction reaction high speed. In the same time, the system contains many interface programs, which can absorb other existing ventilation and prevention software. This paper introduces the system design realization, the system function and the system application in details. On the base of these researches, it proposes the integrity system of safety- ensuring of the one ventilation and three prevention in the coal mine. It was applied by the Xiezhuang Coal Mine of Xinwen mining industry, and made the good results and had brought good social benefits. 1 , 1GM II 山东科技大学硕士学位论文摘要 KeywordsKeywords mine, one ventilation and three prevention, safety- ensuring, hidden risk, forecasting and early- warning, B/S mode, Web III 山东科技大学硕士学位论文目录 目目 录录 1 绪 论1 1 绪 论1 1.1 引言1 1.2 论文选题的由来及意义4 1.3 国内外研究应用现状4 1.4 论文研究的主要内容和方法7 2 煤矿“一通三防”安全保障体系模型分析10 2 煤矿“一通三防”安全保障体系模型分析10 2.1 煤矿“一通三防”概述10 2.2 煤矿“一通三防”安全保障模型分析17 2.3 本章小结23 3 3 通风网络解算与优化调节模型分析25 通风网络解算与优化调节模型分析25 3.1 风网解算与优化调节模型25 3.2 协庄煤矿的应用与实践31 3.3 本章小结33 4 4 煤矿瓦斯的预测与危险性分析34 煤矿瓦斯的预测与危险性分析34 4.1 瓦斯涌出量预测理论与方法34 4.2 灰色预测模型的类型及灰色 1 , 1GM预测模型的建立38 4.3 利用灰色关联分析方法分析巷道瓦斯危险性43 4.4 本章小结48 5 5 煤矿通防隐患的预测与预警方法50 煤矿通防隐患的预测与预警方法50 5.1 前馈控制理论与预警、预测双环模型50 5.2 通防隐患信息53 5.3 通防隐患预测模型分析54 5.4 通防隐患预测模型的准确性验证57 5.5 预测结果的分级与预警提示59 5.6 本章小结59 I 山东科技大学硕士学位论文目录 6 6 通防事故应急救援与救灾、避灾路线60 通防事故应急救援与救灾、避灾路线60 6.1 应急救援预案与通防事故应急救援60 6.2 煤矿通防事故隐患监控与应急救援61 6.3 救灾、避灾路线的选择65 6.4 本章小结68 7 7 煤矿“一通三防”安全保障系统的研制与应用69 煤矿“一通三防”安全保障系统的研制与应用69 7.1 系统总体设计69 7.2 处理过程与数据库设计75 7.3 系统功能与使用方法87 7.4 系统应用效果105 7.5 本章小结106 8 8 结 论107 结 论107 致 谢109 致 谢109 攻读硕士期间主要成果110 攻读硕士期间主要成果110 主要参考文献111 主要参考文献111 II 山东科技大学硕士学位论文目录 Contents 1 Introduction1 1.1 Introduction1 1.2 The Cause and Meaning of the Paper’s Subject4 1.3 The Actuality of the domestic and overseas Study4 1.4 Research contents and s 7 2 The Analyse of the Mine Ventilation and Prevention Safety-ensuring System 10 2.1 The Summarize of the One Ventilation and Three