沙曲矿面域系统设计方案

1、华晋焦煤公司沙曲煤矿通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统技术方案新元信息与测控技术工程技术大学数字矿山测控研究院2011年3月目录111.111.21252.152.262.36373.173.283.393.493.593.693.794KJGIS N224.1224.2KJGIS NLonWorks234.3KJGISN335366376.1376.2377377.1377.2387.3387.4387.5398398.1398.2398.33994010401140华晋焦煤公司沙曲煤矿通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统技术方案1、项目目标1.1项目总

2、体目标采用先进的监测监控技术， 有效解决现阶段煤矿监测监控系统存在的关键技术问题。 为煤矿瓦斯防治“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”十六字工作体系提供技术支持。为煤矿安全生产综合自动化集成测控提供先进的系统平台，无缝集成通风安全、生产、供电、人员、提升、运输、视频等异构系统。采用综合自动化测控与信息化技术改造生产环节、实现生产过程自动化、设计数字化、采掘生产数据化、物流数字化、管理数字化。实现从局部应用到全面应用的跨越、 从独立应用到集成协同应用的跨越， 从单纯技术应用到管理应用的跨越。打造异构系统协同工作环境，全面提升企业核心竞争力。1.2 煤矿安全监测监控领域存在的重大技术问题近年

3、来，我国发生瓦斯事故的煤矿都装有监测监控系统， 为什么还一再发生瓦斯事故？除了管理上的原因外，主要原因是在安全监测监控领域仍然存在重大技术问题。众所周知，风、电、瓦斯是发生煤矿瓦斯事故三大要素， 现阶段的监测监控技术仅解决了瓦斯超限监测报警与部分断电功能，对三大要素的监测仍存在较大空区和不可靠性。（1） 缺少风量监测、风向监测与停风、微风、高可靠性断电状态监控功能煤矿瓦斯爆炸事故几乎都与停风或微风作业有关， AQ6201 标准中有微风报警断电的强制性要求。现有煤矿监测系统缺少风量监测功能， 所以就无法实现微风报警与断电。 缺少风流稳定性或风压监测与控制功能。 缺少停风状态的高可靠性监测功能，

4、现有技术条件下的风机开停传感器可靠性低， 易受外界干扰失效， 常用的主备对旋多风机配备多开停传感器情况下难以可靠判断停风状态。（2）缺少区域性断电与高可靠性断电状态监测功能煤矿瓦斯爆炸引爆源 80%以上是电气火花，所以超限后断电尤为重要。但目前大多数监测系统仍为按分站串行巡检方式， 即使是以太网 CAN总线的新系统仍是如此， 分站间的控制必须经过地面中转才能实现， 时间长可靠性低， 保证不了断电实时性与高可靠性。 随着集中化生产趋势的发展， 一个工作面往往需要多台分站联合工作， 分站间没有控制功能， 就相当于整个工作面安全没有控制功能， 安全状态难以保证。 此外常用的卡在电缆上的馈电传感器不能

5、检测铠装电缆，易于受平行布局的电力线干扰和变频设备干扰， 即使发出了断电指令是否断电难以可靠检测。可见落后的集散方式、 不可靠的馈电监测和目前单 CPU的分站监测技术， 是导致难以实现高可靠性区域断电监测的根本原因。（3）缺少抽采达标监测技术煤矿瓦斯抽放是减少瓦斯积聚的有效措施， 但现有煤矿瓦斯抽放监测仅是显示基本抽放参数，实际意义不大。缺少按面域监测汇总功能、缺少多点同步计量技术、缺少较高精度的井下抽放流量监测技术、 缺少与安全监测系统整合集成监测功能、 缺少抽采达标监测功能， 所以抽放效果难以动态评价。（4）现行监测监控技术标准是基于传感器测点的标准，而非面域化标准A、全面性不足缺少面域对

6、象所有安全因素的全方位监测功能，如缺少对采掘工作面风量、主扇风量、风向、工作面抽放量、工作面瓦斯涌出量、工作面生产强度、缺少采空区火灾的监测。B 、集成性不够缺少与火灾、抽放、供电、运输、生产、机电、人员等多种监测子系统的实时集成功能，监测数据不能共享互补， 隐患发生时难以作出科学判断。如采空区束管监测与安全监测系统中的火灾监测各自独立，难以进行实时分析决策。C、可靠性不高目前的监测技术对停微风状态、断电状态、 分站间实时断电监测不可靠；无法实现对传感器位置、监测数据误报与人为造假的有效监测。D、关联性不全基于传感器测点的标准没有考虑到监测参数间的相互关系。如没有瓦斯传感器位置之间的关系，造成

7、瓦斯传感器配置越多超限次数越多的怪现象；难以分析瓦斯传感器监测数据间的关系；缺少风量、生产强度、抽放与瓦斯涌出的关系；缺少沿瓦斯流动路线的区域断电监测与控制关系；缺少超限、断电、撤人的关系；缺少瓦斯与突出关系；缺少实时调度处理、监测系统的自诊断功能、作业地点灾害是否正在发生的监测能力。E、共享性不好目前基于传感器测点的标准给监测系统数据共享与应用带来较多问题。如按分站号和传感器号进行唯一标识， 不能按标准安装位置进行标识，一旦更换或调换了分站或传感器序号，无法找到原来的监测数据，所以有的煤矿当瓦斯超限后调换传感器安装端口以逃避检查。目前的模式是面向专职监测人员使用的， 而不是面向各级安全管理人

