煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)煤炭和磚瓦的突出是礦工生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。這是指煤炭和磚瓦在短時(shí)間內(nèi)從道路和工作面上大量出現(xiàn)的過(guò)程。突出的煤體能夠?qū)θ松砗驮O(shè)備造成傷害和損壞,發(fā)生突出后釋放大量的瓦斯不僅能夠造成井下工人的窒息,甚至?xí)劤赏咚?、煤塵爆炸事故。煤與瓦斯突出事故危害十分巨大,并且時(shí)有發(fā)生。因此,有必要加強(qiáng)對(duì)煤與瓦斯突出事故進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)和預(yù)防,有必要研究并開(kāi)發(fā)出適合各煤礦企業(yè)的煤與瓦斯突出事故的預(yù)警系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,計(jì)算機(jī)在各行各業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。目前,一些基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的事故預(yù)警軟件已投入實(shí)際應(yīng)用。但由于煤與瓦斯突出事故具有一定的隨機(jī)性和不確定性,影響因素眾多復(fù)雜,現(xiàn)有的一些預(yù)警系統(tǒng),無(wú)論在功能上還是在可操作性等方面都無(wú)法滿(mǎn)足煤礦突出事故預(yù)警的需求。根據(jù)煤礦的實(shí)際情況,研究開(kāi)發(fā)了一套較為實(shí)用的煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng),對(duì)減少礦井的煤與瓦斯突出事故具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。1信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建立及信息研判所謂煤與瓦斯突出事故預(yù)警,就是指在事故理論、預(yù)警理論、煤與瓦斯突出防治理論(特別是突出發(fā)生規(guī)律和突出預(yù)測(cè)理論)的指導(dǎo)下,充分利用和發(fā)揮煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)有防突技術(shù)的優(yōu)勢(shì),實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地收集盡可能多的煤礦安全信息,并經(jīng)過(guò)綜合分析后,從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),在時(shí)間維和空間維的連續(xù)性上,對(duì)各工作面的突出危險(xiǎn)狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行超前和動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和警示,以便提醒管理者提前采取防突措施、加強(qiáng)防突管理、消除突出隱患。在現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行2次開(kāi)發(fā),首先建立煤礦動(dòng)態(tài)安全信息數(shù)據(jù)庫(kù),其內(nèi)容包括:煤層賦存信息、地質(zhì)構(gòu)造信息、瓦斯賦存信息、地應(yīng)力分布信息、突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)信息、礦井開(kāi)拓開(kāi)采信息、通風(fēng)系統(tǒng)信息、安全監(jiān)測(cè)信息、突出預(yù)兆信息、突出日常預(yù)測(cè)信息、瓦斯抽放信息、防突措施信息以及日常安全檢查信息等。然后,根據(jù)礦井的實(shí)際情況,建立煤與瓦斯突出的預(yù)警指標(biāo)體系和預(yù)測(cè)模型。最后,隨著采掘空間的拓展,根據(jù)各種動(dòng)態(tài)信息的綜合分析結(jié)果,對(duì)工作面前方存在的突出危險(xiǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)給出警示信息,即隨時(shí)提供各工作面煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的狀態(tài)預(yù)警和趨勢(shì)預(yù)警信息。預(yù)警的基本思路如圖1所示。2系統(tǒng)介紹2.1主要功能基于以上思想,研究開(kāi)發(fā)了煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng),該系統(tǒng)的主要功能模塊如圖2所示。2.1.1安全信息系統(tǒng)的功能(1)安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析對(duì)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的歷史和實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行整理、存儲(chǔ)和高級(jí)分析,形成需要的動(dòng)態(tài)預(yù)警指標(biāo)。(2)瓦斯地質(zhì)圖件評(píng)價(jià)瓦斯賦存規(guī)律智能分析(瓦斯含量、瓦斯壓力等值線(xiàn)繪制等)、突出危險(xiǎn)性智能劃區(qū)域預(yù)測(cè)、地質(zhì)構(gòu)造及其影響范圍分析、突出點(diǎn)分布統(tǒng)計(jì)、煤層賦存參數(shù)變化情況動(dòng)態(tài)分析(如埋深、厚度、傾角、走向、軟分層厚度的變化)等,形成瓦斯地質(zhì)圖件。(3)工作面地質(zhì)情況分析隨著采掘巷道的延伸,動(dòng)態(tài)分析各工作面所處位置的三維空間參數(shù),動(dòng)態(tài)分析工作面距突出危險(xiǎn)區(qū)的距離、石門(mén)工作面距煤層的距離、工作面距地質(zhì)構(gòu)造的距離、工作面周?chē)锏婪植技坝麕追N情況動(dòng)態(tài)分析等。