Prevention of the Mine10 2.2 The Analyse of the Mine Safety-ensuring of the Ventilation and Prevention Model17 2.3 Brief Summary of This Chapter23 3 The Analyse of the Ventilation Net Accounting and Optimizing25 3.1 The Model of the Ventilation Net Accounting and Optimizing25 3.2 The Application and Practice in the Xiezhuang Coal Mine31 3.3 Brief Summary of This Chapter33 4 The Study of the Forecasting and Fatalness of the Gas34 4.1 The Theory and of the Gas Effusing Forecasting34 4.2 Establishing the Gray Forecasting Model 1 , 1GM38 4.3 Analysis of the Fatalness of the Laneway with Gas43 4.3 Brief Summary of This Chapter48 5 The of the Forecasting and Early-warning System50 5.1 The Feed-forward Controlling Theory and the Double-loop Model50 5.2 The Hidden Risk Ination of the Ventilation and Prevention53 5.3 The Forecasting Model of the Hidden Risk of the Ventilation and Prevention54 5.4 The Veracity of the Forecasting Model57 5.5 The Grade of the Forecasting Result and the Early-warning59 5.6 Brief Summary of This Chapter59 III 山东科技大学硕士学位论文目录 6 The Urgency Succor of Accidents and the Route of the Avoiding and Succoring60 6.1 The Preliminary Urgency Succor project and the Preliminary Urgency Succor in the Mine60 6.2 The Hidden Risk Monitoring and the Preliminary Urgency Succor in the Mine61 6.3 The Choice of the Route of the Avoiding and Succoring65 6.4 Brief Summary of This Chapter68 7 The Study and Application of the Mine Ventilation and Prevention Safety-ensuring System 69 7.1 The Total Design of the System69 7.2 The Disposal Process and the Design of the Data-base75 7.3 The function and Using of the System87 7.4 The Application Effect of the System105 7.5 Brief Summary of This Chapter106 8 Conclusion107 Thanks109 Main Work Achievement of the Author during Working on Master Paper110 Main Reference Documents111 IV 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 1 绪论 1 绪论 1.1 引言 1.1 引言 改革开放 20 多年以来， 我国的经济建设取得了突飞猛进的发展， 我国煤炭企业的生 产水平得到了极大的提高，很多煤矿的产量和效益持续、稳定增长，保证了国家建设对 能源的需求，提高了人民群众的物质生活水平。