8、员使用的。 现有矿井规模较大，管理人员无法记得本矿所有的分站和传感器编号，他们关注的是某地点安全状态。再如传感器安装地点描述的随意化也给多级监测监管带来困难。（5）缺少安全状态实时预测预警与调度处理功能现行的监测体系中超限表明已经达到较高的危险程度， 按临界值报警或断电， 但这是不够的。还应该具有实时预测与预警功能， 以便提前采取措施。 如能根据预测结果动态调整生产强度，减低瓦斯涌出避免超限，如此即可保证安全又可提高生产效率。现用的煤矿监测监控系统， 虽然采集了大量的数据信息， 但利用率极低， 缺少利用监测数据源实现动态安全评价功能。 缺少安全隐患处理实时调度功能， 目前层层汇报处理模式往往贻

9、误时机，多起事故教训足以说明必须解决实时调度问题。综合上述，仅就瓦斯灾害三大要素的风、电、瓦斯监测监控而言，其中二大要素存在重大技术问题。现有监测系统功能单一与技术标准的相对落后， 难以满足煤矿全方位防治安全事故的要求。先进合理的模式应是煤矿监测系统采用多主并行网络化互联互控现场总线技术， 采用以工作面等面域作为监测对象的综合集成全方位测控技术， 实现对整个面域所有安全因素及影响关系的综合集成测控。 如此可大幅度提升煤矿安全监测监控能力， 有效避免或减少安全事故。为了实现上述目标，有效解决煤矿安全监测监控技术领域存在的重大技术问题， 焦煤集团、西山煤电集团与新元信息与测控技术合作， 研究开发出

10、煤矿安全生产面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统 ，该技术成果于 2010 年 11 月通过国家鉴定，鉴定认为研究成果达到国际领先水平， 是煤矿安全监测监控技术的重大跨越， 对于有效解决煤矿安全问题具有重大意义。该项技术成果能够从根本上改变我国煤矿安装了监测系统但仍然发生重大瓦斯事故的技术现状，为通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位提供全面自动化测控技术支持，显著促进企业与企业集团科技进步。2、系统总体架构2.1 建立煤矿通风可靠测控与生产状态监测系统鉴于煤矿已经安装了煤矿井下抽放系统，则实施本项目仅需增加通风可靠测控与生产状态监测子系统即可。 现有 KJ95N 监测系统不具备风量

11、、风向、风压监测类型及其量程，不具备建立风压间的链路关系，不具备安标关联关系， 所以需要在现有光纤环网基础上增加KJGIS N 通风可靠监测监控系统子集，包括地面监测主机、相应监测分站与传感器等测控单元。同时 KJGISN 工业以太网 LonWorks 网络化现场总线煤矿安全生产综合自动化监测监控又可弥补现有监测监控系统诸多不足， 并可作为多级语音广播报警系统与无线窄带手机通讯系统及井下无线物联网的基础网络平台，具有十分广泛的扩展应用空间。2.2 建立煤矿通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统数据中心集成煤矿现有监测监控系统、 新增加的通风可靠测控与生产状态监测系统、 煤矿瓦斯

12、抽放监测系统，建立通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统数据中心。还可根据需要集成煤矿人员监测系统、 煤矿供电监测系统、煤矿运输监测系统等各类异构系统，建立煤矿全面综合自动化测控管平台。 此外，按矿方要求配备无线宽带手机异地实时监测监控监管系统一套。为适应煤矿个性化应用与管理需要， 因为某些管理方面的信息资源无须上传到集团公司存储，所以煤矿需要建立具有特色的煤矿安全生产综合自动化集成调度指挥系统。 这有利于提升整个系统可靠性， 不受其它煤矿及网络影响， 网络化分布式存储与应用更高效可靠。 解决了全集团信息集中存储量过大的问题，特别是面域化海量实时数据存储与提取效率问题。2.3

13、网络与数据关系建立煤矿数据中心需要新增配置 2 台服务器与应用软件平台。 利用现有煤矿地面局域网与井下光纤环网。 煤矿现有监测监控系统数据除了向集团公司传输外， 同步向本系统数据中心传输。新增加的通风可靠监测监控子系统也要向集团公司和煤矿本系统数据中心传输。其关系参见图 2-1图 2-2 。图 2-1网络组成关系结构图图 2-2 矿与集团公司两级数据中心与软件平台关系图图 2-2 可见，煤矿各类型监测数据首先在本地数据中心存储除， 供矿级平台应用软件使用。重要的报警信息还实时向集团公司传输； 集团公司级平台应用软件除了提取应用集团公司数据资源外，还可访问煤矿数据中心数据； 煤矿安全生产监测监控

14、调度中心与部门级用户可访问本地数据中心，也可根据权限访问集团公司； 集团公司安全生产监测调度中心与部门级用户也可直接访问煤矿。3、矿级平台应用软件系统组成及功能3.1 总体架构在煤矿建立数字煤矿安全生产数据中心，建立数字煤矿安全生产综合集成自动化测控管系统平台，作为煤矿安全生产综合集成自动化监测、监控、监管、调度指挥、部门级业务办公等应用的信息化系统平台。本项目煤矿安全生产面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统作为其核心组成部分，此外可增加部门级专业化煤矿安全生产综合信息化系统部分，共同构成数字煤矿安全生产综合集成自动化测控管系统平台。系统总体架构分为三个层次， 分别为应用层、网络层与

