王立廷，白小宗

(山西焦煤西山煤電集團公司總調度室，山西 太原 030053)

我國煤礦開采條件復雜，自然災害嚴重，煤炭企業(yè)生產力水平整體偏低，為保障煤礦的安全生產，我國煤礦均已裝備了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，極大地改善了煤礦安全生產狀況。西山煤電集團于2003年建立了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，2009年進行了全面的升級改造。是礦—集團—山西焦煤—省局四級全方位對煤礦井下作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的全面動態(tài)實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。它是利用網絡信息技術在煤礦安全生產中筑起一道重要防線，也是領導現(xiàn)場管理決策、指導安全生產的重要依據。同時為井下瓦斯、CO、局扇、主扇情況進行分析，為預防瓦斯事故并及時、超前、正確地決策提供了第一手詳實、準確的技術數(shù)據信息。通過系統(tǒng)可實時監(jiān)控各礦井各工作點瓦斯動態(tài)變化及井下各設備的運行情況，并能及時將瓦斯超限信息通過手機短信自動通知相關領導，極大地增強了各級管理人員對井下瓦斯情況掌握的及時性和透明度，真正做到了“超前預防，安全生產”的重要作用。

1 監(jiān)測監(jiān)控硬件及網絡配置

1．1 硬件配置

西山煤電集團公司瓦斯監(jiān)測中心使用4臺服務器運行瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，1臺為Web服務器，各級管理人員可以在不同的地點對Web服務器進行訪問，實時監(jiān)測各生產礦井監(jiān)控數(shù)據;1臺為Ftp服務器，各生產礦井通過Ftp將礦井實時監(jiān)測數(shù)據上傳到集團中心;2臺數(shù)據庫服務器，采用雙機容錯系統(tǒng)構成服務器集群，由2臺獨立的主機和共享磁盤陣列柜的方式，提供不間斷的服務給前端的使用者，容錯軟件通過2條以上的容錯偵測信號線定期自動偵測，當任一主機有故障發(fā)生時，容錯軟件會迅速加以判斷和分析，確認該主機的錯誤狀況，一旦主機出現(xiàn)停機、網絡接口異常、數(shù)據存儲介質異常、系統(tǒng)程序異常等情況，容錯軟件會自動結束異常主機的工作，由另一臺主機按設定的程序來接管異常主機的所有任務，從而極大地提高服務系統(tǒng)的可用性。所有單位采集到的數(shù)據都集中在集團數(shù)據庫服務器中，數(shù)據的集中存儲保護和完善的備份措施可以把因人為的誤操作、物理損壞、自然災害所引起的數(shù)據丟失的危害性降到最低程度。此模式最大化地實現(xiàn)了監(jiān)控數(shù)據的不丟失，故障歸“零”的技術創(chuàng)新。

1．2 網絡配置

礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)網絡的結構，分為不同的安全域，各個安全域的級別不同，具有的權限也不相同，通過防火墻來隔離各個安全域，通過嚴密包過濾和訪問控制技術來保護各個安全域，使用VPN和加密的用戶認證技術來保證遠程用戶信息聯(lián)動，集團公司與各礦井建立了雙通道聯(lián)網，避免了人為破壞及自然災害導致光纜中斷監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸中斷。網絡拓撲圖見圖1。

圖1 西山煤電瓦斯監(jiān)測監(jiān)控網絡拓撲圖

2 系統(tǒng)功能

西山煤電瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)全部采用B/S的網絡結構，只需在服務器端安裝一套軟件，無需在各工作站安裝。系統(tǒng)在功能需求和系統(tǒng)分析的基礎上分為：數(shù)據采集、顯示;數(shù)據分析、監(jiān)管模塊;瓦斯報警信息發(fā)布;綜采開機率;管理信息查詢模塊等。

2．1 監(jiān)控數(shù)據收集、顯示、查詢模塊

數(shù)據收集、顯示、查詢模塊是基于《AQ6201－2006》、《AQ1029 －2007》標準的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網，數(shù)據采集通信系統(tǒng)在原有數(shù)據采集通信協(xié)議基礎上，新增各種操作記錄上傳、安全措施上傳、采掘工程圖與通風系統(tǒng)圖、監(jiān)測隱患處理、避災路線圖等相關功能，進一步優(yōu)化了數(shù)據通信傳輸方法、數(shù)據格式和數(shù)據庫存儲結構。安全監(jiān)控系統(tǒng)誤報警技術，可剔除不可靠和誤報警數(shù)據，如傳感器的校驗、超限斷電試驗、變頻設備干擾數(shù)據以及人為因素等，保證了監(jiān)控數(shù)據的可靠性與效能發(fā)揮。主要特點如下：

1)所有操作都采用普通瀏覽器窗口操作，包括復雜的數(shù)字礦圖編輯更新，系統(tǒng)操作簡便，避免了以往同類系統(tǒng)復雜的軟件管理，大大減少了系統(tǒng)維護工作量。

2)數(shù)字礦圖創(chuàng)建與動態(tài)編輯、圖形轉換接口、圖層管理、圖層查詢顯示、放大、縮小、移動、信息圖形可視化查詢顯示、信息查詢、匯總、統(tǒng)計分析、專題圖制作，圖形打印輸出等，可直接利用CAD格式數(shù)字礦圖。

