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煤与瓦斯突出事故预警系统的研究与应用 郑万成, 杨胜强, 于宝海 中国矿业大学 安全工程学院, 江苏 徐州 221008 摘 要 阐述了煤与瓦斯突出事故预警系统设计的基本思路, 介绍了系统的主要功能和主要构成。系统实现了安 全信息系统管理、 突出危险性动态预测、 图纸及预警结果远程浏览、 专家辅助决策等功能。本系统对于预测预报、 减少煤与瓦斯突出事故具有重大的现实意义。该系统已经在重庆煤业集团公司得到了成功的应用。系统同样也 可应用于其它突出矿井, 具有极大的推广价值。 关键词 煤与瓦斯突出; 事故; 预警系统 中图分类号TD712 文献标识码 A 文章编号 1008- 8725200901- 0007- 04 Research on the Early Warning System of Coal and Gas Outburst Accident ZHENG Wan- cheng, YANG Sheng- qiang, YU Bao- hai Faculty of Safety Engineering, China University of Mining accident; early warning system 0 引言 煤与瓦斯突出是煤矿生产中的重大灾害之一, 它是指煤和瓦斯在极短的时间内向巷道或工作面大 量涌出的过程。突出的煤体能够对人身和设备造成 伤害和损坏, 发生突出后释放大量的瓦斯不仅能够 造成井下工人的窒息, 甚至会酿成瓦斯、 煤尘爆炸事 故。煤与瓦斯突出事故危害十分巨大, 并且时有发 生。因此, 有必要加强对煤与瓦斯突出事故进行科 学的预测和预防, 有必要研究并开发出适合各煤矿 企业的煤与瓦斯突出事故的预警系统 [ 1] 。 随着计算机软硬件技术的迅速发展, 计算机在各 行各业中都得到了广泛的应用。目前, 一些基于计算 机技术的事故预警软件已投入实际应用。但由于煤 与瓦斯突出事故具有一定的随机性和不确定性, 影响 因素众多复杂, 现有的一些预警系统, 无论在功能上 还是在可操作性等方面都无法满足煤矿突出事故预 警的需求。根据煤矿的实际情况, 研究开发了一套较 为实用的煤与瓦斯突出事故预警系统, 对减少矿井的 煤与瓦斯突出事故具有巨大的现实意义。 1 煤与瓦斯突出事故预警系统 所谓煤与瓦斯突出事故预警, 就是指在事故理 论、 预警理论、 煤与瓦斯突出防治理论 特别是突出 发生规律和突出预测理论 的指导下, 充分利用和发 挥煤矿安全监控系统、 计算机网络技术、 信息技术和 现有防突技术的优势, 实时、 动态地收集尽可能多的 煤矿安全信息, 并经过综合分析后, 从系统的观点出 发, 在时间维和空间维的连续性上, 对各工作面的突 出危险状态和发展趋势进行超前和动态的预测、 评 价和警示, 以便提醒管理者提前采取防突措施、 加强 防突管理、 消除突出隐患 [ 2] 。 在现有的煤矿安全监控系统的基础上进行 2 次 开发, 首先建立煤矿动态安全信息数据库, 其内容包 括 煤层赋存信息、 地质构造信息、 瓦斯赋存信息、 地 应力分布信息、 突出危险性区域预测信息、 矿井开拓 开采信息、 通风系统信息、 安全监测信息、 突出预兆 信息、 突出日常预测信息、 瓦斯抽放信息、防突措施 收稿日期 2008- 09- 26; 修订日期 2008- 11- 01 基金项目 河南省煤矿瓦斯灾害与火灾防治重点实验室开放基金HKLGF200702 作者简介 郑万成1984- , 男, 江苏淮安人, 硕士研究生, 现在中国矿业大学安全工程学院从事矿井瓦斯灾害防治及利用技术 研究工作, E- mail zhengyp203 126. com。 第 28卷第 1 期 2009 年 1月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol28,No01 Jan, 2009 信息以及日常安全检查信息等。