15、煤矿安全生产异构系统实时监测监控系统层。（1）应用层以煤矿安全生产面域化集成实时监测监控、安全实时预测预警、 数字矿山地理信息、 数字矿山部门业务办公自动化为特点的应用软件系统平台。（2）网络层以先进的工业以太环网、LonWorks 网络化互联互控现场总线、集成数据、语音、视频、等各种媒体传输，集成地面与井下有线网与无线网，包括最具发展前途的井下WIFI（无线宽带物连网），实现煤矿各种异构系统的高速、高可靠、高效率传输通讯。（3）异构系统实时监测监控系统层包含煤矿安全生产实时监测监控系统、 煤矿通风监测系统、 煤矿瓦斯抽放监测系统、 煤矿火灾监测系统、 煤矿机电运输监测系统、 煤矿人员监测系统

16、等各种异构监测监控系统。 系统总体架构如图 3-1 所示。图 3-1 矿井综合自动化集成系统总体框架3.2 煤矿安全生产监测监控系统集成方案实现本项目需要在煤矿安全生产监测监控系统上增加风筒风量监测传感器、 巷道风量监测传感器、主扇风量监测传感器、 风向传感器、绝对风压传感器、 井上井下瓦斯抽放监测流量计、抽放管道瓦斯浓度传感器、抽放管道负压传感器、抽放管道温度传感器、采煤机电流传感器、运输机电流传感器、皮带电流传感器等硬件测控单元。煤矿现有监测监控系统所有软硬件系统不变，增加 KJGIS N 工业以太网 LON现场总线煤矿安全生产监测监控系统 作为现有监测监控系统的子集， 实现新增通风可靠监

17、测、 抽采达标监测等功能。 该方式与现有监测监控系统共享光纤环网、 共用井下主干网络交换机。 对于没有光纤环网的煤矿，可将井下光纤直接接入 KJGISN 网关即可。同时在地面新上一套监测监控中心站软件。3.3 煤矿异构监测监控系统集成方案可集成煤矿现有各种异构监测监控系统， 可包括六大系统及其它生产系统， 集成接口方式可由新元公司提供协议，相关厂家编写上传程序，或由新元公司直接读取数据库实现。可集成以下异构系统： 煤矿安全生产监测监控系统； 煤矿瓦斯抽放监测系统； 煤矿束管火灾监测系统；煤矿人员监测系统；煤矿产量监测系统；煤矿救生仓监测系统；煤矿压风监测系统；煤矿通讯监测系统；煤矿供水与排水监

18、测系统；煤矿运输监测系统；煤矿供电监测系统。3.4 煤矿综合集成自动化测控管数据中心网络系统新建或利用现有煤矿企业局域网， 包括利用现有网络布局、 网络交换机、 网络路由器等设备。建议连接服务器的交换机应具有千兆网口。3.5 煤矿综合集成自动化测控管数据中心硬件系统配置两台企业级服务器， 如 HP或 IBM；新配或利用现有的 UPS，应具有续航能力 2 小时以上；利用现有或新配网络防火墙； 利用现有调度显示与监测终端设备或新增加大屏幕显示系统。3.6 煤矿综合集成自动化测控管数据中心系统软件平台采用 Windows 2003 网络操作系统； SQL数据库管理系统；配置或利用现有的网络杀毒系统；

19、采用先进的 CWebGIS网络地理信息系统平台。3.7 煤矿综合集成自动化测控管数据中心应用软件平台采用 CWebGIS煤矿安全生产面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统应用软件系统平台。 如果需要部门级业务办公自动化部分， 如地质测量、生产管理、一通三防管理、机电管理、运输管理等部分，则需要增加 CWebGIS数字矿山综合信息化系统平台应用软件系统，两个平台可实现无缝集成应用。CWebGIS煤矿安全生产面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统 组成包括包括以下子系统：（ 1）异构监测监控系统综合集成接口（ 2）煤矿安全全方位综合集成实时报警监测（ 3）面域安全状态智能化全面分析

20、与全面监测（ 4）面域化安全状态集中实时列表监测（ 5）面域化分组关联区域断电实时监测（ 6）面域化数字矿图跟踪实时定位监测系统（ 7）面域安全数字矿图动画跟踪实时定位显示监测状态（ 8）面域化基于位置的测控单元关联监测与分析系统（ 9）面域化通风可靠实时监测系统（ 10）面域抽采达标态实时监测（ 11）面域火灾状态实时集成监测（ 12）面域生产状态与生产强度及断电状态检验实时监测系统（ 13）人员联网集成监测；（ 14）面域监测系统设置状态实时监测（ 15）面域监测系统故障实时监测(16 ）面域监测系统数据可靠性与误报警实时评价(17 ）面域风量、涌出量、抽放量关系对比实时监测(18 ）停风

