煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(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間內(nèi)從道路和工作面上大量出現(xiàn)的過程。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)劤赏咚埂⒚簤m爆炸事故。煤與瓦斯突出事故危害十分巨大,并且時有發(fā)生。因此,有必要加強對煤與瓦斯突出事故進行科學(xué)的預(yù)測和預(yù)防,有必要研究并開發(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)。隨著計算機軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展,計算機在各行各業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。目前,一些基于計算機技術(shù)的事故預(yù)警軟件已投入實際應(yīng)用。但由于煤與瓦斯突出事故具有一定的隨機性和不確定性,影響因素眾多復(fù)雜,現(xiàn)有的一些預(yù)警系統(tǒng),無論在功能上還是在可操作性等方面都無法滿足煤礦突出事故預(yù)警的需求。根據(jù)煤礦的實際情況,研究開發(fā)了一套較為實用的煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng),對減少礦井的煤與瓦斯突出事故具有巨大的現(xiàn)實意義。1信息數(shù)據(jù)庫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)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)有防突技術(shù)的優(yōu)勢,實時、動態(tài)地收集盡可能多的煤礦安全信息,并經(jīng)過綜合分析后,從系統(tǒng)的觀點出發(fā),在時間維和空間維的連續(xù)性上,對各工作面的突出危險狀態(tài)和發(fā)展趨勢進行超前和動態(tài)的預(yù)測、評價和警示,以便提醒管理者提前采取防突措施、加強防突管理、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)上進行2次開發(fā),首先建立煤礦動態(tài)安全信息數(shù)據(jù)庫,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、突出危險性區(qū)域預(yù)測信息、礦井開拓開采信息、通風(fēng)系統(tǒng)信息、安全監(jiān)測信息、突出預(yù)兆信息、突出日常預(yù)測信息、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)礦井的實際情況,建立煤與瓦斯突出的預(yù)警指標體系和預(yù)測模型。最后,隨著采掘空間的拓展,根據(jù)各種動態(tài)信息的綜合分析結(jié)果,對工作面前方存在的突出危險及其發(fā)展趨勢給出警示信息,即隨時提供各工作面煤與瓦斯突出危險性的狀態(tài)預(yù)警和趨勢預(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)控數(shù)據(jù)分析對礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的歷史和實時監(jiān)控數(shù)據(jù)進行整理、存儲和高級分析,形成需要的動態(tài)預(yù)警指標。(2)瓦斯地質(zhì)圖件評價瓦斯賦存規(guī)律智能分析(瓦斯含量、瓦斯壓力等值線繪制等)、突出危險性智能劃區(qū)域預(yù)測、地質(zhì)構(gòu)造及其影響范圍分析、突出點分布統(tǒng)計、煤層賦存參數(shù)變化情況動態(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,動態(tài)分析各工作面所處位置的三維空間參數(shù),動態(tài)分析工作面距突出危險區(qū)的距離、石門工作面距煤層的距離、工作面距地質(zhì)構(gòu)造的距離、工作面周圍巷道分布及盈利幾種情況動態(tài)分析等。(4)礦圖編輯系統(tǒng)礦圖傳統(tǒng)服務(wù)中心對煤層、地質(zhì)構(gòu)造和井下所有巷道等進行三維數(shù)字化處理,形成滿足事故預(yù)警要求的礦圖編輯系統(tǒng)。同時可利用GIS的強大空間處理能力,進行開拓開采的輔助設(shè)計(可代替CAD軟件進行礦圖設(shè)計、填圖、打印等)。(5)強調(diào)預(yù)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析根據(jù)實測數(shù)據(jù),可以進行突出預(yù)測資料沿空間和時間的分布規(guī)律統(tǒng)計與分析,為確定突出分布規(guī)律、劃分突出危險區(qū)和預(yù)警提供信息基礎(chǔ)。(6)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定評估和動態(tài)網(wǎng)絡(luò)解算對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進行評價,同時可動態(tài)地對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進行解算。(7)巷道基礎(chǔ)信息查詢可對礦井防突體系的所有安全信息進行查詢。如對工作面煤層情況、地質(zhì)情況、瓦斯賦存情況、巷道布置情況、工作面周圍環(huán)境情況、瓦斯涌出情況等基礎(chǔ)信息進行查詢;對各工作面突出預(yù)測結(jié)果和原因、對突出預(yù)測結(jié)果和防突措施執(zhí)行情況、對礦井防突管理制度、防突審批程序和人員責(zé)任制、對安全檢查結(jié)果、安全隱患整改情況、防突獎懲情況、突出事故情況等進行網(wǎng)上查詢。2.1.2強調(diào)風(fēng)險動態(tài)評估的功能(1)突出危險性的空間趨勢預(yù)警機制根據(jù)各工作面在時空方面的安全信息綜合分析,進行突出危險性的發(fā)展趨勢預(yù)警。自動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、突出危險性區(qū)域預(yù)測結(jié)果信息,根據(jù)突出規(guī)律,進行突出危險性的空間趨勢預(yù)警。