2006 年，我国原煤产量达到 23.25 亿吨， 同比增长 8.1[1]，保持了较快增长，满足了国内经济持续、快速增长的能源要求。然而， 由于我国很多煤矿企业的安全生产基础比较薄弱，虽然经过努力，近年来安全生产水平 获得了很大提高，但是，煤矿生产过程中事故、甚至重大恶性事故时有发生，有些煤矿 的情况还相当严重，安全生产状况很不乐观。我国 90的煤矿是井下开采，地下作业较 之地面作业有许多不安全的因素，煤尘、瓦斯、火、水、冒顶等时时刻刻都在威胁着井 下安全。五大灾害中最为严重的是瓦斯、煤尘、火三种灾害，严重时会给矿井毁灭性打 击。通风是防止这三种灾害的基础。 “一通三防”是煤矿安全生产工作的重中之重。随着 近些年经济的发展，科技水平的提高，以及国家有关部委和社会公众对安全尤其是煤矿 安全越来越重视，矿山企业抓好“一通三防”工作，更显重要和紧迫。搞好“一通三防” ， 除了强化思想、狠抓管理、提高工人素质、加大设备投入外，建立矿山“一通三防”安 全保障体系已成为必不可少的手段之一。 1.1.1 煤矿通防重大事故统计 1.1.1 煤矿通防重大事故统计 2006 年 1 月～2007 年 5 月国有煤矿通防特别重大事故一览（数据来源国家安全 生产监督管理总局政府网站事故查询系统； 起始日期 2006 年 1 月 1 日； 终止日期 2007 年 5 月 18 日；死亡人数从 10 到 1000；关键词无；类型煤矿；查询时间2007 年 5 月 18 日，21 点 16 分）[2] 2006 年 1 月 5 日 13 时 58 分， 安徽淮南矿业集团公司望峰岗煤矿主井井筒发生瓦斯 突出事故，井下 12 名矿工遇难。 2006 年 2 月 1 日 19 时 2 分，山西晋城煤业公司寺河煤矿发生瓦斯爆炸事故，23 人 死亡，6 人重伤，47 人轻伤。 2006 年 2 月 23 日 18 时 50 分，山东枣庄矿业集团联创公司（原陶庄煤矿）-525 水 山东科技大学硕士学位论文 绪论 2 平 16108 回采面发生煤尘爆炸事故，造成 18 人死亡，9 人轻伤。 2006 年 6 月 28 日 8 时 15 分， 辽宁阜新矿务局五龙煤矿 331 采区发生特别重大瓦斯 事故。造成 27 人当场死亡，重伤多人，其中 5 人送医院抢救无效相继死亡，31 人轻伤。 2006 年 10 月 5 日 5 时 10 分，黑龙江哈尔滨市方正县宝兴煤矿（技改矿井）二段左 零路回风巷掘进头发生瓦斯爆炸，爆炸后煤柱被破坏，发生透水，1 人死亡，9 人失踪。 2006 年 10 月 6 日 3 时 11 分， 四川宜宾市芙蓉煤矿井下发生瓦斯爆炸事故， 造成 13 人死亡，7 人受伤。 2006 年 10 月 26 日 2 时，吉林白山市新宇煤矿二井回采面发生瓦斯爆炸事故，造成 11 人死亡。 2006 年 10 月 28 日 2 时 30 分，新疆兵团农六师兴亚公司第一煤矿井下发生煤尘爆 炸，14 人遇难。 2006 年 10 月 31 日 12 时 17 分, 甘肃靖远煤业有限责任公司魏家地煤矿，西一采区 1109 综放工作面发生瓦斯爆炸事故，此次事故，共造成 29 人死亡，6 人重伤，13 人轻 伤。 2006 年 11 月 25 日 13 时 50 分，黑龙江鸡西市恒山区远华煤矿掘进面发生瓦斯爆炸 事故，造成 28 人死亡。 2006 年 11 月 25 日 17 时，云南曲靖市富源县后所镇昌源煤矿掘井下发生瓦斯爆炸 事故，造成 32 人死亡，28 人受伤（2 人重伤） 。 2006 年 11 月 29 日，甘肃武威地区天祝县炭山岭镇一号煤矿采煤工作面发生局部瓦 斯爆炸事故，造成 11 人死亡。 2006 年 12 月 13 日 1 时 8 分， 湖南衡阳市常宁市裕民煤矿回采面发生煤与瓦斯突出 事故，造成 12 人死亡。 2007 年 3 月 6 日 11 时 40 分，湖南邵阳市邵东县牛马司镇宏发煤矿在维修巷道时发 生瓦斯爆炸事故，造成人 15 人死亡。 2007 年 3 月 27 日 2 时 28 分，贵州水城矿业（集团）公司汪家寨煤矿，井下平硐四 采区 1551 返掘运输石门处，发生煤与瓦斯突出事故，10 人遇难，多人受伤。 