煤與瓦斯突出預警系統(tǒng)

1、煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)的建立與應用朱振1,2，吳保磊3，孟杰4,5，陶云奇4,5，王峰4,5（1.安陽鑫龍煤業(yè)（集團）有限責任公司，河南 安陽 455000；2.中國礦業(yè)大學 安全工程學院，江蘇 徐州 221116；3.中國礦業(yè)大學 信息與控制工程學院 ，江蘇 徐州 221116；4.河南能源化工集團研究院有限公司，河南 鄭州 450046； 5.河南省低滲突出煤層煤與瓦斯共采工程技術研究中心，河南 鄭州 450046；）摘要：安陽鑫龍煤業(yè)有限公司龍山煤礦具有高突出危險性，為了滿足該礦高產、高效、安全生產的需要，龍山煤礦引進了煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)從突出防治工作涉及的各個環(huán)節(jié)入手，

2、充分融合了突出礦井防突技術體系及安全管理制度?，F(xiàn)場實驗證明，預警系統(tǒng)使龍山煤礦對災害的預防有了充足的時間，同時能更加有針對性的制定消突措施，實現(xiàn)了高效消突，安全生產。關鍵詞：煤與瓦斯突出 綜合預警 瓦斯災害 安全預防Establishment and Application of Coal and Gas Outburst Pre-warning Technique and Computer System in Longshan Coal MineZHU Zhen1,2，WU Baolei3，MENG Jie4,5，TAO Yunqi4,5，WANG Feng4,5（1. Anyang Xin

3、long coal (Group) Co., Ltd.An Yang ,Henan 455000;2.School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China; 3.School of Informatioecn and Control Engineering ,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China; 4.Research Institu

4、te of Henan Energy and Chemical Industry Group Co., Ltd, Zhengzhou, Henan 450046, China; 5. Henan Engineering Research Center of simultaneous extraction of coal and gas with Low permeability & outburst coal seam, Henan 450046, China; ）Abstract：Longshan coal mine is one of the high outburst mines

5、, in order to meet the needs of high efficiency and production safety, coal and gas outburst pre-warning technique and computer system was introduced to longshan coal mine. The technology involved in all aspects of gas outburst prevention, including the outburst prevention technology system and safe

6、ty management system. Field applications proved that: Longshan mine has enough time to prevention gas disaster with help of the pre-warning system, and formulates measures contrapuntally by using the pre-warning system, finally, Longshan coal mine can eliminate the outburst danger efficiently and pr

7、oduce safely. Keywords：gas outburst; pre-warning and forecasting; gas disaster; prevention and safety0前言我國是煤與瓦斯突出事故最嚴重的國家之一，突出礦井多、分布廣、突出事故多，重特大突出事故時有發(fā)生。通過大量突出事故調查發(fā)現(xiàn)，防突措施落實不到位和防突管理不到位是突出事故的主要直接原因。實踐證明，通過多種途徑實現(xiàn)突出危險性、隱患的超前預警和強化防突管理是有效防突的重要手段1-5。煤與瓦斯突出是煤炭采掘過程中易發(fā)生的一種大型動力災害，其突出能量大，破壞能力強，易導致大規(guī)模的人員傷亡，嚴重影響著煤

8、礦的安全生產和經濟效益。要對煤與瓦斯突出進行有效的預防和治理，首先要進行有效的預警6。目前突出危險性預測的常用指標主要包括區(qū)域預測指標和工作面預測指標，區(qū)域預測指標分為單因素指標法(瓦斯壓力或瓦斯含量)和綜合指標D和K等，工作面預測指標（鉆屑瓦斯解吸指標、鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑量指標等）。常規(guī)的煤與瓦斯突出預測技術是抽檢式、不連續(xù)、局部的預測，具有相當大的局限性7-8，這種傳統(tǒng)的煤與瓦斯突出預測技術是一種抽檢式的、不連續(xù)的、局部突出危險性預測方法，某一預測指標只能間接和部分的反映影響突出危險某一因素，沒有從大的區(qū)域角度提前對瓦斯災害及嚴重程度進行提前預警，并建議礦井采取相應的措施，具有相當大

9、的局限性。煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)利用智能信息化裝備和技術，將災害預警理論運用于礦井瓦斯災害防治領域，實現(xiàn)了礦井瓦斯災害的超前預警9 1煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)的建立1.1 預警系統(tǒng)的基本原理及流程煤與瓦斯突出綜合管理及預警平臺一方面要把采掘部署、瓦斯地質分析、預測預報、防突措施、效果檢驗、安全防護措施等信息錄入到預警平臺的中央數(shù)據(jù)庫。在這些信息的收集、錄入的過程中把設計、施工、監(jiān)督、反饋、措施調整、評價、確認等各個環(huán)節(jié)融入到預警體系中，實現(xiàn)安全信息集中管理與共享，同時也實現(xiàn)了防突的精細化和規(guī)范化的管理，加強了對防突的設計、施工、驗收等環(huán)節(jié)的監(jiān)管；另一方面煤與瓦斯突出綜合管理及預警平臺實時、連

