煤礦重大災(zāi)害辯識(shí)和控制信息系統(tǒng)

1、 煤礦重大災(zāi)害辯識(shí)和控制信息系統(tǒng) 1 開(kāi)發(fā)背景 1.1   國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品現(xiàn)狀及問(wèn)題 通過(guò)近十幾年的建設(shè)，我國(guó)煤礦生產(chǎn)成果斐然，原國(guó)有煤礦采掘機(jī)械化程度達(dá)到70以上，其中綜合機(jī)械化程度達(dá)到50以上。全國(guó)年生產(chǎn)力量1000 萬(wàn)t以上的煤炭企業(yè)20余處，形成了一大批高產(chǎn)高效礦井。 但是，由于煤礦井下作業(yè)處于地表深處，地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，環(huán)境惡劣，瓦斯、粉塵、水災(zāi)、火災(zāi)隱患難以探測(cè)和辨識(shí)，大型事故時(shí)有發(fā)生，給我國(guó)煤礦生產(chǎn)造成了重大損失，也危及了煤礦工人的人身平安。尤其是“一通三防”、“防治水”是關(guān)系到礦井平安生產(chǎn)的兩個(gè)重要方面，是困擾煤炭行業(yè)多年來(lái)的難題。多年來(lái)，我國(guó)煤炭行業(yè)和各

2、煤炭企業(yè)分別做了大量行之有效的工作，不但規(guī)定高瓦斯礦井必需裝備監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，而且要嚴(yán)格執(zhí)行“先抽后采、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、以風(fēng)定產(chǎn)”的原則，制定了新的比較完善的煤礦平安規(guī)程，在肯定程度上保障了平安生產(chǎn)。但是，從應(yīng)用等方面目前普遍存在以下問(wèn)題。 1.1.1   礦井一通三防管理 我國(guó)煤炭企業(yè)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用起步較晚，80年月初才開(kāi)頭從國(guó)外引進(jìn)了監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，如DAN6400 、MINOS和Senturion-200等，裝備了部分煤礦;在消化汲取的同時(shí)，先后有很多廠(chǎng)家結(jié)合我國(guó)詳細(xì)狀況進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化，并研發(fā)了一些新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如KJ90、KJ10、KJ95、KJ4、KJ66、KJ2000、

3、A8000、KJ76等。但是一般監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)布功能較差，不支持按真實(shí)比例的矢量圖形顯示模式和WEB發(fā)布功能。而且不具備包括通風(fēng)、瓦斯、防塵、防滅火等方面的專(zhuān)業(yè)分析功能、專(zhuān)業(yè)故障診斷和隱患辨識(shí)功能、更不具備決策支持功能。全部采集到的數(shù)據(jù)，基本上是由專(zhuān)業(yè)人員分析后才能用于實(shí)際決策，快速反應(yīng)力量較差。而且各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享存在通信協(xié)議等問(wèn)題，聯(lián)動(dòng)力量差，而且僅靠監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而沒(méi)有考慮地質(zhì)構(gòu)造造成的瓦斯聚集很難進(jìn)行超前猜測(cè)預(yù)報(bào)。 總之，“一通三防”工作中瓦斯、粉塵、水災(zāi)、火災(zāi)的隱患辨識(shí)、預(yù)警力量和反應(yīng)速度不僅取決于監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備處理力量和數(shù)據(jù)傳輸力量，而且軟件系統(tǒng)的處理力量、專(zhuān)業(yè)分析力

4、量和決策支持力量起著特別重要的作用。 1.1.2   礦井防治水管理 在我國(guó)，除大氣降水、地表水以及相關(guān)的潛水含水層外，煤礦老窯采空區(qū)、陷落柱的發(fā)育程度及斷層的富水性，也直接威逼煤礦的平安生產(chǎn)，老窯采空區(qū)、溶巖陷落柱、導(dǎo)水?dāng)鄬釉斐裳途鹿蕦乙?jiàn)不鮮。究其緣由，正象賈福海院士所說(shuō)：“我國(guó)礦山水害嚴(yán)峻，淹井事故之多，水量之大，可謂世界之最。究其緣由，多因水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，相當(dāng)一部分礦山，水文地質(zhì)條件未查明或涌水量猜測(cè)不精確而造成?！?。 也就是說(shuō)，在礦井“防治水”方面，雖然有很多勘察方法，如電法、磁法、重力法以及三維地震等，在涌水量猜測(cè)方面也有像解析法、數(shù)值法和電網(wǎng)絡(luò)模擬法等一些比

