基于B S 结构的煤矿瓦斯灾害预警系统研究与应用.pdf

基于 B/ S 结构的煤矿瓦斯灾害预警 系统研究与应用 于 雷 冯占科 国家安全生产监督管理总局信息研究院, 北京 100029 摘 要 本文阐述了煤矿瓦斯灾害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、通风管理、瓦斯防治、瓦斯突出危险性动态预测及预警结果 远程浏览、辅助决策等功能。本系统对煤矿瓦斯灾害预防有重大的现实意义。 关键词 瓦斯事故 预警系统 瓦斯突出 瓦斯防治 Research and Application of PreWarning system for Gas Hazards in Coal Mines Based on B/ S Structure Yu Lei Feng Zhanke China Coal Ination Institute of SAWS, Beijing 100029 Abstract The paper describes the basic concept of the design of the prewarning system for prevention of gas hazards in coal mine. It depicts the major functions and main structure of the system. The system hasthe func tions of management of safety ination system, ventilation control, gas prevention, dynamic forecast of gas outburst hazards and remote browsing of prewarning results, auxiliary decisionmaking, etc. The system is of great practical importance to prevention of gas hazards in coal mines. Keywords Gas accident; prewarning system; gas outburst; gas control 1 引言 煤矿是一个充满多种危险源的复杂生产环境。 煤矿生产过程中往往受到瓦斯、煤尘、火灾、水 灾、围岩失稳等灾害的威胁。其中以瓦斯爆炸和煤 与瓦斯突出为代表的瓦斯灾害事故发生的频率最 高,造成的人员伤亡和财产损失最严重。据统计, 我国煤矿每年发生死亡 10人以上的重特大事故中, 瓦斯事故约占死亡人数的 71 [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。但是 无论在功能上还是在可操作性等方面都无法满足煤 矿瓦斯灾害预警的需求。因此根据煤矿的实际情 况, 研究开发了一套较为实用的煤矿瓦斯灾害预警 系统,对减少煤矿瓦斯灾害具有重大的现实意义。 2 煤矿瓦斯灾害事故预警系统 煤矿瓦斯灾害预警,就是指在安全管理理论、 安全规程、事故理论、预警理论、煤与瓦斯突出防 治理论的指导下,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, 实时、动态地收 作者简介 于雷, 男, 工程师, 毕业于哈尔滨工程大学计算机软件专业, 现从事煤矿安全软件开发工作。 第 6 卷 第 5期 中国煤层气 Vol6 No5 2009 年 10月 CHINA COALBED METHANE October 2009 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, 对各工作面的瓦斯灾害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瓦斯灾 害措施、加强瓦斯灾害管理、消除安全隐患。本系 统是在现有的煤矿安全监控系统的基础上进行二次 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、一通三防安全隐患信息、回采面测风信息、掘 进面测风信息、瓦斯日报信息、瓦斯日常防突信 息。然后, 根据矿井的实际情况,建立煤矿瓦斯灾 害预测模型。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,对工作面的瓦斯灾害 给出预警信息。 图1 煤矿瓦斯灾害预警系统功总体思路 3 系统介绍 31 主要功能 基于以上思想, 研究开发了煤矿瓦斯灾害预警 系统,该系统的主要功能模块如图 2所示。 