(4)礦圖編輯系統(tǒng)礦圖傳統(tǒng)服務(wù)中心對(duì)煤層、地質(zhì)構(gòu)造和井下所有巷道等進(jìn)行三維數(shù)字化處理,形成滿(mǎn)足事故預(yù)警要求的礦圖編輯系統(tǒng)。同時(shí)可利用GIS的強(qiáng)大空間處理能力,進(jìn)行開(kāi)拓開(kāi)采的輔助設(shè)計(jì)(可代替CAD軟件進(jìn)行礦圖設(shè)計(jì)、填圖、打印等)。(5)強(qiáng)調(diào)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),可以進(jìn)行突出預(yù)測(cè)資料沿空間和時(shí)間的分布規(guī)律統(tǒng)計(jì)與分析,為確定突出分布規(guī)律、劃分突出危險(xiǎn)區(qū)和預(yù)警提供信息基礎(chǔ)。(6)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定評(píng)估和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)解算對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí)可動(dòng)態(tài)地對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行解算。(7)巷道基礎(chǔ)信息查詢(xún)可對(duì)礦井防突體系的所有安全信息進(jìn)行查詢(xún)。如對(duì)工作面煤層情況、地質(zhì)情況、瓦斯賦存情況、巷道布置情況、工作面周?chē)h(huán)境情況、瓦斯涌出情況等基礎(chǔ)信息進(jìn)行查詢(xún);對(duì)各工作面突出預(yù)測(cè)結(jié)果和原因、對(duì)突出預(yù)測(cè)結(jié)果和防突措施執(zhí)行情況、對(duì)礦井防突管理制度、防突審批程序和人員責(zé)任制、對(duì)安全檢查結(jié)果、安全隱患整改情況、防突獎(jiǎng)懲情況、突出事故情況等進(jìn)行網(wǎng)上查詢(xún)。2.1.2強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估的功能(1)突出危險(xiǎn)性的空間趨勢(shì)預(yù)警機(jī)制根據(jù)各工作面在時(shí)空方面的安全信息綜合分析,進(jìn)行突出危險(xiǎn)性的發(fā)展趨勢(shì)預(yù)警。自動(dòng)分析采掘巷道所處的空間位置及延伸方向,結(jié)合煤層信息、構(gòu)造信息、采掘關(guān)系信息、突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)結(jié)果信息,根據(jù)突出規(guī)律,進(jìn)行突出危險(xiǎn)性的空間趨勢(shì)預(yù)警。根據(jù)安全信息歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析,建立安全信息與時(shí)間的關(guān)系模型,預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)安全信息的發(fā)展趨勢(shì),從而根據(jù)這種趨勢(shì)進(jìn)行突出危險(xiǎn)性的趨勢(shì)預(yù)警。(2)工作面出現(xiàn)突出異常時(shí),預(yù)警信號(hào)應(yīng)自動(dòng)識(shí)別①危險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)警。當(dāng)工作面預(yù)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)或工作面處于突出危險(xiǎn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造區(qū)、或處于石門(mén)揭煤過(guò)程中、或處于瓦斯涌出異常區(qū)、應(yīng)力集中地帶、工作面安全防護(hù)措施不完善時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出突出危險(xiǎn)狀態(tài)預(yù)警信號(hào),提醒管理者高度重視工作面的防突工作,采取相應(yīng)的防突措施,消除突出危險(xiǎn)。②危機(jī)狀態(tài)預(yù)警。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)到預(yù)測(cè)指標(biāo)嚴(yán)重超過(guò)預(yù)定臨界值、瓦斯涌出極度異常且呈現(xiàn)急劇惡化發(fā)展時(shí)、工作面出現(xiàn)嚴(yán)重突出預(yù)兆時(shí)等,預(yù)示著工作面即將發(fā)生煤與瓦斯突出。此時(shí)系統(tǒng)將發(fā)出危機(jī)狀態(tài)預(yù)警信號(hào),提醒工作面盡快撤人。③事故狀態(tài)預(yù)警。當(dāng)系統(tǒng)從瓦斯監(jiān)測(cè)資料自動(dòng)分析到工作面發(fā)生突出時(shí),系統(tǒng)發(fā)出事故預(yù)警信號(hào)。并將自動(dòng)判斷和報(bào)告發(fā)生突出的工作面編號(hào),分析并報(bào)告瓦斯涌出情況預(yù)計(jì)、已經(jīng)波及的區(qū)域報(bào)告、可能引發(fā)的瓦斯爆炸等,提醒管理者采取應(yīng)急措施,阻止事故擴(kuò)大化,減少事故損失。2.1.3安全查詢(xún)和輸出通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)礦井工程圖、瓦斯地質(zhì)圖、設(shè)備布置圖、通風(fēng)系統(tǒng)圖、防突措施圖、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)記錄圖、突出預(yù)警結(jié)果以及安全管理的相關(guān)情況等的查詢(xún)和輸出,實(shí)現(xiàn)安全信息的共享。2.1.4安全專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)不僅具有安全信息查詢(xún)和事故預(yù)警功能,還具有事故的預(yù)防方案和防治措施的制定、事故防治措施效果評(píng)價(jià)等功能,提供災(zāi)后搶險(xiǎn)救援措施。