煤与瓦斯突出事故预警系统的设计与实现

煤与瓦斯突出事故预警系统的设计与实现

0煤与瓦斯突出事故预警系统煤炭和砖瓦的突出是矿工生产的主要灾害之一。这是指煤炭和砖瓦在短时间内从道路和工作面上大量出现的过程。突出的煤体能够对人身和设备造成伤害和损坏,发生突出后释放大量的瓦斯不仅能够造成井下工人的窒息,甚至会酿成瓦斯、煤尘爆炸事故。煤与瓦斯突出事故危害十分巨大,并且时有发生。因此,有必要加强对煤与瓦斯突出事故进行科学的预测和预防,有必要研究并开发出适合各煤矿企业的煤与瓦斯突出事故的预警系统。随着计算机软硬件技术的迅速发展,计算机在各行各业中都得到了广泛的应用。目前,一些基于计算机技术的事故预警软件已投入实际应用。但由于煤与瓦斯突出事故具有一定的随机性和不确定性,影响因素众多复杂,现有的一些预警系统,无论在功能上还是在可操作性等方面都无法满足煤矿突出事故预警的需求。根据煤矿的实际情况,研究开发了一套较为实用的煤与瓦斯突出事故预警系统,对减少矿井的煤与瓦斯突出事故具有巨大的现实意义。1信息数据库的建立及信息研判所谓煤与瓦斯突出事故预警,就是指在事故理论、预警理论、煤与瓦斯突出防治理论(特别是突出发生规律和突出预测理论)的指导下,充分利用和发挥煤矿安全监控系统、计算机网络技术、信息技术和现有防突技术的优势,实时、动态地收集尽可能多的煤矿安全信息,并经过综合分析后,从系统的观点出发,在时间维和空间维的连续性上,对各工作面的突出危险状态和发展趋势进行超前和动态的预测、评价和警示,以便提醒管理者提前采取防突措施、加强防突管理、消除突出隐患。在现有的煤矿安全监控系统的基础上进行2次开发,首先建立煤矿动态安全信息数据库,其内容包括:煤层赋存信息、地质构造信息、瓦斯赋存信息、地应力分布信息、突出危险性区域预测信息、矿井开拓开采信息、通风系统信息、安全监测信息、突出预兆信息、突出日常预测信息、瓦斯抽放信息、防突措施信息以及日常安全检查信息等。然后,根据矿井的实际情况,建立煤与瓦斯突出的预警指标体系和预测模型。最后,随着采掘空间的拓展,根据各种动态信息的综合分析结果,对工作面前方存在的突出危险及其发展趋势给出警示信息,即随时提供各工作面煤与瓦斯突出危险性的状态预警和趋势预警信息。预警的基本思路如图1所示。2系统介绍2.1主要功能基于以上思想,研究开发了煤与瓦斯突出事故预警系统,该系统的主要功能模块如图2所示。2.1.1安全信息系统的功能(1)安全监控数据分析对矿井安全监控系统的历史和实时监控数据进行整理、存储和高级分析,形成需要的动态预警指标。(2)瓦斯地质图件评价瓦斯赋存规律智能分析(瓦斯含量、瓦斯压力等值线绘制等)、突出危险性智能划区域预测、地质构造及其影响范围分析、突出点分布统计、煤层赋存参数变化情况动态分析(如埋深、厚度、倾角、走向、软分层厚度的变化)等,形成瓦斯地质图件。(3)工作面地质情况分析随着采掘巷道的延伸,动态分析各工作面所处位置的三维空间参数,动态分析工作面距突出危险区的距离、石门工作面距煤层的距离、工作面距地质构造的距离、工作面周围巷道分布及盈利几种情况动态分析等。(4)矿图编辑系统矿图传统服务中心对煤层、地质构造和井下所有巷道等进行三维数字化处理,形成满足事故预警要求的矿图编辑系统。同时可利用GIS的强大空间处理能力,进行开拓开采的辅助设计(可代替CAD软件进行矿图设计、填图、打印等)。(5)强调预测数据的统计和分析根据实测数据,可以进行突出预测资料沿空间和时间的分布规律统计与分析,为确定突出分布规律、划分突出危险区和预警提供信息基础。(6)通风系统的稳定评估和动态网络解算对矿井通风系统的稳定性和可靠性进行评价,同时可动态地对通风网络进行解算。(7)巷道基础信息查询可对矿井防突体系的所有安全信息进行查询。如对工作面煤层情况、地质情况、瓦斯赋存情况、巷道布置情况、工作面周围环境情况、瓦斯涌出情况等基础信息进行查询;对各工作面突出预测结果和原因、对突出预测结果和防突措施执行情况、对矿井防突管理制度、防突审批程序和人员责任制、对安全检查结果、安全隐患整改情况、防突奖惩情况、突出事故情况等进行网上查询。2.1.2强调风险动态评估的功能(1)突出危险性的空间趋势预警机制根据各工作面在时空方面的安全信息综合分析,进行突出危险性的发展趋势预警。