21、微风瓦斯超限断电撤人一体化联动监测系统(19 ）基于监测数据源的面域安全状态实时评价(20 ）基于监测数据源的面域安全状态实时预测预警(21 ）详尽的面域对象安全监测报警信息综合查询(22 ）详尽的面域安全监测信息综合查询(23 ）基于面域对象的煤矿安全简报自动创建与自动查询显示系统(24 ）面域安全报警多级网络自动送达与双向语音调度系统(25 ）全面满足AQ6201标准的基于测点的综合实时监测(26 ）煤矿瓦斯抽放管网地理信息系统(27 ）煤矿瓦斯抽放辅助设计与优化设计数值模拟系统(28 ）煤层瓦斯区域性综合预测系统(29 ）隐患断电执行状态自学习监测与查询系统各子系统功能概要如下：（ 1）

22、异构监测监控系统综合集成接口由于历史与技术原因，一个煤矿往往装有不同类型的监测监控系统，但煤矿工作面等面域测控需要将所有这些测控系统集成，如多个厂家煤矿安全监测监控系统、抽放监测系统、火灾监测系统、人员监测系统等等，这是实现全方位实时测控的基础。为此研究开发出异构系统通用集成接口。本接口能够兼容煤矿各种类型的异构监测监控系统，就如同一个系统一样，为构建综合集成自动化全方位监测监控系统提供了必备基础。（ 2）煤矿安全全方位综合集成实时报警监测现有的煤矿安全监测监控系统包括集团公司联网监测系统，绝大部分仅仅解决了超限报警和分站局部断电问题，甚至局扇停风、主扇停风状态都难以判定。为了全面保障煤矿安全

23、，需要开发全方位集成报警监测技术。本项目研究解决了这一关键技术问题，研究成果在原有瓦斯超限报警监测系统基础上，增加了十九项报警监测类型。A、主扇停风状态高可靠性监测识别与报警断电，研究成果提供配套监测装置与专用软件系统，可有效解决主扇停风监测监管问题；B、局扇停风状态高可靠性监测识别与报警断电，研究成果提供配套监测装置与专用软件系统，可有效解决局扇停风监测监管问题；C、采掘工作面、采区、主扇等对象的风量实时监测与微风报警断电，研究成果提供配套监测装置与专用软件系统，可有效解决风量不足或微风停风监测监管问题；D、风向状态改变监测识别与报警断电，提供配套监测装置与专用软件系统，可有效解决风门短路、

24、角联巷道风向变化监测、工作面均压地区风向变化监测需求，提供通风系统可靠性监测技术手段；E、停风、微风、瓦斯超限等隐患发生时未断电状态实时监测。煤矿瓦斯事故绝大部分是未断电电器火花引发，所以隐患发生时的断电监测与断电控制最为重要，以往由于断电状态监测的复杂性。采用特殊技术手段有效解决了停风状态高可靠识别与高可靠断电监测与控制问题。除了能够有效判断本面域围是否断电外，能够判断关联下级区域断电状态，能够判断上级区域断电状态，从而全面解决了区域断电监测问题。有效解决了瓦斯超限、主扇停风、局扇停风、微风、风门短路、抽放异常等隐患发生时沿超限风流流经区域的全面断电网络化监测问题；F、抽放异常报警监测，煤矿

25、瓦斯抽放是解决瓦斯超限的重要手段，但抽放过程中管理不当也会产生新的隐患，如爆炸限浓度的干式泵抽放、爆炸限浓度的静电管路、抽放泵停水、抽放泵故障、排瓦斯口浓度超限等等，所以实现抽放异常报警监测有重要意义。本项目研究解决了这一技术需求；G、工作面火灾监测，工作面火灾来自皮带摩擦等外因火灾与自燃发火等因火灾，其危害性等同煤矿瓦斯爆炸，本项目解决了煤矿监测系统与束管监测系统联合同步按面域对象监测火灾等重大关键技术，可利用面域多因素有效可靠判断工作面火灾及发展趋势，为煤矿火灾监测与防治提供了新的技术手段；H、工作面人员状态监测，超限断电撤人是避免瓦斯事故损失的最重要措施，以往人员监测与安全监测分离，不能

26、实现超限撤人监测，本项目研究首次解决了瓦斯与人员监测联动关键技术，能够在应该撤人而未撤人时发出报警，同时对人员超时工作和进入异常区域给出报警；I 、传感器故障与通讯中断监测报警，煤矿工作面多传感器同时故障或多个传感器同时通讯中断往往预示发生了严重的问题，甚至可能发生了事故，所以监测系统故障监测十分重要，本项目解决了以工作面为面域对象的监测系统故障实时监测技术，可在系统运行异常时进行报警；J、监测联网通讯中断报警监测，监测联网已经是煤矿瓦斯防治管理的重要组成部分，所以监测通讯中断状态十分必要，本技术解决了网络中断与数据不传输的分类报警，对于有效管理具有重要意义；K、语音报警与报警历史显示，对上述

27、各种类型报警可实时监测，实时语音或声光报警、可同步显示报警历史信息、可同步查询报警状态、可同步查询显示曲线，可提供对报警信息的同步全面分析；L、隐患报警实时多级网络自动送达与双向语音实时调度，一旦出现异常报警，系统可自动将报警信息同步送达到下级管理部门或煤矿监测计算机屏幕上显示，进入调度处理对话状态，该新技术大大提高了对异常事件响应速度，有效解决了及时调度处理、监督值班、事后追查等技术问题；M、监测报警类型可以有多种设置，包括依据AQ1029 标准自动判别、煤矿自定义，甚至提供自定义设置预报警限值，系统自动按上述三种类型自动识别报警状态；N、具有瓦斯报警趋势同步分析显示功能，可在报警的同时显示