2.2煤礦安全監(jiān)控主機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)以安全信息數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),以礦圖編輯系統(tǒng)、防突知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)、圖形瀏覽器、事故監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析器和控制臺(tái)為主要構(gòu)成,以煤礦現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)平臺(tái),形成基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的突出事故預(yù)警系統(tǒng)。2.2.1投資管理模塊本系統(tǒng)包括以下核心模塊:①系統(tǒng)管理模塊與輸入輸出模塊;②礦圖編輯與維護(hù)模塊;③瓦斯賦存預(yù)測(cè)模塊;④突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)模塊;⑤安全信息實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)測(cè)模塊;⑥工作面危險(xiǎn)性預(yù)警模塊;⑦通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)風(fēng)網(wǎng)解算模塊。2.2.2高級(jí)預(yù)警處理用戶(hù)群本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示,在網(wǎng)絡(luò)上以C/S為主,所有數(shù)據(jù)由預(yù)警系統(tǒng)服務(wù)器集中處理和存儲(chǔ)?？蛻?hù)分級(jí)為:(1)數(shù)據(jù)維護(hù)客戶(hù)端為1~3個(gè),其操作權(quán)限是維護(hù)更新數(shù)據(jù),一般設(shè)在地質(zhì)測(cè)量部門(mén)、通防科室、技術(shù)科室等。(2)高級(jí)預(yù)警處理用戶(hù)群一般設(shè)置3~10個(gè),必要時(shí)可以增加,其操作權(quán)限是根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警操作,并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布預(yù)警結(jié)果,可以設(shè)在技術(shù)科室、專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和總工程師辦公室。(3)本地高級(jí)查詢(xún)用戶(hù)群的主要操作權(quán)限室對(duì)預(yù)警結(jié)果、所有預(yù)警資源及數(shù)據(jù)、所有預(yù)警文件等進(jìn)行全方位的查詢(xún)和輸出,主要設(shè)在技術(shù)負(fù)責(zé)部門(mén)和領(lǐng)導(dǎo)辦公室。(4)本地簡(jiǎn)單查詢(xún)客戶(hù)群的操作權(quán)限是對(duì)部分預(yù)警結(jié)果、部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)和輸出。2.3數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行于Windows環(huán)境下,采用客戶(hù)/服務(wù)器(Client/Server)方式,IE6.0以上瀏覽器。系統(tǒng)采用了與現(xiàn)有監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)相匹配的變量參數(shù)、IP地址設(shè)置等;采用了通用的接口程序設(shè)計(jì),以方便采集相關(guān)安全監(jiān)測(cè)信息和生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù);采用了國(guó)際通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)終端與中心站之間的實(shí)時(shí)通信;使用VC建立了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)安全信息數(shù)據(jù)平臺(tái);各種數(shù)據(jù)庫(kù)采用MSSQLServer進(jìn)行設(shè)計(jì)。本預(yù)警系統(tǒng)還需要輔助監(jiān)測(cè)、監(jiān)控設(shè)備、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)等配合系統(tǒng)的應(yīng)用。3礦井瓦斯地質(zhì)圖的建立和應(yīng)用本系統(tǒng)已經(jīng)在重慶煤業(yè)集團(tuán)公司進(jìn)行了應(yīng)用性試驗(yàn)工作,效果良好。首先在對(duì)礦井煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造分布、礦井采掘巷道布置、通風(fēng)、監(jiān)測(cè)、設(shè)備等進(jìn)行礦井?dāng)?shù)字化處理的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)測(cè)瓦斯參數(shù),對(duì)7#,8#煤層進(jìn)行了瓦斯賦存預(yù)測(cè)和突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè),形成了礦井瓦斯地質(zhì)圖;結(jié)合礦井實(shí)際的煤與瓦斯突出規(guī)律,建立了突出預(yù)警指標(biāo)體系和預(yù)警模型,根據(jù)空間類(lèi)指標(biāo)、日常預(yù)測(cè)類(lèi)指標(biāo)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)類(lèi)指標(biāo),以及各指標(biāo)的發(fā)展變化趨勢(shì),對(duì)礦井煤與瓦斯突出事故進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)警和狀態(tài)預(yù)警,并在礦井局域網(wǎng)上對(duì)礦井各工作面突出危險(xiǎn)性實(shí)時(shí)預(yù)警結(jié)果和預(yù)警依據(jù)進(jìn)