3)區(qū)域斷電網絡實時監(jiān)測、監(jiān)控、監(jiān)管系統(tǒng)。針對不同的隱患類型實現(xiàn)區(qū)域斷電實時自動跟蹤定位監(jiān)測監(jiān)管是系統(tǒng)的核心技術。基于煤礦測控單元網絡化互聯(lián)互控關聯(lián)設置，實現(xiàn)的核心技術是實時海量監(jiān)測數(shù)據與網絡環(huán)境下的搜索算法。相關系統(tǒng)包括通風系統(tǒng)、測控單元布局、測控單元互聯(lián)互控區(qū)域斷電設置和區(qū)域斷電自動跟蹤監(jiān)測監(jiān)管。主要功能包括：a)利用遠程聯(lián)網監(jiān)測網絡，能夠自動跟蹤并實時圖形定位全面監(jiān)測區(qū)域斷電狀態(tài)，所有未斷電狀態(tài)用圖形直觀展示，為解決各種超限而不斷電的重大安全隱患實時監(jiān)測監(jiān)管提供了先進有效的技術手段。系統(tǒng)能夠根據瓦斯超限、停風、煤與瓦斯突出、風流反向、風流逆轉、災變影響區(qū)域等各種隱患設置預案，自動跟蹤監(jiān)測目標區(qū)域超限與斷電狀態(tài)，能夠自動跟蹤及實時圖形定位并報警顯示。b)系統(tǒng)與煤礦地面遠程手動斷電配合使用，可彌補現(xiàn)有煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)測控單元難以實現(xiàn)互聯(lián)互控的缺陷。c)可直觀顯示區(qū)域斷電測控單元短缺問題、檢測出不間斷電控制裝置的違章問題、檢測出煤礦監(jiān)測人員關于斷電相關設置方面的錯誤。在目前技術水平下實現(xiàn)整個區(qū)域安全，特別是涉及異地斷電情況下，需要增加監(jiān)測監(jiān)控分站和測控傳感器，本系統(tǒng)區(qū)域斷電自動跟蹤定位技術，可發(fā)現(xiàn)目標區(qū)域的設備布局;有的單位為了逃避超限斷電影響生產，故意不接斷電裝置，使得超限斷電形同虛設。系統(tǒng)能夠檢測出是否安裝了饋電裝置，如果瓦斯超限而饋電裝置顯示有電或饋電裝置根本不存在，則顯示報警。d)直觀可視化功能有全面的分類報警、分級報警、歷史報警、圖形定位、曲線跟蹤、查詢顯示、分類匯總、趨勢分析、報表等功能。e)完善的數(shù)據安全與權限管理功能，每個煤礦、每個用戶甚至每個功能都有獨立操作權限控制，從而保證了數(shù)據安全與共享的合理應用。

4)網絡可視化通風瓦斯信息管理系統(tǒng)。煤礦通風系統(tǒng)圖動態(tài)編輯與通風系統(tǒng)屬性數(shù)據錄入、編輯、查詢、匯總、統(tǒng)計分析等。通風系統(tǒng)圖是區(qū)域斷電設置與跟蹤監(jiān)測的基礎，通過通風系統(tǒng)圖可得到超限瓦斯流經的區(qū)域，從而劃定隱患區(qū)域。

5)超限、斷電、撤人一體化監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)。在區(qū)域斷電超限、斷電跟蹤基礎上增加人員網絡監(jiān)測，從而實現(xiàn)超限、斷電、撤人聯(lián)動監(jiān)測監(jiān)管。

6)煤礦通風瓦斯流動數(shù)值模擬與綜合預測系統(tǒng)(含通風網絡解算模擬、采場流態(tài)模擬、瓦斯綜合預測、可燃性氣體爆炸危險性判定等子系統(tǒng))。該系統(tǒng)首次將采空區(qū)漏風滲流場流態(tài)模擬這些十分復雜的解算問題，變成用戶通過在流覽器上輸入漏風數(shù)據即可實現(xiàn)，為解決尾巷通風、頂板巷道抽放、工作面通風方式模擬、防止上隅角瓦斯超限和防治采空區(qū)自然發(fā)火等提供了數(shù)字模擬工具。采用先進的數(shù)學地質優(yōu)化趨勢面方法、距離密次反比法、分源預測法等先進的預測方法，提供了瓦斯區(qū)域預測技術?？砂ㄍ咚购俊⒊榉帕?、涌出量和突出預測參數(shù)等各種涉及區(qū)域分布的預測參數(shù)，通過給定有限個基礎參數(shù)，系統(tǒng)自動給出分布等值線圖和區(qū)域分布專題圖。

