煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)

1、煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)的建立與應(yīng)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(yáng)鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，河南 安陽(yáng) 455000；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 信息與控制工程學(xué)院 ，江蘇 徐州 221116；4.河南能源化工集團(tuán)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(shù)研究中心，河南 鄭州 450046；）摘要：安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)有限公司龍山煤礦具有高突出危險(xiǎn)性，為了滿足該礦高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的需要，龍山煤礦引進(jìn)了煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)從突出防治工作涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)入手，

2、充分融合了突出礦井防突技術(shù)體系及安全管理制度?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，預(yù)警系統(tǒng)使龍山煤礦對(duì)災(zāi)害的預(yù)防有了充足的時(shí)間，同時(shí)能更加有針對(duì)性的制定消突措施，實(shí)現(xiàn)了高效消突，安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出 綜合預(yù)警 瓦斯災(zāi)害 安全預(yù)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(guó)是煤與瓦斯突出事故最嚴(yán)重的國(guó)家之一，突出礦井多、分布廣、突出事故多，重特大突出事故時(shí)有發(fā)生。通過(guò)大量突出事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，防突措施落實(shí)不到位和防突管理不到位是突出事故的主要直接原因。實(shí)踐證明，通過(guò)多種途徑實(shí)現(xiàn)突出危險(xiǎn)性、隱患的超前預(yù)警和強(qiáng)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(guò)程中易發(fā)生的一種大型動(dòng)力災(zāi)害，其突出能量大，破壞能力強(qiáng)，易導(dǎo)致大規(guī)模的人員傷亡，嚴(yán)重影響著煤

8、礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。要對(duì)煤與瓦斯突出進(jìn)行有效的預(yù)防和治理，首先要進(jìn)行有效的預(yù)警6。目前突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的常用指標(biāo)主要包括區(qū)域預(yù)測(cè)指標(biāo)和工作面預(yù)測(cè)指標(biāo)，區(qū)域預(yù)測(cè)指標(biāo)分為單因素指標(biāo)法(瓦斯壓力或瓦斯含量)和綜合指標(biāo)D和K等，工作面預(yù)測(cè)指標(biāo)（鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)、鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑量指標(biāo)等）。常規(guī)的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)技術(shù)是抽檢式、不連續(xù)、局部的預(yù)測(cè)，具有相當(dāng)大的局限性7-8，這種傳統(tǒng)的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)技術(shù)是一種抽檢式的、不連續(xù)的、局部突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方法，某一預(yù)測(cè)指標(biāo)只能間接和部分的反映影響突出危險(xiǎn)某一因素，沒(méi)有從大的區(qū)域角度提前對(duì)瓦斯災(zāi)害及嚴(yán)重程度進(jìn)行提前預(yù)警，并建議礦井采取相應(yīng)的措施，具有相當(dāng)大

9、的局限性。煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)利用智能信息化裝備和技術(shù)，將災(zāi)害預(yù)警理論運(yùn)用于礦井瓦斯災(zāi)害防治領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了礦井瓦斯災(zāi)害的超前預(yù)警9 1煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)的建立1.1 預(yù)警系統(tǒng)的基本原理及流程煤與瓦斯突出綜合管理及預(yù)警平臺(tái)一方面要把采掘部署、瓦斯地質(zhì)分析、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、防突措施、效果檢驗(yàn)、安全防護(hù)措施等信息錄入到預(yù)警平臺(tái)的中央數(shù)據(jù)庫(kù)。在這些信息的收集、錄入的過(guò)程中把設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)督、反饋、措施調(diào)整、評(píng)價(jià)、確認(rèn)等各個(gè)環(huán)節(jié)融入到預(yù)警體系中，實(shí)現(xiàn)安全信息集中管理與共享，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了防突的精細(xì)化和規(guī)范化的管理，加強(qiáng)了對(duì)防突的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)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(yù)警平臺(tái)實(shí)時(shí)、連

10、續(xù)的采集安全監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及預(yù)警平臺(tái)各專業(yè)的軟件進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，依據(jù)礦井實(shí)際制定的預(yù)警規(guī)則庫(kù)，確定預(yù)警等級(jí)，最后通過(guò)局域網(wǎng)發(fā)布預(yù)警結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)突出危險(xiǎn)性、隱患的超前預(yù)警，實(shí)時(shí)預(yù)警，為礦井進(jìn)行瓦斯突出災(zāi)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(shè)計(jì)及作用根據(jù)該礦各職能部門的特點(diǎn)將系統(tǒng)劃分為6個(gè)子系統(tǒng)：地質(zhì)測(cè)量管理系統(tǒng)、瓦斯地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)、防突動(dòng)態(tài)管理及分析系統(tǒng)、采掘進(jìn)度管理系統(tǒng)、瓦斯涌出動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)、及突出預(yù)警信息管理平臺(tái)；地質(zhì)測(cè)量管理系統(tǒng)是進(jìn)行礦井基礎(chǔ)信息的數(shù)字化，為整個(gè)預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)字化平臺(tái)，為突

