煤矿重大灾害辩识和控制信息系统

1、 煤矿重大灾害辩识和控制信息系统 1 开发背景 1.1   国内外相关技术与产品现状及问题 通过近十几年的建设，我国煤矿生产成果斐然，原国有煤矿采掘机械化程度达到70以上，其中综合机械化程度达到50以上。全国年生产力量1000 万t以上的煤炭企业20余处，形成了一大批高产高效矿井。 但是，由于煤矿井下作业处于地表深处，地质条件简单，环境恶劣，瓦斯、粉尘、水灾、火灾隐患难以探测和辨识，大型事故时有发生，给我国煤矿生产造成了重大损失，也危及了煤矿工人的人身平安。尤其是“一通三防”、“防治水”是关系到矿井平安生产的两个重要方面，是困扰煤炭行业多年来的难题。多年来，我国煤炭行业和各

2、煤炭企业分别做了大量行之有效的工作，不但规定高瓦斯矿井必需装备监测监控系统，而且要严格执行“先抽后采、监测监控、以风定产”的原则，制定了新的比较完善的煤矿平安规程，在肯定程度上保障了平安生产。但是，从应用等方面目前普遍存在以下问题。 1.1.1   矿井一通三防管理 我国煤炭企业的监测监控系统应用起步较晚，80年月初才开头从国外引进了监测监控系统，如DAN6400 、MINOS和Senturion-200等，装备了部分煤矿;在消化汲取的同时，先后有很多厂家结合我国详细状况进行了国产化，并研发了一些新的监测系统，如KJ90、KJ10、KJ95、KJ4、KJ66、KJ2000、

3、A8000、KJ76等。但是一般监测监控系统数据传输和发布功能较差，不支持按真实比例的矢量图形显示模式和WEB发布功能。而且不具备包括通风、瓦斯、防尘、防灭火等方面的专业分析功能、专业故障诊断和隐患辨识功能、更不具备决策支持功能。全部采集到的数据，基本上是由专业人员分析后才能用于实际决策，快速反应力量较差。而且各专业系统数据共享存在通信协议等问题，联动力量差，而且仅靠监测系统，而没有考虑地质构造造成的瓦斯聚集很难进行超前猜测预报。 总之，“一通三防”工作中瓦斯、粉尘、水灾、火灾的隐患辨识、预警力量和反应速度不仅取决于监测监控系统硬件设备处理力量和数据传输力量，而且软件系统的处理力量、专业分析力

4、量和决策支持力量起着特别重要的作用。 1.1.2   矿井防治水管理 在我国，除大气降水、地表水以及相关的潜水含水层外，煤矿老窑采空区、陷落柱的发育程度及断层的富水性，也直接威逼煤矿的平安生产，老窑采空区、溶岩陷落柱、导水断层造成淹井事故屡见不鲜。究其缘由，正象贾福海院士所说：“我国矿山水害严峻，淹井事故之多，水量之大，可谓世界之最。究其缘由，多因水文地质条件简单，相当一部分矿山，水文地质条件未查明或涌水量猜测不精确而造成。”。 也就是说，在矿井“防治水”方面，虽然有很多勘察方法，如电法、磁法、重力法以及三维地震等，在涌水量猜测方面也有像解析法、数值法和电网络模拟法等一些比

5、较有效的手段，煤矿平安规程也对地面“防治水”和井下“防治水”作了具体规定。但很多矿山前期投入不足，设置的观测井、观测孔和观测点较少，而且这些观测信息一般没有用计算机进行处理，猜测预报力量差，对地表水、地下水的赋存状态和流淌规律把握不够，对出水点及出水量，以及积水范围和积水量没有正确的估量，一味只注意封堵和排放，造成了严峻的被动局面，使有些水害事故成了不必要的必定，也就是说重治不重防。 虽然，有些学者也对基于GIS的地质灾难和水资源管理进行了讨论，但在推断含水层、圈定富区、识别导水通道、估量持水量和计算涌水速度等方面缺乏系统的理论支持，三维可视化力量差，决策性和直观性不强也给开采设计、巷道布置、