然后, 根据矿井的 实际情况, 建立煤与瓦斯突出的预警指标体系和预 测模型。最后, 随着采掘空间的拓展, 根据各种动态 信息的综合分析结果, 对工作面前方存在的突出危 险及其发展趋势给出警示信息, 即随时提供各工作 面煤与瓦斯突出危险性的状态预警和趋势预警信 息 [ 4] 。预警的基本思路如图 1 所示。 图 1 煤与瓦斯突出事故预警系统总体思路 2 系统介绍 2. 1 主要功能 基于以上思想, 研究开发了煤与瓦斯突出事故 预警系统, 该系统的主要功能模块如图 2 所示。 图 2 煤与瓦斯突出事故预警系统功能模块 211 安全信息系统功能 1 安全监控数据分析 对矿井安全监控系统的历史和实时监控数据进 行整理、 存储和高级分析, 形成需要的动态预警指 标 [ 3] 。 2 瓦斯地质信息分析 瓦斯赋存规律智能分析 瓦斯含量、 瓦斯压力等 值线绘制等 、 突出危险性智能划区域预测、 地质构 造及其影响范围分析、 突出点分布统计、 煤层赋存参 数变化情况动态分析 如埋深、 厚度、 倾角、 走向、 软 分层厚度的变化 等, 形成瓦斯地质图件。 3 采掘巷道空间信息动态分析 随着采掘巷道的延伸, 动态分析各工作面所处 位置的三维空间参数, 动态分析工作面距突出危险 区的距离、 石门工作面距煤层的距离、 工作面距地质 构造的距离、 工作面周围巷道分布及盈利几种情况 动态分析等。 4 矿图编辑及辅助设计 对煤层、 地质构造和井下所有巷道等进行三维 数字化处理, 形成满足事故预警要求的矿图编辑系 统。同时可利用 GIS 的强大空间处理能力, 进行开 拓开采的辅助设计 可代替 CAD 软件进行矿图设 计、 填图、 打印等 。 5 突出预测资料统计与分析 根据实测数据, 可以进行突出预测资料沿空间 和时间的分布规律统计与分析, 为确定突出分布规 律、 划分突出危险区和预警提供信息基础。 6 通风系统稳定性评价与动态网络解算 对矿井通风系统的稳定性和可靠性进行评价, 同时可动态地对通风网络进行解算。 7 矿井安全信息查询 可对矿井防突体系的所有安全信息进行查询。 如对工作面煤层情况、 地质情况、 瓦斯赋存情况、 巷 道布置情况、 工作面周围环境情况、 瓦斯涌出情况等 基础信息进行查询; 对各工作面突出预测结果和原 因、 对突出预测结果和防突措施执行情况、 对矿井防 突管理制度、 防突审批程序和人员责任制、 对安全检 查结果、 安全隐患整改情况、 防突奖惩情况、 突出事 故情况等进行网上查询 [ 5] 。 212 突出危险性动态预测功能 1 突出事故的趋势预警 根据各工作面在时空方面的安全信息综合分 析, 进行突出危险性的发展趋势预警。 自动分析采掘巷道所处的空间位置及延伸方 向, 结合煤层信息、 构造信息、 采掘关系信息、 突出危 险性区域预测结果信息, 根据突出规律, 进行突出危 险性的空间趋势预警。根据安全信息历史数据和实 时数据的分析, 建立安全信息与时间的关系模型, 预 测未来一段时间内安全信息的发展趋势, 从而根据 这种趋势进行突出危险性的趋势预警。 2 突出事故的状态预警 危险状态预警。当工作面预测指标超标或工 作面处于突出危险区域地质构造区、 或处于石门揭 煤过程中、 或处于瓦斯涌出异常区、 应力集中地带、 工作面安全防护措施不完善时, 系统自动发出突出 危险状态预警信号, 提醒管理者高度重视工作面的 防突工作, 采取相应的防突措施, 消除突出危险。 危机状态预警。当监控系统连续监测到预测 指标严重超过预定临界值、 瓦斯涌出极度异常且呈 现急剧恶化发展时、 工作面出现严重突出预兆时等, 预示着工作面即将发生煤与瓦斯突出。此时系统将 发出危机状态预警信号, 提醒工作面尽快撤人。 事故状态预警。当系统从瓦斯监测资料自动 分析到工作面发生突出时, 系统发出事故预警信号。 