11、出預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)提供地質(zhì)構(gòu)造、工作面空間位置信息，同時(shí)為地測(cè)部門的日常管理工作提供先進(jìn)的工具；瓦斯地質(zhì)動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)是進(jìn)行礦井瓦斯地質(zhì)的分析與管理，為突出預(yù)警提供工作面的瓦斯地質(zhì)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(hù)、瓦斯賦存特征的智能預(yù)測(cè)、煤層瓦斯地質(zhì)圖的自動(dòng)生成與動(dòng)態(tài)更新，使得瓦斯地質(zhì)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(xué)分析，進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化；防突動(dòng)態(tài)管理及分析系統(tǒng)是進(jìn)行礦井日常防突工作的精細(xì)化管理，其核心功能是進(jìn)行井下日常預(yù)測(cè)指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、井下實(shí)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(shè)計(jì)等，為突出預(yù)警提供日常預(yù)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)以及防突措施存在的

12、缺陷信息；采掘進(jìn)度管理系統(tǒng)為預(yù)警工作面空間位置分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；瓦斯涌出動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)是對(duì)礦井監(jiān)控系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為突出預(yù)警提供瓦斯涌出動(dòng)態(tài)指標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)工作面突出危險(xiǎn)性的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)及智能預(yù)警；突出預(yù)警信息管理平臺(tái)根據(jù)研究建立的實(shí)施礦井煤與瓦斯突出預(yù)警指標(biāo)體系及預(yù)警模型方法，利用上述子系統(tǒng)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工作面突出危險(xiǎn)性的實(shí)時(shí)、智能及超前性的綜合預(yù)警，進(jìn)行預(yù)警信息的管理與發(fā)布。，各個(gè)子系統(tǒng)在向綜合預(yù)警平臺(tái)提供各個(gè)部門監(jiān)測(cè)的相關(guān)信息資料的同時(shí)，提供了專業(yè)的輔助分析、設(shè)計(jì)功能，如圖2所示。圖2 煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)配套軟件結(jié)構(gòu)及其功能2煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用2.1 龍

13、山煤礦概況安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)有限公司龍山煤礦為嚴(yán)重煤與瓦斯突出礦井，所開(kāi)采的二1煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，斷層褶曲發(fā)育，屬于緩傾斜突出厚煤層，實(shí)測(cè)瓦斯最大壓力為1.89 MPa，實(shí)測(cè)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(jìn)工作面，回采工作面未發(fā)生過(guò)動(dòng)力現(xiàn)象。2.2 系統(tǒng)應(yīng)用流程龍山煤礦煤與瓦斯突出綜合預(yù)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(yù)警系統(tǒng)終端分布安全生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是瓦斯突出災(zāi)害預(yù)警的基礎(chǔ)，而基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集與分析需要“一通三防”、地測(cè)、調(diào)度、監(jiān)測(cè)等多個(gè)部門協(xié)同作業(yè)，

14、因此必須要有嚴(yán)格的系統(tǒng)應(yīng)用流程。系統(tǒng)應(yīng)用流程： 生產(chǎn)技術(shù)部繪制采掘巷道圖并建立檔案通風(fēng)防突部根據(jù)本礦特點(diǎn)設(shè)置工作面預(yù)警指標(biāo)和臨界值通風(fēng)區(qū)隊(duì)將傳感器布置在指定位置并反饋給通風(fēng)防突部。 生產(chǎn)技術(shù)部錄入地質(zhì)構(gòu)造、巷道進(jìn)尺等信息，通風(fēng)防突部錄入校檢指標(biāo)、防突措施、煤層及瓦斯基本測(cè)定參數(shù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。 預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)或趨勢(shì)時(shí)及時(shí)預(yù)警，總工、安全礦長(zhǎng)、通風(fēng)副總等礦領(lǐng)導(dǎo)的設(shè)備終端會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)信息。 礦領(lǐng)導(dǎo)介入進(jìn)行指揮，并及時(shí)停止工作面施工，召開(kāi)緊急會(huì)議分析問(wèn)題，采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施。 警報(bào)解除后，繼續(xù)施工。 撤回傳感器，準(zhǔn)備下一個(gè)工作面的安裝使用工作。2.3 應(yīng)用結(jié)