根據(jù)安全信息歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的分析,建立安全信息與時間的關(guān)系模型,預(yù)測未來一段時間內(nèi)安全信息的發(fā)展趨勢,從而根據(jù)這種趨勢進行突出危險性的趨勢預(yù)警。(2)工作面出現(xiàn)突出異常時,預(yù)警信號應(yīng)自動識別①危險狀態(tài)預(yù)警。當工作面預(yù)測指標超標或工作面處于突出危險區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造區(qū)、或處于石門揭煤過程中、或處于瓦斯涌出異常區(qū)、應(yīng)力集中地帶、工作面安全防護措施不完善時,系統(tǒng)自動發(fā)出突出危險狀態(tài)預(yù)警信號,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。②危機狀態(tài)預(yù)警。當監(jiān)控系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測到預(yù)測指標嚴重超過預(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、工作面出現(xiàn)嚴重突出預(yù)兆時等,預(yù)示著工作面即將發(fā)生煤與瓦斯突出。此時系統(tǒng)將發(fā)出危機狀態(tài)預(yù)警信號,提醒工作面盡快撤人。③事故狀態(tài)預(yù)警。當系統(tǒng)從瓦斯監(jiān)測資料自動分析到工作面發(fā)生突出時,系統(tǒng)發(fā)出事故預(yù)警信號。并將自動判斷和報告發(fā)生突出的工作面編號,分析并報告瓦斯涌出情況預(yù)計、已經(jīng)波及的區(qū)域報告、可能引發(fā)的瓦斯爆炸等,提醒管理者采取應(yīng)急措施,阻止事故擴大化,減少事故損失。2.1.3安全查詢和輸出通過計算機網(wǎng)絡(luò)實現(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)情況等的查詢和輸出,實現(xiàn)安全信息的共享。2.1.4安全專業(yè)系統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)不僅具有安全信息查詢和事故預(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價等功能,提供災(zāi)后搶險救援措施。2.2煤礦安全監(jiān)控主機對數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計煤與瓦斯突出事故預(yù)警系統(tǒng)以安全信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ),以礦圖編輯系統(tǒng)、防突知識庫系統(tǒng)、圖形瀏覽器、事故監(jiān)控數(shù)據(jù)分析器和控制臺為主要構(gòu)成,以煤礦現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)開發(fā)平臺,形成基于計算機網(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礦圖編輯與維護模塊;③瓦斯賦存預(yù)測模塊;④突出危險性區(qū)域預(yù)測模塊;⑤安全信息實時監(jiān)控與預(yù)測模塊;⑥工作面危險性預(yù)警模塊;⑦通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性評價與動態(tài)風(fēng)網(wǎng)解算模塊。2.2.2高級預(yù)警處理用戶群本系統(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。客戶分級為:(1)數(shù)據(jù)維護客戶端為1~3個,其操作權(quán)限是維護更新數(shù)據(jù),一般設(shè)在地質(zhì)測量部門、通防科室、技術(shù)科室等。(2)高級預(yù)警處理用戶群一般設(shè)置3~10個,必要時可以增加,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、專業(yè)技術(shù)人員和總工程師辦公室。(3)本地高級查詢用戶群的主要操作權(quán)限室對預(yù)警結(jié)果、所有預(yù)警資源及數(shù)據(jù)、所有預(yù)警文件等進行全方位的查詢和輸出,主要設(shè)在技術(shù)負責(zé)部門和領(lǐng)導(dǎo)辦公室。(4)本地簡單查詢客戶群的操作權(quán)限是對部分預(yù)警結(jié)果、部分數(shù)據(jù)進行查詢和輸出。2.3數(shù)據(jù)庫的設(shè)計系統(tǒng)運行于Windows環(huán)境下,采用客戶/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,以方便采集相關(guān)安全監(jiān)測信息和生產(chǎn)設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù);采用了國際通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)終端與中心站之間的實時通信;使用VC建立了實時監(jiān)測安全信息數(shù)據(jù)平臺;各種數(shù)據(jù)庫采用MSSQLServer進行設(shè)計。本預(yù)警系統(tǒng)還需要輔助監(jiān)測、監(jiān)控設(shè)備、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)遠程通信系統(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)集團公司進行了應(yīng)用性試驗工作,效果良好。首先在對礦井煤層賦存、地質(zhì)構(gòu)造分布、礦井采掘巷道布置、通風(fēng)、監(jiān)測、設(shè)備等進行礦井數(shù)字化處理的基礎(chǔ)上,結(jié)合實測瓦斯參數(shù),對7#,8#煤層進行了瓦斯賦存預(yù)測和突出危險性區(qū)域預(yù)測,形成了礦井瓦斯地質(zhì)圖;結(jié)合礦井實際的煤與瓦斯突出規(guī)律,建立了突出預(yù)警指標體系和預(yù)警模型,根據(jù)空間類指標、日常預(yù)測類指標、實時監(jiān)測類指標,以及各指標的發(fā)展變化趨勢,對礦井煤與瓦斯突出事故進行趨勢預(yù)警和狀態(tài)預(yù)警,并在礦井局域網(wǎng)上對礦井各工作面突出危險性實時預(yù)警結(jié)果和預(yù)警依據(jù)進