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煤矿安全高效开采决策支持技术之 基于PDCA循环的围岩灾害过程控制系统 Process control system of Rock Disaster based on PDCA Cycle 山东科技大学 主要内容 1. 目的及意义 2. 系统构成 3. 关键技术 4. 实施方案 以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给 定值或保持在给定范围内的自动控制系统。 通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品 的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程 控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控 制的主要方式。 1.目的及意义 过程控制 过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应 用。 20世纪50年代，过程控制主要用于使生产过程中的一些 参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。 60年代，随着各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过 程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。 70年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结 合的多级计算机控制系统。 80年代，过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具 有更多的功能。 1.目的及意义 过程控制 众所周知 围岩灾害是煤矿主要灾害之一 。有效地控制 与预防围岩灾害包括两个方面 （1）在生产之前进行合理的控制设计； （2）在生产之后进行日常的工程质量与围岩 动态监测。 1.目的及意义 合理的围岩控制设计是有效地控制与预防围岩灾害的 前提； 工程质量与围岩动态监测是对围岩控制效果的评价， 评价的标准应基于围岩控制设计的力学模型； 监测的结果（指标）和评价的结论是对围岩控制设计 力学模型进行修正的客观依据。 1.目的及意义 在围岩灾害控制的全过程中，“控制设计”和“工程质量 与围岩动态监测”是相互联系、相互验证、相互补充的， 必须有序地进行实施。单独地实施其中的任何一项，都是 不系统、不完备的，达不到对围岩灾害进行有效的全过程 控制的目的。因此，构建了“基于PDCA循环的围岩灾害过 程控制系统”，以期实现对围岩灾害的全过程控制，达到 减少事故保证安全生产的目的。 1.目的及意义 2.系统构成 PDCA 循环是“计划（Plan）执行（Do）检查 （Check）总结（Action）”工作循环的简称 。 它是推行全面质量管理（TQC）在方法上的重大变 革。它将过去以事后检验把关为主的质量管理转变为预 防为主和改进为主的质量管理；把过去分散管理方式转 变为系统、全面综合治理方式；把过去管结果转变为管 因素的科学管理方法。PDCA循环是提高工程质量的一 种科学方法。 2.系统构成 计划Plan也称设计，就是根据围岩的地质条件和技术条件，以决策 支持系统为主要工具，对围岩灾害控制方式与参数进行科学合理的设计 执行Do根据围岩控制设计的结果，编制内容全面、参数准确的 作业规程，正确指导安全生产，保证围岩控制工程质量 检查Check以“工程质量与围岩动态监测”为主要手段，对生产过程 中的工程质量与围岩动态进行全过程的监测，以控制设计的力学模型 为依据 ，对监测结果进行分析 总结Action也称反馈。根据监测的结果，对工程质量提出整改 意见；对控制设计模型提出修正建议，进一步完善控制设计模型， 为进一步提高控制设计水平奠定基础 P围岩控制设计D工作面生产C监测，分析 A总结反馈 作业规程 工程质量整改 控制设计模型修正 控制设计模型 2.系统构成 3.