2007 年 4 月 20 日 12 时 25 分，河北邯郸矿业集团陶二煤矿，南采区 2211 上巷综掘 工作面，发生瓦斯突出事故，11 人遇难。 山东科技大学硕士学位论文 绪论 3 1.1.2 煤矿通防系统目前存在的主要问题1.1.2 煤矿通防系统目前存在的主要问题 [3][3] 通防问题一直是左右煤矿安全生产的重要因素之一，目前我国煤矿通防安全工作存 在的问题主要有 （1）安全欠帐较严重，装备不足，设备、仪器仪表老化。 （2）安全监测系统不完善、调试校正不及时。 （3）通风系统不完善。 （4）瓦斯检查制度不落实，瓦斯超限作业依然存在。 （5）安全基础工作不扎实。 （6）火灾防治措施不落实，制度不完善。 （7）防尘系统不健全，措施不落实。 （8）特殊工种人员技术素质低。 （9）隔爆设施缺设或设置不规范。 （10）矿井生产布局不合理，存在不合理集中生产现象。 （11）矿井通风系统不合理，管理不到位。 1.1.3 “一通三防”是煤矿安全生产的重中之重 1.1.3 “一通三防”是煤矿安全生产的重中之重 煤炭工业作为国民经济发展的基础工业，实现其安全有效地可持续发展是中国实现 经济重大战略目标的可靠保证，是实现国家最近提出的实现小康经济的重要基础保障， 扮演决定性的角色。 2006 年 1～10 月份，全国煤矿仅瓦斯事故，就发生 265 起，死亡 987 人，瓦斯事故 死亡人数占总死亡人数的 25.9，其中，重大瓦斯事故呈上升趋势，共发生重大瓦斯事 故 99 起，死亡 472 人，同比增加 5 起，多死亡 55 人，分别上升 5.3和 13.2[4]。随着 近些年经济的发展，科技水平的提高，以及国家有关部委和社会公众对安全尤其是煤矿 安全越来越重视，矿山企业抓好“一通三防”工作，更显重要和紧迫。搞好“一通三防” ， 除了强化思想、狠抓管理、提高工人素质、加大设备投入外，搞好煤矿“一通三防”安 全保障工作刻不容缓。 1.1.4 煤矿“一通三防”安全保障体系的重要性 1.1.4 煤矿“一通三防”安全保障体系的重要性 通防工作是煤矿安全生产的重中之重，那么找到一种科学有效的保障煤矿企业通防 安全的方法乃提高煤矿安全生产水平的当务之急。 山东科技大学硕士学位论文 绪论 4 “一通三防” 包括诸多要素， 搞好 “一通三防” 就要对各要素进行有效合理的掌控， 显然这是一项系统工程。面对如此严峻的通防安全形势、如此艰巨的安全任务、如此繁 多的治理对象和复杂的控制过程，建立一套科学合理、行之有效的煤矿通防安全保障体 系是非常重要的。 1.2 论文选题的由来及意义 1.2 论文选题的由来及意义 本论文结合导师与新汶矿业集团协庄煤矿合作的科研课题进行研究。协庄煤矿矿井 开拓方式为主斜副立多水平混合式集中大巷开拓， 开采方法采用走向长壁后退式采煤法， 全部垮落法管理顶板。矿井共划分为四个水平，-50m 水平、-300m 水平、-550m 水平和 -850m 水平，目前-50m 水平已开采完毕，-300m 、-550m 水平及-850m 水平为生产水平。 矿井尚可服务年限 28 年。矿井原设计能力 120 万吨/年，1997 年改扩建后，设计（核定） 生产能力 180 万吨/年，核定通风能力 212 万吨/年，2005 年实际生产能力 200 万吨。东 部风井安装 70B2-21N024 型轴流式风机 2 台，一台工作，一台备用，电机型号 TD-118/44-8，电机功率 800KW，负压 1450Pa，等积孔 2m2；中部风井安装 KZS-No28 型轴流式风机 2 台，一台工作，一台备用，电机型号 T710-10/1430，电机功率 710KW， 负压 2495Pa， 等积孔 2.2m2； 西部风井安装 GAF22.4-15-1 型轴流式风机 2 台， 一台工作， 一台备用，电机型号 TD1000-6/1160，电机功率 1000KW，负压 1900Pa，等积孔 2.2m2。 根据 2003 年矿井瓦斯等级鉴定结果， 矿井瓦斯绝对涌出量为 10.797m3/min， 相对涌出量 为 3.88m3/t， 二氧化碳绝对涌出量为 21.643 m3/min， 相对涌出量为 7.788 m3/t， 为低瓦斯、 低二氧化碳矿井。各煤层煤尘爆炸指数为二层 41.22、四层 37.26、六层 40.46、 十一层 40.64、十三层 47.27，均具有煤尘爆炸危险性；煤层自燃倾向性鉴定为Ⅱ类 自燃倾向，属自燃煤层，自然发火期 6 个月，但无自然发火史。 以上分析说明，开展煤矿“一通三防”安全保障体系研究，既是协庄矿“一通三防” 安全管理工作的迫切需要，也