图 2 煤矿瓦斯灾害预警系统功能模块 32 安全信息管理 1 获取安全监控系统的数据并分析 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, 形成需要的数据。 2 瓦斯地质信息分析 对瓦斯赋存条件的存储 瓦斯含量、瓦斯压 力 、地质构造及其影响范围进行分析,对突出点 分布进行统计,运态分析煤层赋存参数变化情况, 如埋深、厚度、倾角、走向、软分层厚度的变化 等。 3 一通三防安全隐患管理 牢牢遵循 安全第一、预防为主、综合治理 这一煤矿安全生产方针, 对一通三防安全隐患进行 管理。以 闭环管理 为思想、以 责任无缝隙 管理为基础, 推动了对诸要素、诸环节的控制力, 从而使任何一件事情都处于不间断的反馈与监控之 下, 杜绝出现责任的真空地带,确保整个隐患管理 的闭环控制, 使事故的概率达到最低值。 4 安全信息查询 可对煤矿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 42 中国煤层气 第 5 期 信息进行查询;对煤矿瓦斯灾害预测结果和防突措 施执行情况、矿井防突管理制度、人员责任制、安 全检查结果、安全隐患整改情况、瓦斯事故情况等 进行网上查询。 33 瓦斯爆炸动态分析 1 瓦斯爆炸指标预警 根据预警指标数值大小的变动来发出不同程度 的预警。瓦斯爆炸必须具备三个条件, 即一定浓度 的瓦斯、一定温度的引爆火源和足够的氧气,三者 缺一不可。瓦斯爆炸界限如图 3所示。根据瓦斯浓 度指标数值大小的变化来发出不同程度的预警。系 统设计根据煤矿安全规程规定,瓦斯浓度指标根据 不同地点设置不同的预警浓度。 图 3 瓦斯爆炸指标预警指标图 2 瓦斯爆炸三角型预警方法 本系统结合 Coward 三角形瓦斯爆炸理论,利 用监控系统的数据实时的对某一地点的瓦斯浓度进 行预警,当瓦斯浓度现状点将要出现在爆炸三角型 范围系统提出预警。 34 瓦斯突出分析预测 瓦斯突出是指在极短的时间内, 煤与瓦斯由煤 体向巷道或采掘空间大量喷出的动力现象,叫做煤 与瓦斯突出。系统在瓦斯突出预防中遵循 煤与瓦 斯突出细则∀ 的规定, 将 四位一体 的综合防突 措施集成于系统之中, 能对掘进面、回采面进行局 部瓦斯突出预测。 系统将钻孔钻屑量指标法、钻孔瓦斯解析指标 法、钻孔瓦斯涌出初速度、R 值法四种指标法集成 到一起,对同一钻孔同时利用四种指标预测, 如果 输入的数据不全, 系统将自动处理, 将可以利用的 指标利用,不可以利用的指标显示 无法预测 , 并给出预测报告, 将预测用到的参数、公式、过程 都展现出来。 35 通风管理子系统 本系统严格遵循煤矿井下测风的安全管理规程 设计, 使测风数据数字化和网络化, 提高了工作效 率、规范了工作流程。使各级领导可通过网络查询 最新的数据及历史数据,系统将测风地点称为测风 站,测风的流程如图 4。 在测风数据管理时采用批处理的方式, 方便、 快捷、效率高。系统可以对测风站历史风量变化做 出趋势图,使各级领导对某一测风站的风量变化一 目了然, 对其管理提供理论依据。系统还可以对测 风数据进行通风问题分析及评价, 并生成报告。 图 4 通风管理子系统原理图 36 瓦斯日报管理 瓦斯管理包括 瓦斯日报明细 管理、自动生 产瓦斯日报。系统根据瓦斯日报测点自动生成瓦斯 日报明细录入项,用户批量录入, 在保存时系统自 动计算日最大的瓦斯值及发现班次、最大的二氧化 碳值及发现班次并生成日报表。 37 系统管理 用户、管理员、机构、角色及用户权限的设 置、管理。 4 系统构成 煤矿瓦斯灾害预警系统以安全信息数据库为基 础, 以瓦斯爆炸、瓦斯突出、通风管理、日常瓦斯 管理、一通三防隐患管理,结合监控数据分析器和 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瓦斯灾害预 警系统。 43 第 5 期 基于 B/S 结构的煤矿瓦斯灾害预警系统研究与应用 41 模块组成 此系统包括以下核心模块 系统管理模块; ∃ 通风管理模块; 瓦斯突出预测模块;∋ 实时监控数据获取及分析模 块; 工作面瓦斯涌出量预测模块; 瓦斯日报模 块; 42 总体结构 系统采用 B/ S 结构设计,所有数据由服务器 集中处理和存储,用户可以远程访问本系统,系统 还可以通过手机短息发送预警信息。系统的总体结 构如图 6 所示。 图 5 煤矿瓦斯灾害预警系统模块组成图 图 6 煤矿瓦斯灾害预警系统总体结构 43 运行环境 系统运行于 Windows、Unix/ Linux 环境下均可, JDK14及以上;采用 B/ S 方式,IE60 以上浏览 器。系统采用了与现有监测监控系统相匹配的变量 参数、IP 地址设置;利用通用的接口程序设计, 以便获取安全监控信息。数据库采用 PostgreSQL, 应用服务器为Tomcat50。 