15、果龍山煤礦煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)建成后，綜合預(yù)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(yù)警和趨勢(shì)預(yù)警各1575次，其中狀態(tài)預(yù)警正確1544次，趨勢(shì)預(yù)警正確1563次，平均準(zhǔn)確率達(dá)到97%，狀態(tài)預(yù)警出錯(cuò)率高于趨勢(shì)預(yù)警的出錯(cuò)率。其中11011上順槽反掘頭總預(yù)警次數(shù)92次，狀態(tài)預(yù)警次數(shù)正確88次，錯(cuò)誤3次，趨勢(shì)預(yù)警次數(shù)正確90次，錯(cuò)誤1次，可靠率96%；11071上順槽總預(yù)警次數(shù)566次，狀態(tài)預(yù)警次數(shù)正確554次，錯(cuò)誤12次，趨勢(shì)預(yù)警次數(shù)正確560次，錯(cuò)誤6次，可靠率97%；11101工作面總預(yù)警次數(shù)452次，狀態(tài)預(yù)警次數(shù)正確436次，錯(cuò)誤16

16、次，趨勢(shì)預(yù)警次數(shù)正確447次，錯(cuò)誤5次，可靠率95%；23043工作面總預(yù)警次數(shù)466次，狀態(tài)預(yù)警次數(shù)正確466次，錯(cuò)誤0次，趨勢(shì)預(yù)警次數(shù)正確446次，錯(cuò)誤0次，可靠率100%；預(yù)警結(jié)果準(zhǔn)確性統(tǒng)計(jì)主要就突出危險(xiǎn)性比較大的11071上順槽和11101工作面預(yù)警結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)警系統(tǒng)分析結(jié)果與實(shí)際工作面突出危險(xiǎn)情況基本一致，預(yù)警系統(tǒng)能準(zhǔn)確給出預(yù)警信息，部分錯(cuò)誤報(bào)警主要是由系統(tǒng)維護(hù)初期的數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤或瓦斯涌出數(shù)據(jù)受井下風(fēng)筒移動(dòng)、調(diào)校調(diào)校等干擾情況所致。綜合統(tǒng)計(jì)11071上順槽、11101工作面、11011上順槽反掘頭等作面的預(yù)警準(zhǔn)確率和區(qū)域效檢、瓦斯地質(zhì)等6個(gè)方面的專項(xiàng)預(yù)警準(zhǔn)率，可以看出，龍山煤

17、礦預(yù)警結(jié)果準(zhǔn)確率約在82.190.2%之間，平均83.9%；瓦斯涌出專項(xiàng)預(yù)警準(zhǔn)確率在74%以上，其他專項(xiàng)預(yù)警準(zhǔn)確率在88%，瓦斯涌出專項(xiàng)預(yù)警準(zhǔn)確率偏低，這與風(fēng)筒移動(dòng)、風(fēng)機(jī)調(diào)試、傳感器調(diào)校、井下采掘活動(dòng)影響等有很大關(guān)系。3結(jié)論龍山礦使用的煤與瓦斯突出綜合預(yù)警系統(tǒng)從突出防治工作涉及的生產(chǎn)、地測(cè)、防突、措施、施工、監(jiān)督、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，利用現(xiàn)代信息技術(shù)，充分融合突出礦井防突技術(shù)體系及安全管理制度，實(shí)現(xiàn)了安全信息的動(dòng)態(tài)共享。預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，能全面地對(duì)煤與瓦斯突出相關(guān)因素和突出征兆進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種異常情況并做出警示。實(shí)現(xiàn)了各部門之間相關(guān)信息的實(shí)時(shí)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(shí)施、驗(yàn)收人員掌握的資料更加全面，為科學(xué)地制定、嚴(yán)格地實(shí)施防突措施提供了保障。與此同時(shí)，與預(yù)警系統(tǒng)相配套的預(yù)警響應(yīng)管理體制能保證發(fā)現(xiàn)的突出隱患及時(shí)、徹底消除。從而實(shí)現(xiàn)了防突工作的全過(guò)程、全方位控制。發(fā)現(xiàn)異常情況能夠及時(shí)預(yù)警，有效避免了突出危險(xiǎn)事故的發(fā)生，同時(shí)提高了工作面的掘進(jìn)速度，達(dá)到了安全高效生產(chǎn)的目的。參考文獻(xiàn)1俞啟香.礦井瓦斯防治M徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，19922于不凡煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)M北京: 煤炭工業(yè)出版社，2005: 491 4973李學(xué)來(lái)，劉見(jiàn)中.瓦斯災(zāi)害防治新技術(shù)J.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2001,14（7）：101-1044胡千庭.預(yù)防煤礦瓦斯災(zāi)害新技術(shù)的研究J.礦業(yè)安全與環(huán)保，2006,33:1-75趙旭生.低指標(biāo)突出現(xiàn)象原因分析及防突對(duì)策J.煤礦安全，2007,39（5）：67-696 王恩元，李忠輝，何學(xué)秋等.煤與瓦斯突出電磁輻射預(yù)警技術(shù)與應(yīng)用J煤炭科學(xué)技術(shù)，2014,42（6）:537唐遠(yuǎn)