28、发展趋势状态；O、具有数字矿图报警位置同步定位显示功能，动画显示功能，按面域或传感器位置定位查询显示与实时图形化监测功能；P、提供综合实时曲线监测、历史曲线分析、数据查询、断电跟踪监测、实时处理调度等全面完善的监测、分析与处理手段；Q、具有对实时监测数据、报警状态的识别与响应技术，与煤矿监测系统报警几乎同步；R、具有对报警次数、持续时间、最大值、断电状态、断电持续时间的全面监测功能，并且能够与煤矿监测系统监测数据保持一致，从而便于分析和考核监管；S、具有对近期报警历史的集成查询显示功能，以防监管人员疏忽遗漏。（ 3）面域安全状态智能化全面分析与监测与传统的基于测点的监测方式不同，所提供的面域安

29、全状态智能化全面分析监测技术，以工作面等作业点为目标对象，提供对面域对象整体相关安全因素的智能化分析和相关因素关联分析，同时提供对所有测控单元的全面分析，如统计分析、趋势分析、预测分析；提供对面域对象的全面实时监测，如列表监测、图形化监测、动画监测、安全评价、预测预警等。该方式尤其适于对重点工作面进行全面分析与实时监测。（ 4）面域化安全状态集中实时列表监测传统的基于测点的监测难以判断整个工作面的安全状态，特别是集团公司或对煤矿情况不甚了解的用户，如集团公司监测人员从数千个传感器中监测判断出工作面整体安全状态几乎是不可能的。为此开发出按工作面对象进行实时监测模式，有效解决了对工作面整体安全状态

30、的监测需要，采用压缩与自动滚动显示方式，可对全局所有面域进行直观监测，不仅提高了监测能力，大大提高了监测效率。（ 5）面域化分组关联区域断电实时监测煤矿瓦斯爆炸事故 80%以上的引爆源是电器火花， 所以隐患发生时的断电控制是防止事故的最根本措施。 但遗憾的是许多因素造成不断电和不能进行实时监测监管。 如大部分矿井的风电闭锁不经过监测系统， 而是直接通过开关控制线连接。 如果通过风机开停传感器识别， 由于多路主备对旋风机， 对应多路开停， 如何识别停风难以判断， 加之永磁电机干扰和铠装电缆导致开停与馈电传感器失效。 断电应该是沿超限风流流经区域的区域断电， 但现有的绝大部分监测系统异地断电功能很

31、弱，延时时间很长，有的甚至长达几分钟，起不到区域断电的效果；此外随着生产强度提高和集中化生产的实施， 工作面供电断电关系日趋复杂， 如此诸多因素， 导致事实上难以保障隐患发生时的可靠断电。本技术可有效解决区域断电监测问题。除此之外，本技术还能够判断关连下级区域断电状态， 判断上级区域断电状态， 从而全面解决了区域断电监测问题。有效解决了瓦斯超限、主扇停风、局扇停风、微风、风门短路、抽放异常等隐患发生时沿超限风流流经区域的全面断电网络化监测问题。将基于测点的断电监测提升到停风或微风或超限瓦斯风流流经区域的区域断电监测， 提供数字图形化监测与撤人状态联动实时监测技术， 确保了断电可靠与及时撤人，

32、从而能够有效切断重大安全事故的源头，避免重大事故的发生。（ 6）面域化数字矿图跟踪实时定位监测系统基于数字矿图与传感器实际位置的图形化监测，具有直观，便于识别相互关系。能够与通风系统、抽采系统、采掘系统、供电系统、人员监测系统等有机集成，分析相互空间关系与影响、直观分析断电供电连接关系。本研究成果能够直观显示传感器位置和实时监测数据，能够在报警发生时自动定位，能够按工作面名称或按传感器位置灵活查询显示定位。（ 7）面域化数字矿图动画跟踪实时定位监测状态基于数字矿图上的动画显示，具有形象直观，便于识别工作状态与相互关系。（ 8）面域化基于位置的测控单元关联监测与分析系统受传统习惯的影响目前绝大多

33、数煤矿安全监测监控仍然是基于传感器编号的系统，如都是按某分站某传感器序号显示监测状态与进行查询分析，除非受过专业培训并对系统配置十分熟悉的人员，否则难以得到关注的信息。更为严重的是随着监测系统配置定义的变化按编号显示存储方式，往往造成数据丢失或重复。换言之目前的监测系统显示与查询方式仅适于有限的专业化的操作人员，不适于各级监测管理人员使用。显然这在信息高度共享的信息化时代已经落伍，人们更为关注的是某位置的监测状态，如回风出口、上隅角等等， AQ1029 标准也要求按位置布局传感器，所以基于地点位置显示监测状态与按地点位置进行查询是必须解决的技术。另一方面工作面诸多安全影响因素间存在密切的关联关

34、系，如通风与瓦斯涌出关系、抽放与瓦斯涌出关系、超限与断电关系、生产强度与瓦斯涌出关系等等，显然基于测点的监测难以表达这些复杂关系。本技术有效解决了上述关键问题。能够在同一坐标轴的数字矿图上，实时同时同步显示面域对象所有测控单元的监测状态，所有测控单元相互关系一目了然，如通风与瓦斯涌出关系、抽放与瓦斯涌出关系、超限与是否断电关系、工作面设备开停状态、工作面生产强度状态、瓦斯涌出关系等。如此彻底解决了停风状态有效判断问题，彻底解决了超限或停风或微风状态下是否断电问题，同时用于生产过程调度也十分直观。（ 9）面域化通风可靠实时监测系统本子系统组成可包括：A、主扇开停、主扇工况、矿井总回风量实时监测系