关键技术 P围岩控制设计 工作面顶板控制设计 巷道围岩控制设计 采掘工程布置 时空关系 工程尺度 直接顶厚度垮落步距，悬顶 老顶厚度运动步距 支架阻力预计缩量预计 巷道应力环境控制设计模型 支护手段支护参数 巷道方位/层位 采掘接替顺序 采掘顺序平面/垂直 工作面走向/倾向尺寸 工作面采高/放高 巷道断面 控制准则控制设计模型 ①理论判定 ②实测推断 ①理论判定 ②实测推断 3.关键技术 1 n Zi i MM ∑ 1 1 1 −−≤ ∑ − A n in KMhM 1 1 1 −− ∑A n in KMhM 1 A A h S ZK M − − 直接顶厚度确定 3.关键技术 242 25. 115. 1 CCSS MEME≥ 242 1.151.25 SSCC E ME M2L0 预留变形巷旁充填技术 预留变形量 巷旁充填 风带阻风（瓦斯） 单体液压支柱切顶 后方卧底扩巷 预留变形巷旁充填技术 预留变形量巷旁充填技术 AA B B C C 预留变形量巷旁充填技术 AA 风带 充填体 铰接顶梁 单体液压支柱 充填模板 h hr hc h巷道高度；hr风筒高度；hc 充填高度 预留变形量巷旁充填技术 AA B B C C 预留变形量巷旁充填技术 CC h hr hc h巷道高度；hr风筒高度；hc 充填高度 预留变形量巷旁充填技术 AA B B C C 预留变形量巷旁充填技术 BB hd卧底高度；hc 充填高度 hd hc矸石矸石 回风大巷 采 空 区 运输顺槽 兼做下一个工作面的轨道顺槽 轨道顺槽 车场 采空区充填采空区充填 采空区充填 沿空留巷 工作面顶板控制，采空区瓦斯，采空区自燃，地表减沉 似膏体采空区充填似膏体采空区充填 3.关键技术 影响煤矿安全生产的因素 煤矿事故 安全生产技术 安全生产监察 安全保障设备 安全生产管理 安全技术措施编制不全 针对性不强 与有关规定不尽相符 技术人才缺乏 技术工作工具落后 基础技术管理薄弱 安全教育放松，职工 安全意识较差，个人 违章现象比较多。 安全技术措施停留纸面 较多，现场落实不全、 不细。 安全隐患的排查和 督促整改重视不够 赶抢生产，冒险作业 不注重从类似事故中吸取教训 规程宣贯流于形式，执行考核不严 设备维修、保养、检测能力差 缺乏安全检测设备或手段落后 生产装备差，安全隐患大 安全设备、设施得不到合理使用 超设备能力生产 资金缺口，新装备、新 技术得不到及时采用 行业管理缺位，安 全责任不落实 没能做到监察与帮助、技术服务相结合 监察力度不够，存在执法不严现象 很难及时获取煤矿的真实相关资料 监督管理信息化缺乏，不 能弥补现场监察的不足 管理部门与企业存 在经济利益关系 煤矿作业规程管理系统煤矿作业规程管理系统煤矿作业规程管理系统煤矿作业规程管理系统 3.关键技术 不能利用现代化手段进行规程的监督管理 编制的规程不规范、不标准 编制手段落后 重复性劳动量大 缺乏有效交流，不便于知识的共享 存在的问题 作业规程是指导采掘区队正确施工的技术指导性文件 3.关键技术 D作业规程编制 图形绘制 作业规程管理 作业规程内容/格式/模板 支护参数 风量计算 网络会签 文档共享 爆破参数 平面图 示意图 剖面图 图元库 图形库 3.关键技术 产品提供C/S和B/S两种架构，面向统一的数据库 换句话说就是“一套数据，两个面孔”，系统可以方便地在Intranet 和Internet中运行，用户可以根据习惯随意切换和选择使用。 3.关键技术 自动出图 辅助作图 自动出图 辅助作图 CAD作图系统，具有快速自动生成图形功能。 3.关键技术具有标准化、规范化编制规程的功能 系统按照指南制定的框架，制成模板，编写规程时只需 采用填空式操作，就可自动生成标准、规程的作业规程。 3.关键技术 操作简单 易用性强 快速高效 软件操作方式非常简单，符合用户常规的操作习惯，用户可以 轻松上手、快速的编制一本符合要求的规程 操作者即便不会word排版，也可以做出和专业排版人员相媲美 的规程文档 作业规程 作业规程 自动生成 无需排版 自动生成 无需排版 填空式操作 3.关键技术 具有模板化定义功能 灵活方便地制定各类采、掘作业规程和补充措施模板。。 3.关键技术 完善的网上会签功能 基于计算机网络，系统提供更高效的网上会签、审批功能，实 现无纸化操作 3.关键技术 全面记录规程的宣贯实施等各项资料 3.关键技术 具有强大的知识积累功能 知识库及学习系统，实现知识积累和共享 – 帮助企业建立及扩充专业知识库，为人员学习提 供资源 3.关键技术 具有权限管理功能 系统具有严密的权限控制，为用户提供权责明确的操作方式， 保障数据的安全 3.