并将自动判断和报告发生突出的工作面编号, 分析 并报告瓦斯涌出情况预计、 已经波及的区域报告、 可 能引发的瓦斯爆炸等, 提醒管理者采取应急措施, 阻 止事故扩大化, 减少事故损失。 213 图件、 预警及安全管理远程浏览功能 通过计算机网络实现矿井工程图、 瓦斯地质图、 设备布置图、 通风系统图、 防突措施图、 监测数据记 录图、 突出预警结果以及安全管理的相关情况等的 查询和输出, 实现安全信息的共享。 214 安全专家系统 预警系统不仅具有安全信息查询和事故预警功 ∀8∀ 煤 炭 技 术 第 27 卷 能, 还具有事故的预防方案和防治措施的制定、 事故 防治措施效果评价等功能, 提供灾后抢险救援措施。 2. 2 系统构成 煤与瓦斯突出事故预警系统以安全信息数据库 为基础, 以矿图编辑系统、 防突知识库系统、 图形浏 览器、 事故监控数据分析器和控制台为主要构成, 以 煤矿现有的安全监控系统为基础开发平台, 形成基 于计算机网络的突出事故预警系统。 221 模块组成 本系统包括以下核心模块 系统管理模块与 输入输出模块; 矿图编辑与维护模块; 瓦斯赋存 预测模块; 突出危险性区域预测模块; ∃安全信息 实时监控与预测模块; 工作面危险性预警模块; 采用了通用的接口程序设计, 以方便采集相关安全监测信息和生产设备运行状态 参数; 采用了国际通用的TCP/ IP 网络协议实现局域 网络终端与中心站之间的实时通信; 使用 VC 建立 了实时监测安全信息数据平台; 各种数据库采用MS SQL Server 进行设计。 本预警系统还需要辅助监测、 监控设备、 工业电 视监视系统、 实时数据远程通信系统等配合系统的 应用。 3 系统应用 本系统已经在重庆煤业集团公司进行了应用性 试验工作, 效果良好。首先在对矿井煤层赋存、 地质 构造分布、 矿井采掘巷道布置、 通风、 监测、 设备等进 行矿井数字化处理的基础上, 结合实测瓦斯参数, 对 7 , 8 煤层进行了瓦斯赋存预测和突出危险性区域 预测, 形成了矿井瓦斯地质图; 结合矿井实际的煤与 瓦斯突出规律, 建立了突出预警指标体系和预警模 型, 根据空间类指标、 日常预测类指标、 实时监测类 指标, 以及各指标的发展变化趋势, 对矿井煤与瓦斯 突出事故进行趋势预警和状态预警, 并在矿井局域 网上对矿井各工作面突出危险性实时预警结果和预 警依据进行集中显示。试验结果显示, 该系统能够 对各工作面煤与瓦斯突出危险性进行趋势预警和状 态预警, 为矿井提供煤矿安全信息的同时, 为突出事 故的防治提供了超前的提示和警戒信息。同时, 利 用该系统还为铜川辉煌煤矿进行了瓦斯地质图的绘 制工作。 本系统开发采用的技术安全可靠、 通用性强, 系 统功能紧紧围绕煤与瓦斯的相关信息, 实用全面。 对于预测预报、 减少煤与瓦斯突出事故具有重大的 现实意义, 极具推广价值。 参考文献 [ 1] 林柏泉. 安全系统工程[M] . 徐州 中国矿业大学出版社, 2005. [ 2] 付华, 尹丽娜, 汪琦. 基于信息优化融合的煤矿井下环境安全监 测技术[ J] . 黑龙江科技学院学报, 2007, 17 2 112- 115. [ 3] 宋爱山, 王勇, 蒋曙光. 煤矿安全信息系统的开发[ J] . 安全, 2004, 1 . [ 4] 蔡金, 高自友. 铁路安全预警系统的研究和实现[ J]. 中国安全 科学学报, 2003, 133 l8- 22. [ 5] 俞启香. 矿井瓦斯防治[M] . 徐州 中国矿业大学出版社, 1992. [ 6] 符清玉. 永夏矿区铁路运输安全的对策[ J] . 中州煤炭, 2003 2 39- 41. [ 7] 武旭, 胡思继, 等. 高速铁路安全保障信息系统的研究[ J] . 中国 安全科学学报, 2005, 154 80- 84. [ 8] 魏建民, 赵旭. 铁路安全预警系统的设计和实施[ J]. 铁路计算 机应用, 1997100- 104. 责任编辑 王秀丽 第 1期 郑万成, 等 煤与瓦斯突出事故预警系统的研究与应用 ∀9∀