自动分析采掘巷道所处的空间位置及延伸方向,结合煤层信息、构造信息、采掘关系信息、突出危险性区域预测结果信息,根据突出规律,进行突出危险性的空间趋势预警。根据安全信息历史数据和实时数据的分析,建立安全信息与时间的关系模型,预测未来一段时间内安全信息的发展趋势,从而根据这种趋势进行突出危险性的趋势预警。(2)工作面出现突出异常时,预警信号应自动识别①危险状态预警。当工作面预测指标超标或工作面处于突出危险区域地质构造区、或处于石门揭煤过程中、或处于瓦斯涌出异常区、应力集中地带、工作面安全防护措施不完善时,系统自动发出突出危险状态预警信号,提醒管理者高度重视工作面的防突工作,采取相应的防突措施,消除突出危险。②危机状态预警。当监控系统连续监测到预测指标严重超过预定临界值、瓦斯涌出极度异常且呈现急剧恶化发展时、工作面出现严重突出预兆时等,预示着工作面即将发生煤与瓦斯突出。此时系统将发出危机状态预警信号,提醒工作面尽快撤人。③事故状态预警。当系统从瓦斯监测资料自动分析到工作面发生突出时,系统发出事故预警信号。并将自动判断和报告发生突出的工作面编号,分析并报告瓦斯涌出情况预计、已经波及的区域报告、可能引发的瓦斯爆炸等,提醒管理者采取应急措施,阻止事故扩大化,减少事故损失。2.1.3安全查询和输出通过计算机网络实现矿井工程图、瓦斯地质图、设备布置图、通风系统图、防突措施图、监测数据记录图、突出预警结果以及安全管理的相关情况等的查询和输出,实现安全信息的共享。2.1.4安全专业系统预警系统不仅具有安全信息查询和事故预警功能,还具有事故的预防方案和防治措施的制定、事故防治措施效果评价等功能,提供灾后抢险救援措施。2.2煤矿安全监控主机对数据系统的设计煤与瓦斯突出事故预警系统以安全信息数据库为基础,以矿图编辑系统、防突知识库系统、图形浏览器、事故监控数据分析器和控制台为主要构成,以煤矿现有的安全监控系统为基础开发平台,形成基于计算机网络的突出事故预警系统。2.2.1投资管理模块本系统包括以下核心模块:①系统管理模块与输入输出模块;②矿图编辑与维护模块;③瓦斯赋存预测模块;④突出危险性区域预测模块;⑤安全信息实时监控与预测模块;⑥工作面危险性预警模块;⑦通风系统稳定性评价与动态风网解算模块。2.2.2高级预警处理用户群本系统的总体结构如图4所示,在网络上以C/S为主,所有数据由预警系统服务器集中处理和存储。客户分级为:(1)数据维护客户端为1~3个,其操作权限是维护更新数据,一般设在地质测量部门、通防科室、技术科室等。(2)高级预警处理用户群一般设置3~10个,必要时可以增加,其操作权限是根据系统现有数据进行预警操作,并向网络发布预警结果,可以设在技术科室、专业技术人员和总工程师办公室。(3)本地高级查询用户群的主要操作权限室对预警结果、所有预警资源及数据、所有预警文件等进行全方位的查询和输出,主要设在技术负责部门和领导办公室。(4)本地简单查询客户群的操作权限是对部分预警结果、部分数据进行查询和输出。2.3数据库的设计系统运行于Windows环境下,采用客户/服务器(Client/Server)方式,IE6.0以上浏览器。系统采用了与现有监测监控系统相匹配的变量参数、IP地址设置等;采用了通用的接口程序设计,以方便采集相关安全监测信息和生产设备运行状态参数;采用了国际通用的TCP/IP网络协议实现局域网络终端与中心站之间的实时通信;使用VC建立了实时监测安全信息数据平台;各种数据库采用MSSQLServer进行设计。本预警系统还需要辅助监测、监控设备、工业电视监视系统、实时数据远程通信系统等配合系统的应用。3矿井瓦斯地质图的建立和应用本系统已经在重庆煤业集团公司进行了应用性试验工作,效果良好。首先在对矿井煤层赋存、地质构造分布、矿井采掘巷道布置、通风、监测、设备等进行矿井数字化处理的基础上,结合实测瓦斯参数,对7#,8#煤层进行了瓦斯赋存预测和突出危险性区域预测,形成了矿井瓦斯地质图;结合矿井实际的煤与瓦斯突出规律,建立了突出预警指标体系和预警模型,根据空间类指标、日常预测类指标、实时监测类指标,以及各指标的发展变化趋势,对矿井煤与瓦斯突出事故进行趋势预警和状态预警,并在矿井局域网上对矿井各工作面突出危险性实时预警结果和预警依据进