10、續(xù)的采集安全監(jiān)控實時數(shù)據(jù)。然后通過計算機系統(tǒng)及預警平臺各專業(yè)的軟件進行對數(shù)據(jù)進行挖掘與分析，依據(jù)礦井實際制定的預警規(guī)則庫，確定預警等級，最后通過局域網發(fā)布預警結果。從而實現(xiàn)了對突出危險性、隱患的超前預警，實時預警，為礦井進行瓦斯突出災害的防治提供決策依據(jù)10。其系統(tǒng)基本原理流程圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)基本原理流程圖1.2 系統(tǒng)功能設計及作用根據(jù)該礦各職能部門的特點將系統(tǒng)劃分為6個子系統(tǒng)：地質測量管理系統(tǒng)、瓦斯地質動態(tài)分析系統(tǒng)、防突動態(tài)管理及分析系統(tǒng)、采掘進度管理系統(tǒng)、瓦斯涌出動態(tài)分析系統(tǒng)、及突出預警信息管理平臺；地質測量管理系統(tǒng)是進行礦井基礎信息的數(shù)字化，為整個預警功能的實現(xiàn)提供數(shù)字化平臺，為突

11、出預警功能的實現(xiàn)提供地質構造、工作面空間位置信息，同時為地測部門的日常管理工作提供先進的工具；瓦斯地質動態(tài)分析系統(tǒng)是進行礦井瓦斯地質的分析與管理，為突出預警提供工作面的瓦斯地質信息。其核心功能是礦井煤層瓦斯基本參數(shù)的管理與維護、瓦斯賦存特征的智能預測、煤層瓦斯地質圖的自動生成與動態(tài)更新，使得瓦斯地質圖不再像以前一旦繪制完成就一成不變，而是可以根據(jù)這些因素做出科學分析，進行動態(tài)變化；防突動態(tài)管理及分析系統(tǒng)是進行礦井日常防突工作的精細化管理，其核心功能是進行井下日常預測指標實測數(shù)據(jù)、井下實際施工的防突措施信息的管理、礦井工作面防突措施的智能化設計等，為突出預警提供日常預測指標數(shù)據(jù)以及防突措施存在的

12、缺陷信息；采掘進度管理系統(tǒng)為預警工作面空間位置分析提供基礎數(shù)據(jù)；瓦斯涌出動態(tài)分析系統(tǒng)是對礦井監(jiān)控系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析，為突出預警提供瓦斯涌出動態(tài)指標信息，實現(xiàn)工作面突出危險性的實時、動態(tài)及智能預警；突出預警信息管理平臺根據(jù)研究建立的實施礦井煤與瓦斯突出預警指標體系及預警模型方法，利用上述子系統(tǒng)提供的相關數(shù)據(jù)，實現(xiàn)工作面突出危險性的實時、智能及超前性的綜合預警，進行預警信息的管理與發(fā)布。，各個子系統(tǒng)在向綜合預警平臺提供各個部門監(jiān)測的相關信息資料的同時，提供了專業(yè)的輔助分析、設計功能，如圖2所示。圖2 煤與瓦斯突出預警系統(tǒng)配套軟件結構及其功能2煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)的應用2.1 龍

13、山煤礦概況安陽鑫龍煤業(yè)有限公司龍山煤礦為嚴重煤與瓦斯突出礦井，所開采的二1煤層地質結構復雜，斷層褶曲發(fā)育，屬于緩傾斜突出厚煤層，實測瓦斯最大壓力為1.89 MPa，實測瓦斯最高含量為23.51 m3/t。建礦至今共發(fā)生煤與瓦斯突出事故110多次，平均突出煤量為107.95 t，涌出瓦斯量為18179.3 m3。突出均發(fā)生在掘進工作面，回采工作面未發(fā)生過動力現(xiàn)象。2.2 系統(tǒng)應用流程龍山煤礦煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)終端分布如圖3所示。圖3 龍山煤礦煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)終端分布安全生產基礎數(shù)據(jù)是瓦斯突出災害預警的基礎，而基礎數(shù)據(jù)的采集與分析需要“一通三防”、地測、調度、監(jiān)測等多個部門協(xié)同作業(yè)，