35、统B、风筒风量、微风、停风、断电实时监测系统C、采掘工作面风量实时监测系统D、角联巷道风速风向集成实时监测系统（选项）E、主扇、局扇、风门工作状态实时监测监管系统F、工作面风量、瓦斯涌出量、抽放量实时联动监测与统计分析系统G、通风可靠信息化综合调度地理信息系统平台（选项）H、煤矿通风网络实时监测与优化辅助设计支持系统（选项）I 、煤矿通风网络图自动生成系统（选项）J、煤矿通风系统流动动画与三维显示系统（选项）K、工作面采空区流场流态数字模拟系统（选项）工作面瓦斯积聚绝大部分是因为停风或微风作业，而以往监测技术没有采掘工作面通风风量监测功能，为此本项目创新开发了风机风筒风量监测装置，放置在风筒末

36、端，实时监测风筒风量值，首次解决了我国煤矿局扇风机风筒出口风量监测、微风报警、微风断电、停风报警、停风断电等重大安全技术问题， 填补了国空白。在回采工作面进回风安设风速传感器、通过断面、校验系数，实现了回采工作面实时风量监测。煤矿采掘工作面通风系统可以有多种布置方式，如一进一回、一进一回一尾、Y 型通风、H 型通风、 W型通风、二进一回、掘进工作面单巷掘进、双巷掘进等等，显然采用传统的基于测点的方式由于没有测点位置间关系，所以做不到按工作面进行通风监测，而本技术有效解决了按工作面进行通风监测问题。通风风量、瓦斯涌出量、抽放量同屏幕集成监测。（ 10）面域化抽采达标实时监测本子系统组成可包括：A

37、、地面瓦斯抽放管路抽放状态实时监测系统B、地面瓦斯抽放泵站工况实时监测系统C、井下采掘工作面瓦斯抽放状态实时监测系D、采掘工作面抽放效果动态分析与实时评价系统E、瓦斯抽放异常实时报警监测系统F、煤矿瓦斯抽放管网地理信息系统G、煤矿瓦斯抽放辅助设计与优化设计数值模拟系统本技术能够将煤矿安全监测监控系统与煤矿瓦斯抽放监测系统实现无缝集成，甚至可以分别是不同厂家的系统，实现了按工作面的面域化抽放监测。这里面域化包含两种类型，其一按抽放组或抽放地点进行监测，如工作面本层抽放、邻近层抽放、采空区抽放等等，解决了抽放参数间的相互关系监测和按地点进行监测计量问题，可直观得到各个地点的抽放状态，如本层抽放量和

38、浓度、采空区抽放量和浓度等等，便于对抽放效果进行监测监管；其二，系统能够按采掘工作面面域对象自动进行抽放量汇总统计，无论涉及到多少个抽放点，自动进行抽放效果评价，能够与工作面通风瓦斯排放量对比分析，及时发现抽采问题和自动进行面域瓦斯平衡计算，将抽放效果与工作面安全状态有机结合，实现了抽采达标的实时监测，真正发挥了抽放监测系统的作用。（ 11）面域火灾状态实时集成监测煤矿外因与因火灾是矿井的主要灾害，以往因火灾监测都是依靠束管等独立系统进行的，但束管系统实时性差，没有温度监测功能，理想模式是将煤矿安全监测监控系统对火灾的监测与束管系统进行无缝集成，如此可充分利用各自数据实现火灾的全面可靠监测。本

39、项目解决了这一关键技术，能够将原来的单传感器 CO或温度超限报警监测与束管监测数据全面无缝集成， 并且按测定地区为对象进行监测， 实现了对测定区域的全面监测和参数间相互关系监测， 大大提升了对火灾监测能力。 开发了自燃发火实时预测预警系统， 为火灾监测提供了新的最先进的技术手段。本项目还能够对面域对象外因火灾集成监测，如胶带运输机组面域对象、各种机电组等，面域化方式能够实现多监测对象的组合监测分析， 易于发现是否发生或将要发生火灾， 如环境温度、轴温、 CO 的联合监测，多参数联合监测出现异常可以肯定出现或即将出现事故，这一功能是传统的基于传感器测点方式无法实现的。（ 12）面域生产状态与生产

40、强度及断电状态检验实时监测系统工作面生产状态与生产强度的监测具有重要意义，可以及时解决生产中的问题，提高生产效率。对于安全而言生产强度与瓦斯涌出存在相关性，持续高强度生产将造成瓦斯涌出增加引起超限，这也是目前控制煤矿产量、以风定产的源头。为了解决工作面生产过程中的瓦斯超限问题， 本技术在工作面配置了监测生产强度的传感器， 实现了生产强度与瓦斯涌出的同步监测。 通过实时监测采煤机或运输机的工作状态， 实现生产强度的实时监测， 根据生产强度与瓦斯涌出当前状态关系，可及时调整生产强度从而减低瓦斯超限的机率。受多种因素的影响，在超限或停风等隐患发生时工作面作业区域应该断电而未断电的现象时有发生，近年来