5 系统应用 本系统已经在晋煤集团进行了试用,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、安全管理等进行矿井 数字化处理的基础上,结合实测瓦斯参数和瓦斯监 控数据; 结合瓦斯灾害的预警预测理论对煤矿瓦斯 44 中国煤层气 第 5 期 灾害进行预警。并在矿井局域网上对矿井各工作面 瓦斯灾害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瓦斯灾害进 行状态预警。 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矿瓦斯灾害的相关信息, 实用 全面。对于预测预报、减少煤矿瓦斯灾害具有重大 的现实意义, 极具推广价值。 参 考 文 献 [ 1] 国家安全生产监督管理总局 煤矿瓦斯防治工作 2005年总结和2006年安排http / / wwwchinasafety govcn/ zhuantibaodao/2006 -06/19/ content172496htm [ 2] 于不凡,王佑安 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术 手册∀ [M] 北京 煤炭工业出版社, 200511 [3] 郑万成, 杨胜强,于宝海 煤与瓦斯突出事故预警 系统的研究与应用 [ J] 煤炭技术, 2009 28 1, 7- 9 [4] 朱红青, 常文杰, 张彬 回采工作面瓦斯涌出 BP 神 经网络分源预测模型及应用 [J] 煤炭学报, 2007, 32 5 505- 507 [5] 谢生荣, 赵耀江 综采工作面的瓦斯涌出规律及瓦 斯涌 出 量 的 预 测 [ J] 太 原 理 工 大 学 学 报, 200509, 第 36卷 5 期 553- 555 [6] AQ1018- 2006 矿井瓦斯涌出量预测方法 [S] 国 家安全生产监督管理总局, 2006- 02- 27 [7] 李树刚, 常心坦,林海飞 西北地区安全生产存在 问题及对策研究 [ J] 采煤与安全工程学报, 2006 23 1, 52- 55 责任编辑 刘 馨 上接第 10页 气量预测的理论与方法,但毕竟没有验证,需要进 一步布置参数井或试验井, 更深入研究低煤级褐煤 煤层的含气量、成分等参数,采用新的技术、新方 法加快低煤级煤层气资源评价, 以新的视角认识低 煤级煤层气资源的巨大潜力。 23 认真执行 GB/ T19559- 2008 煤层气含量测 定方法 煤层气含量值是一个非常重要数据, 而取样部 位及取样方法又是关系到数据准确的关键。通过最 近对高瓦斯矿井宣化煤田宣东煤矿调查, 煤层气赋 存部位测定统计,本煤层占 158,煤层顶板及 邻近岩层占767,煤层底板仅占 75,这给了 我们一个启示,采样部位不仅仅局限于煤储层本 身,而且对煤层顶板及邻近岩层也应当适当增加样 品取样数量。煤层气含量测定方法 GB/T19559- 2008 , 这是目前为保证煤层气含量测定数据准确 最全面的标准。而取样方法又是保证测试数据准确 性关键所在。河北省目前煤田地质勘查中煤层瓦斯 采样取样不是采用绳索式半合管取心工具取心,而 是常规岩心钻进取心方法, 这样煤心从井底起出到 井口提出时间过长,致使气体损失量加大,造成人 为的数据不准确, 其次解吸罐的密封圈使用前气密 性检查及更换不到位等都很难保证取样质量的可靠 性。所以必须严格执行瓦斯取样规程,加强现场检 查工作的力度, 确保瓦斯取样质量。 3 结论 我国正面临能源消耗的急剧增长, 油气资源供 求关系紧张, 煤矿安全生产形势严峻, 大气环境污 染严重等巨大压力, 煤层气又是一种高效洁净的新 能源,必将成为天然气资源的重要补充。这一战略 背景使得煤层气勘探开发受到我国政府前所未有的 高度重视,所以必须提高对煤层气勘探开发重要性 的认识, 尽快制定、出台 煤层气资源勘查技术规 范∀, 真正达到煤层气与煤炭资源协调开发的需求。 参 考 文 献 [1] 张军, 秦勇, 赵本肖等 河北省煤层气资源及其开 发潜力评价 [M] 徐州 中 国矿业大学出版社, 2009 [2] 中华人民共和国国土资源部DZ/T 0216- 2002 煤层 气资源/ 储量规范 [S] 北京 地质出版社, 2003 [3] 中华人民共和国煤炭工业部MT77- 84 煤层瓦斯含 量和成份测定方法 [ S] 北京 煤炭工业出版社, 1983 [4] 王宏, 杨丽丽, 李红,等 中国煤层气资源开发意 义探究 [J] 辽宁大学学报, 2008, 35 1 85- 88 [5] 高瑞祺, 赵政璋 中国油气新区勘探 [M] 北京 石油工业出版社, 2001 263- 271 责任编辑 桑逢云 45 第 5 期 基于 B/S 结构的煤矿瓦斯灾害预警系统研究与应用