6、工作面布置以及掘进回采等工作带来了困难和盲目性。 1.1.3   矿压管理与掌握 目前，我国采掘业中的冒顶、鼓底、冲击地压和矿震也是威逼矿工生命的主要灾难之一，虽然经过了几代学者的不懈努力，提出了多种矿业理论，但最具代表性的是“砌体梁理论”和“传递岩梁理论”，这两种理论相互补充，在实际生产中发挥了巨大的作用。但由于地质构造的简单性和生产工艺的多样性，现场的工程技术人员很难清晰地解释矿压现象、识别矿压事故，难以做到来压超前预报、选择合理的巷道位置、确定合理的工作面尺寸、选择合理的支护方式和支护设备、掌握工作面推动速度、避开矿压事故发生。 1.2   进展趋

7、势 平安信息保障系统的进展趋势是在三维地质模型的基础上，完善各种传感器和监测系统的基础上，探讨对水灾、火灾、瓦斯、粉尘、矿压等各种灾难的隐患探测、故障诊断和灾难治理新方法，开发胜利基于信息技术和网络环境的，利用能够处理和管理全部地面对象和地下对象的三维地下工程CAD/GIS平台。其中地面对象包括山体、水体、建筑、道路、桥梁和设备等，地下对象包括巷道、硐室、煤岩层、矿体、断层、陷落柱、各种含水层和富水区域、瓦斯赋存体和采、掘、机、运、通、供电、排水专业系统等。该平台不仅能够对采、掘、机、运、通、供电、排水、矿压各专业系统根据煤矿平安规程的规定进行深化的平安隐患分析和事故排查，而且具有完善的三维可

8、视化功能以提高设计和管理人员决策的牢靠度，同时能够调用和处理全部平安监测监控系统（含束管监测、工业检测系统的平安探头数据、应力应变和矿压力动态仪）的实时数据进行各种灾难和事故的综合辨识和决策支持，并支持C/S结构和B/S结构的发布、查询和自动预报警，消退信息孤岛，实现信息共享，提高平安监控系统的牢靠性和快速反应力量，最终形成一个完整的矿山生产平安保障体系和灾变快速反应系统。 1.3   本项目的意义 本项目的意义在于： 1.3.1   通过本项目的研发和实施可以建立一套完整的矿山平安评价与平安管理的三维地质和地下工程模型，增加可视化管理。 1.3.2&#

9、160;  可以建立一套完善牢靠的平安信息监测系统和矿井平安监测传感器系统。平安信息监测系统涉及的信息包括瓦斯、粉尘、地表水、地下水、火灾、电气、运输等方面，传感器系统涉及的信息包括矿井的瓦斯、一氧化碳、粉尘、烟雾、温度、风速、压力、氧气、水位、流量、煤位、位移、应力、电流、电压、功率、短路电流、接地电流、电容电流等方面。 1.3.3   依据各专业特点，建立一套合理的数据处理、专业分析和决策支持数学模型。充分利用三维地理信息系统中的空间地质模型、地下工程模型和通风网络、防尘管路、供电网络、排水管路、运输线路、瓦斯抽放管路、注浆管路、注氮管路、避灾路线、通讯网络、

10、监测系统等各专业网络布局模型，融合常规生产平安信息和监测监控系统供应的实时数据进行各种隐患辨识、故障诊断、事故预警和救灾指挥，形成抗灾救灾的快速反应系统。 总之，该项目的开发胜利对我国的矿山平安生产、削减人员伤亡、提高生产效率具有重大的社会效益和经济效益，并对采矿业的科技进步具有划时代的意义。 2   实施方案 2.1   详细内容 2.1.1   建立完整的、合理的、科学的和规范的危急源信息和隐患辨识数据库，包含勘察信息、特征数据、动态监测和观测等方面的数据。其中勘察信息包括各种钻探、物探、化探、电法、磁法、重力、二维地震成果、三维地震成果和各种测井曲线等。特征数据包括各岩层的岩性、硬度、碎涨系数、孔隙度、渗透系数、持水度、容水度、给水度、释水系数、集中系数、视电阻率、自然咖玛、咖玛咖玛、瓦斯赋存状态、瓦斯压力、煤层性质等。动态监测和观测数据包括降雨量观测数据、涌水量观测数据、各地质区域的和开采区域的潜水补给量和瓦斯补给量、温度、湿度、压力、风速、瓦斯浓度、粉尘浓度、一氧化碳、氧气、烟雾、水位、排水量、瓦斯抽放量、位移、采出量、电流、电压、漏电、短路电流、接地电流和各种开关量，以及动态化验结果等。 2.1.2   完善GIS平台的三维