41、发生的煤矿瓦斯事故都是未能断电所致。 所以工作面隐患发生时的断电监测是十分重要的。按现行 AQ6201标准要求，配置馈电传感器进行工作面断电状态的监测，但由于电磁干扰和铠装电缆等原因， 往往导致馈电传感器不能正常工作。 为了解决这一问题， 本技术采用的生产强度监测传感器，即使不生产，但带电，也会有信号输出，如此较好解决了隐患发生时是否在生产及工作面是否带电的监测问题。在工作面采区配电室安装电流传感器， 实时监测工作过程中电流的变化情况、 用于断电状态监测，生产过程中瓦斯变化趋势数据可显示在瓦斯报警监测界面， 完整反映监测设备的运行状态也可反映作业地点超负载能力下的瓦斯超限报警情况。开发出生产强

42、度与瓦斯涌出的同步实时监测技术， 能够在同一界面、 同一时间、同一坐标上显示生产强度与瓦斯涌出关系曲线。 从而能够实时在线调节生产强度， 避免瓦斯超限。 由于及时控制生产强度，避免超限停产，可大大减少超限停产等待时间，减少了停送电中间环节，有效提高生产效率，实现工作面高产高效平稳生产。面域化的集中监测方式， 同时解决了集中生产调度监测需求， 可在大屏幕上同步监测全局或全矿所有采掘工作面生产与安全状态，对于促进煤矿安全生产有重大意义。（ 13）面域人员位置及状态实时监测井下人员监测正日益得到重视， 其初衷是用于考勤和一旦出现问题可快速查询各个地点的人员，便于抢险救灾。 但在应用中最实际的需断电撤

43、人的监测， 而这一功能现有人员定位系统并不具备。为解决这一问题， 本项目开发了人员位置与状态监测系统， 除具有目前人员监测系统功能外，增加了与通风瓦斯监测集成，实现了超限、断电、撤人的联动监测，可自动提示报警未撤人状态； 实现了基于数字矿图的人员监测， 可直观得到人员的实际位置； 实现了井下人员的全局联网监测，大大扩展了系统应用功能。（ 14）面域监测系统设置状态实时监测监控有效是煤矿瓦斯防治十六字工作体系的组成部分之一， 足以表明其重要性。 煤矿安全监测监控十分必要， 但有的煤矿不按要求配置， 未能起到有效监控作用， 所以必须对监测系统设置状态进行监测。 本项目开发了专项软件系统， 能够自动

44、识别监测系统设置问题、 自动检查测点设置未定义或定义错误， 特别是报警与断电设置的错误。 可对工作面监测系统配置的整体状况进行综合评价，为监控有效提供了有效的技术手段。（ 15）面域监测系统故障实时监测监控系统故障往往遗漏重大安全隐患或预示已经发生了事故，所以监控系统故障监测是必须解决的关键技术，为此开发了传感器故障监测系统。能够实时显示传感器故障类型、地点、故障起始时间、持续时间。能够直观得到如采掘工作面某面域围的传感器故障状态，如两个以上传感器同时故障表明工作面可能发生了事故，如爆炸或火灾损坏传感器等等。（ 16）面域监测系统数据可靠性与误报警实时评价监测数据是否可靠是目前煤矿监控有效的最

45、大问题，一些是系统本身问题，如干扰数据；一些是人为造假，如封堵传感器、往传感器上浇水、移动传感器位置、用新风吹传感器等等；再有就是传感器校验的数据与报警数据混在一起难以识别。 为此，本项目开发了专项软件系统，开发出监测数据可靠性实时判别系统、 误报警自动识别系统、 数据通讯中断自动监测系统。 为监控有效提供了又一技术手段。 所开发的面域化监测模式， 能够判断监测数据可靠性， 而基于测点的方式几乎不能实现。（ 17）面域风量、涌出量、抽放量关系对比实时监测工作面风量、瓦斯涌出量、抽放量是评价工作面安全状态的主要指标，以往基于测点的监测，仅仅能够监测风速或瓦斯浓度，不能监测其风量与涌出量，因而工作

46、面瓦斯分析都是依靠手工进行的，不仅耗费大量的资源、效率低，而且缺少实时性指导。面域化测控技术有效解决了工作面整体安全状态的实时监测、动态分析、安全评价。能够监测工作面风量变化、监测并计算工作面瓦斯涌出量变化、监测并汇总统计工作面抽放量的变化，提供多参数分析曲线对比，自动创建安全简报。（ 18）面域停风微风超限断电撤人一体化联动实时监测煤矿安全规程要求瓦斯超限到一定程度必须停风撤人，但隐患发生时是否撤人以往没有自动监测手段。本技术能够集成安全监测监控与人员监测系统，通过面域化监测方式，实时监测是否达到断电限值及撤人限值，同步监测面域对象人员位置与数量，实时跟踪撤人状态，当未撤人现象发生时进入报警

47、状态，报告人员位置与数量并提供人员相关信息。有效解决了超限、断电、撤人实时监测与报警监测问题，为安全管理提供了十分重要的技术手段。（ 19）基于监测数据源的面域安全状态实时评价工作面等面域对象的安全状态评价是治理安全隐患的基础前提，以往都是由行业专家依据经验和参考相关标准定期进行，并且仅能够提出宏观上存在的问题，随着煤矿综合自动化测控技术的广泛使用，监测系统获得大量数据资源，这些数据资源是进行安全状态评价十分重要的依据，这些数据可量化，可实时分析、聚类分析、趋势分析、关联分析。为此开发出基于监测系统海量实时数据源的工作面的安全状态实时评价新技术。能够对工作面面域的通风状态、瓦斯超限状态、断电状