14、因此必須要有嚴格的系統(tǒng)應用流程。系統(tǒng)應用流程： 生產技術部繪制采掘巷道圖并建立檔案通風防突部根據(jù)本礦特點設置工作面預警指標和臨界值通風區(qū)隊將傳感器布置在指定位置并反饋給通風防突部。 生產技術部錄入地質構造、巷道進尺等信息，通風防突部錄入校檢指標、防突措施、煤層及瓦斯基本測定參數(shù)等基礎數(shù)據(jù)信息。 預警系統(tǒng)實時分析處理基礎數(shù)據(jù)，當出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)或趨勢時及時預警，總工、安全礦長、通風副總等礦領導的設備終端會在第一時間發(fā)出警報信息。 礦領導介入進行指揮，并及時停止工作面施工，召開緊急會議分析問題，采取相應的安全技術措施。 警報解除后，繼續(xù)施工。 撤回傳感器，準備下一個工作面的安裝使用工作。2.3 應用結

15、果龍山煤礦煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)建成后，綜合預警系統(tǒng)在11011上順槽反掘頭、11071上順槽、11101工作面、23043工作面共觸發(fā)狀態(tài)預警和趨勢預警各1575次，其中狀態(tài)預警正確1544次，趨勢預警正確1563次，平均準確率達到97%，狀態(tài)預警出錯率高于趨勢預警的出錯率。其中11011上順槽反掘頭總預警次數(shù)92次，狀態(tài)預警次數(shù)正確88次，錯誤3次，趨勢預警次數(shù)正確90次，錯誤1次，可靠率96%；11071上順槽總預警次數(shù)566次，狀態(tài)預警次數(shù)正確554次，錯誤12次，趨勢預警次數(shù)正確560次，錯誤6次，可靠率97%；11101工作面總預警次數(shù)452次，狀態(tài)預警次數(shù)正確436次，錯誤16

16、次，趨勢預警次數(shù)正確447次，錯誤5次，可靠率95%；23043工作面總預警次數(shù)466次，狀態(tài)預警次數(shù)正確466次，錯誤0次，趨勢預警次數(shù)正確446次，錯誤0次，可靠率100%；預警結果準確性統(tǒng)計主要就突出危險性比較大的11071上順槽和11101工作面預警結果進行統(tǒng)計分析，預警系統(tǒng)分析結果與實際工作面突出危險情況基本一致，預警系統(tǒng)能準確給出預警信息，部分錯誤報警主要是由系統(tǒng)維護初期的數(shù)據(jù)錄入錯誤或瓦斯涌出數(shù)據(jù)受井下風筒移動、調校調校等干擾情況所致。綜合統(tǒng)計11071上順槽、11101工作面、11011上順槽反掘頭等作面的預警準確率和區(qū)域效檢、瓦斯地質等6個方面的專項預警準率，可以看出，龍山煤

17、礦預警結果準確率約在82.190.2%之間，平均83.9%；瓦斯涌出專項預警準確率在74%以上，其他專項預警準確率在88%，瓦斯涌出專項預警準確率偏低，這與風筒移動、風機調試、傳感器調校、井下采掘活動影響等有很大關系。3結論龍山礦使用的煤與瓦斯突出綜合預警系統(tǒng)從突出防治工作涉及的生產、地測、防突、措施、施工、監(jiān)督、預測預報、監(jiān)測監(jiān)控等各個環(huán)節(jié)入手，利用現(xiàn)代信息技術，充分融合突出礦井防突技術體系及安全管理制度，實現(xiàn)了安全信息的動態(tài)共享。預警系統(tǒng)的應用，能全面地對煤與瓦斯突出相關因素和突出征兆進行實時監(jiān)測、智能分析，及時發(fā)現(xiàn)各種異常情況并做出警示。實現(xiàn)了各部門之間相關信息的實時共享和在線分析功能，

18、使各部門之間的信息更加透明，措施制定、實施、驗收人員掌握的資料更加全面，為科學地制定、嚴格地實施防突措施提供了保障。與此同時，與預警系統(tǒng)相配套的預警響應管理體制能保證發(fā)現(xiàn)的突出隱患及時、徹底消除。從而實現(xiàn)了防突工作的全過程、全方位控制。發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時預警，有效避免了突出危險事故的發(fā)生，同時提高了工作面的掘進速度，達到了安全高效生產的目的。參考文獻1俞啟香.礦井瓦斯防治M徐州:中國礦業(yè)大學出版社，19922于不凡煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊M北京: 煤炭工業(yè)出版社，2005: 491 4973李學來，劉見中.瓦斯災害防治新技術J.中國安全科學學報，2001,14（7）：101-1044胡千庭.預防煤礦瓦斯災害新技術的研究J.礦業(yè)安全與環(huán)保，2006,33:1-75趙旭生.低指標突出現(xiàn)象原因分析及防突對策J.煤礦安全，2007,39（5）：67-696 王恩元，李忠輝，何學秋等.煤與瓦斯突出電磁輻射預警技術與應用J煤炭科學技術，2014,42（6）:537唐遠