5、較有效的手段，煤礦平安規(guī)程也對(duì)地面“防治水”和井下“防治水”作了具體規(guī)定。但很多礦山前期投入不足，設(shè)置的觀(guān)測(cè)井、觀(guān)測(cè)孔和觀(guān)測(cè)點(diǎn)較少，而且這些觀(guān)測(cè)信息一般沒(méi)有用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，猜測(cè)預(yù)報(bào)力量差，對(duì)地表水、地下水的賦存狀態(tài)和流淌規(guī)律把握不夠，對(duì)出水點(diǎn)及出水量，以及積水范圍和積水量沒(méi)有正確的估量，一味只注意封堵和排放，造成了嚴(yán)峻的被動(dòng)局面，使有些水害事故成了不必要的必定，也就是說(shuō)重治不重防。 雖然，有些學(xué)者也對(duì)基于GIS的地質(zhì)災(zāi)難和水資源管理進(jìn)行了討論，但在推斷含水層、圈定富區(qū)、識(shí)別導(dǎo)水通道、估量持水量和計(jì)算涌水速度等方面缺乏系統(tǒng)的理論支持，三維可視化力量差，決策性和直觀(guān)性不強(qiáng)也給開(kāi)采設(shè)計(jì)、巷道布置、

6、工作面布置以及掘進(jìn)回采等工作帶來(lái)了困難和盲目性。 1.1.3   礦壓管理與掌握 目前，我國(guó)采掘業(yè)中的冒頂、鼓底、沖擊地壓和礦震也是威逼礦工生命的主要災(zāi)難之一，雖然經(jīng)過(guò)了幾代學(xué)者的不懈努力，提出了多種礦業(yè)理論，但最具代表性的是“砌體梁理論”和“傳遞巖梁理論”，這兩種理論相互補(bǔ)充，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。但由于地質(zhì)構(gòu)造的簡(jiǎn)單性和生產(chǎn)工藝的多樣性，現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員很難清晰地解釋礦壓現(xiàn)象、識(shí)別礦壓事故，難以做到來(lái)壓超前預(yù)報(bào)、選擇合理的巷道位置、確定合理的工作面尺寸、選擇合理的支護(hù)方式和支護(hù)設(shè)備、掌握工作面推動(dòng)速度、避開(kāi)礦壓事故發(fā)生。 1.2   進(jìn)展趨

7、勢(shì) 平安信息保障系統(tǒng)的進(jìn)展趨勢(shì)是在三維地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，完善各種傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，探討對(duì)水災(zāi)、火災(zāi)、瓦斯、粉塵、礦壓等各種災(zāi)難的隱患探測(cè)、故障診斷和災(zāi)難治理新方法，開(kāi)發(fā)勝利基于信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的，利用能夠處理和管理全部地面對(duì)象和地下對(duì)象的三維地下工程CAD/GIS平臺(tái)。其中地面對(duì)象包括山體、水體、建筑、道路、橋梁和設(shè)備等，地下對(duì)象包括巷道、硐室、煤巖層、礦體、斷層、陷落柱、各種含水層和富水區(qū)域、瓦斯賦存體和采、掘、機(jī)、運(yùn)、通、供電、排水專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)等。該平臺(tái)不僅能夠?qū)Σ?、掘、機(jī)、運(yùn)、通、供電、排水、礦壓各專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)根據(jù)煤礦平安規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行深化的平安隱患分析和事故排查，而且具有完善的三維可