关键技术 测线1 测线2 测线3 测线4 测线5 下顺 第一组应力计 第二组应力计 1 1 44 2 2 3 3 80m 200m C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 支架初撑力； 支架与工作面输送机的夹角； 支架横向歪斜角； 支架端面距； 支架顶梁俯仰角； 相邻支架顶梁错距； 相邻支架间距； 端面顶板冒落高度； 端面顶板冒落宽度； 端面顶板冒落长度； 活柱缩量； 片帮深度； 片帮长度； 采煤高度. 工 作 面 监 测 指 标 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 顶底板移近量； 两帮移近量； 顶板动态仪； 多点位移计； 顶板离层仪； 煤壁（煤体）垂直应力（钻孔应力计）； 锚杆工作阻力（测力锚杆，锚杆测力计）； 超前加强支护的单体支柱工作阻力； 微震监测信息。 巷 道 监 测 指 标 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 软件，硬件 在线监测 离线监测 手工监测 支架阻力，活柱缩量 端面距，片帮深度 围岩移近量，离层，多点位移 锚杆（索）阻力，测力锚杆 煤体应力，动态仪 瓦斯，co，风速，温度 监测信息的智能分析，日报 微震 人工监测 在线监测 机械型 智能型 红外线采集 U盘采集 专用型 集成型 开放型 封闭型型 3.关键技术 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 1. 系统分单体版和综采（放）版； 2. 能够兼容与覆岩运动及岩层控制相关的主要矿压监测参数，用户可以 根据实际情况自己选定具体参数； 3. 能够实现工作面及巷道矿压观测方案（观测仪器布置图）的辅助生成； 4. 实现工作面及巷道的矢量化显示，无级缩放，平移，旋转等功能； 5. 能够实现工作面推进位置、测点位置和监测仪器（表）的动态显示； 6. 能够兼容中天公司及其他公司的各种主要离线式监测仪器所监测的数 据； 7. 能够导入EXCEL数据和txt数据（固定格式）； 8. 能够实现各类原始数据的存储，修正； 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 9. 能够实现各类矿压监测数据的查询，包括特定时间、特定测点数据的查 询，既定时间条件下不同位置数据的查询，既定位置条件下某时间间隔 内的历史数据查询； 10.能够对各类矿压监测参数进行统计分析，生成分析图表； 11.通过对矿压监测参数的智能处理，分析采场覆岩运动参数； 12.能够对采场顶板动态及支护质量进行科学评价，生成相应的日报表； 13.能够实现微震等与覆岩运动相关的监测信息的集成化显示； 14.能够提供监测仪器图文库，矿压监测基础常识库。 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 3.关键技术 C工程质量与围岩动态监测 4.系统实施 专家服务平台 动态决策支持系统（软件） 安全监控系统（硬件） 围岩灾害过程控制系统 4.系统实施 专家服务平台 专家团队 产品研发团队 现场实施团队 山科中天公司 教授/高工/研究员 采矿/计算机/仪表 4.系统实施 专家服务平台 1、提供解决方案建立强大的煤矿安全信息库，通过“中国煤矿安全网”提供 的专用网络平台远程为煤矿优选采动方案（开采方法），包括采前部署、采 场支护、巷道布置、通风、排水等设计来实现安全高效开采的多目标多方案 动态决策。 2、评估煤矿现场开采现状与安全需求，根据煤矿实际灾害及潜在隐患和开 采条件选择相应的安全高效开采决策支持系统组件及灾害预警与控制系统 并跟踪实施效果，及时提供调整改进方案。 3、可对煤矿安全高效开采相关过程进行针对性优化设计、创新改造 等项目研究和科研服务。 4、可与各矿签订服务公约，提供方案设计、数据分析、 全程培训、跟班观测等技术服务。 4.系统实施 1.井下岩层动态监测信息可视化智能分析系统 2.采场上覆岩层运动可视化动态仿真系统 3.回采工作面支护设计决策支持系统 4.采准（回采）巷道支护设计决策支持系统 5.地表沉陷预计智能分析系统 6.煤矿作业规程智能化管理系统 动态决策支持系统 4.系统实施 覆岩运动可视化仿真系统 4.系统实施 覆岩运动可视化仿真系统 4.系统实施 4.系统实施 决策支持系统 4.系统实施 决策支持系统 4.系统实施 决策支持系统 4.系统实施 谢谢大家