48、态、监测系统配置、设备运行、生产效率、生产强度、监测系统数据可靠性、误报警、火灾发展趋势、瓦斯涌出发展趋势进行全面实时评价，为煤矿安全评价提供了新的方式方法。（ 20）基于监测数据源的面域安全状态实时预测预警随着煤矿对瓦斯防治管理的加强， 瓦斯超限日益受到重视， 超限就是事故已经是许多煤炭企业日常考核目标。 瓦斯超限表明安全状况已经处于接近危险的境地， 所以防治瓦斯于超限之前是煤矿本质安全的重要措施。煤矿安全状态的实时预测预警是解决本质安全管理的前提。煤矿瓦斯涌出的影响因素是十分复杂，受煤层赋存、瓦斯赋存、开采条件、开采方式、地质条件、抽放效果、通风状况、生产强度等多种因素影响， 准确预测瓦斯

49、涌出量是十分困难的。虽然如此，并不意味着问题不能解决，在一定条件下，如在一个小时间片和局部空间区域，瓦斯涌出可能仅仅与某一个因素或有限个因素有关， 而有限个因素影响往往是叠加关系， 而不是相互影响。如回采工作面不割煤时， 瓦斯涌出主要是煤壁与采空区瓦斯涌出， 落煤时增加了落煤瓦斯涌出，极限情况下可能是抽放效果不佳、局部高瓦斯富积、通风风量不足、工作面超强度生产、采空区老顶垮落等。加之煤层瓦斯赋存属于沉积变化，一般不是突变。所以在一定区域的一定时间片基于区间值进行实时预测和动态预测是可行和有效的。 基于此本项目开发了专用预测数学模型，开发出实时预测预警应用软件系统， 经过实际检验得到较为理想的应

50、用效果，能够对历史数据进行统计、分析、评估，将当前现状与历史数据进行自动对比，以曲线图形和数据图表等形式展现，对于瓦斯涌出较大、变化异常、增量较大的地点给出提示报警报告，根据实时数据变化关系给出预测值和动态预测曲线。开发出工作面瓦斯与一氧化碳涌出连续实时预测预警新技术， 能够随着监测系统数据秒级更新，动态更新预测结果。 实际预测值与实际测量值具有相当好的一致性， 可以满足应用要求。（ 21）详尽的面域对象安全监测报警信息综合查询无论是煤矿监测监控系统还是集团公司的监测监管系统，对报警、停风、未断电、通讯中断等各种类型异常状况的历史查询、分析、报表都是日常监管最常应用的。但所有的查询、分析报表都

51、是基于传感器测点的，不是面向工作面的，由此带来许多问题。如工作面瓦斯超限问题，当工作面配置较多传感器时，一次超限、工作面报警、机尾报警、回风中部报警、回风出口报警，则会出现多次报警记录，本来一次瓦斯超限则查询报警次数却与传感器数目相关，用于矿井安全考核显然是极不合理的。此外基于分站与传感器序号的记录方式，没有表达传感器安装位置，难以实现按位置查询与分析，也未能表达传感器安装位置监测数据间的相互关系，如风量、瓦斯、断电状态关系，工作面进风瓦斯、工作面瓦斯、工作面回风瓦斯、工作面出口瓦斯间的关系，难以分析其瓦斯来源。所以除了应具有基于测点的监测信息综合查询分析外，还应具有按工作面等面域的报警历史信

52、息综合查询、分析、合报表功能。为此本技术开发出基于面域的报警信息综合查询系统，能够按矿井、按采面组、掘面组、抽放组、火灾监测组、机电组等各种面域类型，按瓦斯超限、主扇停风、局扇停风、未断电、通讯中断、传感器故障等报警类型，进行基于面域的综合报警信息查询、分析与报表，解决了不能按安工作面与按地点进行监管得问题，大大提高了监测监管的科学性。（ 22）详尽的面域安全监测信息综合查询现有的监测监管系统不能表达传感器安装位置的历史状态，无法实现按位置查询与分析，难以表达传感器安装位置监测数据的相互关系，如设备开停、生产效率、断电传感器状态、风量、瓦斯、断电状态关系，工作面进风瓦斯、工作面瓦斯、工作面回风

53、瓦斯、工作面出口瓦斯间的关系，难以分析其瓦斯来源。所以除了应具有基于测点的信息综合查询分析外，还应具有按工作面等面域的历史信息综合查询、分析、报表功能。为此专门开发了基于面域的综合查询系统，能够按矿井、按采面组、掘面组、抽放组、火灾监测组、机电组等各种面域类型，按传感器安装位置等实现面域信息的综合查询、分析与报表，解决了不能按安工作面与按地点进行监管得问题，大大提高了监测监管的科学性。（ 23）面域安全监测综合简报本项目开发出监测联网海量实时数据存储与快速提取技术； 海量数据后台自动挖掘定时处理技术；按通风、瓦斯、抽放等多种分类的一定时间段的安全简报自动创建与查询技术；工作面瓦斯涌出量统计计算与历史报告自动生成技术。这些新技术大大提高了监测监管效率。（