8、視化功能以提高設(shè)計(jì)和管理人員決策的牢靠度，同時(shí)能夠調(diào)用和處理全部平安監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)（含束管監(jiān)測(cè)、工業(yè)檢測(cè)系統(tǒng)的平安探頭數(shù)據(jù)、應(yīng)力應(yīng)變和礦壓力動(dòng)態(tài)儀）的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種災(zāi)難和事故的綜合辨識(shí)和決策支持，并支持C/S結(jié)構(gòu)和B/S結(jié)構(gòu)的發(fā)布、查詢(xún)和自動(dòng)預(yù)報(bào)警，消退信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息共享，提高平安監(jiān)控系統(tǒng)的牢靠性和快速反應(yīng)力量，最終形成一個(gè)完整的礦山生產(chǎn)平安保障體系和災(zāi)變快速反應(yīng)系統(tǒng)。 1.3   本項(xiàng)目的意義 本項(xiàng)目的意義在于： 1.3.1   通過(guò)本項(xiàng)目的研發(fā)和實(shí)施可以建立一套完整的礦山平安評(píng)價(jià)與平安管理的三維地質(zhì)和地下工程模型，增加可視化管理。 1.3.2&#

9、160;  可以建立一套完善牢靠的平安信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和礦井平安監(jiān)測(cè)傳感器系統(tǒng)。平安信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及的信息包括瓦斯、粉塵、地表水、地下水、火災(zāi)、電氣、運(yùn)輸?shù)确矫妫瑐鞲衅飨到y(tǒng)涉及的信息包括礦井的瓦斯、一氧化碳、粉塵、煙霧、溫度、風(fēng)速、壓力、氧氣、水位、流量、煤位、位移、應(yīng)力、電流、電壓、功率、短路電流、接地電流、電容電流等方面。 1.3.3   依據(jù)各專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，建立一套合理的數(shù)據(jù)處理、專(zhuān)業(yè)分析和決策支持?jǐn)?shù)學(xué)模型。充分利用三維地理信息系統(tǒng)中的空間地質(zhì)模型、地下工程模型和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、防塵管路、供電網(wǎng)絡(luò)、排水管路、運(yùn)輸線(xiàn)路、瓦斯抽放管路、注漿管路、注氮管路、避災(zāi)路線(xiàn)、通訊網(wǎng)絡(luò)、

10、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等各專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò)布局模型，融合常規(guī)生產(chǎn)平安信息和監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)供應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種隱患辨識(shí)、故障診斷、事故預(yù)警和救災(zāi)指揮，形成抗災(zāi)救災(zāi)的快速反應(yīng)系統(tǒng)。 總之，該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)勝利對(duì)我國(guó)的礦山平安生產(chǎn)、削減人員傷亡、提高生產(chǎn)效率具有重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)采礦業(yè)的科技進(jìn)步具有劃時(shí)代的意義。 2   實(shí)施方案 2.1   詳細(xì)內(nèi)容 2.1.1   建立完整的、合理的、科學(xué)的和規(guī)范的危急源信息和隱患辨識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含勘察信息、特征數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和觀(guān)測(cè)等方面的數(shù)據(jù)。其中勘察信息包括各種鉆探、物探、化探、電法、磁法、重力、二維地震成果、三維地震成果和各種測(cè)井曲線(xiàn)等。特征數(shù)據(jù)包括各巖層的巖性、硬度、碎漲系數(shù)、孔隙度、滲透系數(shù)、持水度、容水度、給水度、釋水系數(shù)、集中系數(shù)、視電阻率、自然咖瑪、咖瑪咖瑪、瓦斯賦存狀態(tài)、瓦斯壓力、煤層性質(zhì)等。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)包括降雨量觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)、涌水量觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)、各地質(zhì)區(qū)域的和開(kāi)采區(qū)域的潛水補(bǔ)給量和瓦斯補(bǔ)給量、溫度、濕度、壓力、風(fēng)速、瓦斯?jié)舛?、粉塵濃度、一氧化碳、氧氣、煙霧、水位、排水量、瓦斯抽放量、位移、采出量、電流、電壓、漏電、短路電流、接地電流和各種開(kāi)關(guān)量，以及動(dòng)態(tài)化驗(yàn)結(jié)果等。 2.1.2   完善GIS平臺(tái)的三維