7)數(shù)字礦圖格式轉換接口。目前支持CAD格式和Map Info格式圖的自動轉入。

8)基于系統(tǒng)的信息化系統(tǒng)建設自動生成系統(tǒng)。信息化系統(tǒng)建設應用往往隨時間和需求變化而不斷變化，本系統(tǒng)提供了自動化實現(xiàn)功能，一些專業(yè)應用，譬如采掘生產管理、通風管理、機電設備管理等各種應用子系統(tǒng)，僅僅需要用戶建立基礎數(shù)據庫結構，其它應用功能系統(tǒng)能夠自動完成，如錄入編輯界面、查詢、匯總、統(tǒng)計分析、曲線分析、專題圖分析、報表等應用都能夠自動實現(xiàn)。用戶可以創(chuàng)建自己的應用系統(tǒng)，如果應用發(fā)生變化用戶通過更改基礎數(shù)據庫結構即可實現(xiàn)。

9)一通三防知識庫網絡在線查詢支持系統(tǒng)。提供煤礦一通三防技術的網絡在線查詢，可在隱患發(fā)生時查詢對策和在日常查詢有關技術，方便應用并可實現(xiàn)網絡培訓，能顯著提高煤礦人員的技術水平。

10)網絡可視化地質測量信息管理系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)地質測量圖形與屬性信息的管理，創(chuàng)建圖層、編輯、查詢顯示、分析、匯總打印輸出等。

11)網絡可視化機電設備管理信息系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)機電設備在采掘圖上的布局分布功能，設備管理、租賃管理、設備查詢、匯總統(tǒng)計分析等等。

12)網絡可視化供電管理信息系統(tǒng)?；跀?shù)字礦圖的供電系統(tǒng)圖創(chuàng)建與動態(tài)編輯、各種供電設備的分布查詢、顯示、匯總統(tǒng)計、供電線路跟蹤、故障跟蹤分析、斷電控制范圍查詢等。

13)網絡可視化采掘管理信息系統(tǒng)?？蓪崿F(xiàn)采掘位置與采掘相關設備、計劃、進度、產量等圖形化查詢管理等。

2．2 數(shù)據分析瓦斯監(jiān)測模塊

數(shù)據分析模塊是通過網絡自動化手段實現(xiàn)通風系統(tǒng)可靠與穩(wěn)定的監(jiān)測。對井下總回風、采區(qū)回風、主要供風巷道進行瓦斯監(jiān)測。對各地點的核定風量供應不足、風流路線不穩(wěn)定、無計劃停風或微風作業(yè)、風流短路的地點、線路、區(qū)域預警斷電。配合短信報警系統(tǒng)，技術人員可在第一時間根據預警信息迅速作出判斷，節(jié)省時間，盡早發(fā)現(xiàn)問題，保證通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。

利用監(jiān)控系統(tǒng)實時、連續(xù)、不間斷地采集環(huán)境參數(shù)、對瓦斯是否異常進行分析判斷。在日常生產過程中，采掘工作面等各測點的瓦斯?jié)舛仍?～1的范圍內小幅波動。每當發(fā)生瓦斯超限或異常涌出后，各測點的瓦斯值在特定的時間范圍內瞬時成倍升高，隨即執(zhí)行瓦斯電閉鎖，由此根據系統(tǒng)數(shù)據和曲線的異常變化可判定作業(yè)地點瓦斯異常情況。

利用監(jiān)測系統(tǒng)可以實時的監(jiān)測各礦主扇、局扇運行情況。由于故障及人為破壞、突然停電，引起主扇停風，與主扇相通的各工作面局扇隨即停風。這時，監(jiān)測可以直接地反映出各個停風點瓦斯情況，為及時排除故障提供了重要的依據。

2．3 瓦斯報警短信信息發(fā)布模塊

瓦斯報警短信信息發(fā)布模塊包括短信管理和無線交互控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)除了提供微機瀏覽器操作外，也能夠提供基于手機或掌上電腦的實時移動監(jiān)測監(jiān)管，而且無需在用戶設備上安裝任何應用軟件，全部采用瀏覽器操作，也支持數(shù)字礦圖功能。同時支持上Internet網絡，可實現(xiàn)移動監(jiān)測監(jiān)管與移動辦公。集團領導可以隨時隨地利用手機終端動態(tài)地監(jiān)測當前各礦的瓦斯?jié)舛?，曲線變化情況及歷史數(shù)據。自動接收監(jiān)控中心發(fā)現(xiàn)的各種報警信息，全面實現(xiàn)了“時刻報警、時刻分析、時刻決策”的管理目標。

2．4 管理信息查詢模塊

管理信息查詢模塊收集了有關煤炭方面的法律法規(guī)及AQ標準，以及各礦井瓦斯治理和安全生產的規(guī)章制度，規(guī)程措施全部規(guī)范化、制度化，做到有章可循，并根據井下條件的變化和隨時出現(xiàn)的新情況、新問題，不斷修改，充實和完善規(guī)章制度。確保國家安全生產法律法規(guī)及上級指示指令貫徹落實。

3 綜采開機率實時在線監(jiān)測與統(tǒng)計分析

綜采開機率可實現(xiàn)綜放工作面的生產過程自動化，以減輕勞動強度、提高生產效率。利用現(xiàn)有監(jiān)測聯(lián)網系統(tǒng)實現(xiàn)煤礦工作面綜采開機率實時監(jiān)測與統(tǒng)計分析，為生產管理提供先進的技術手段。實現(xiàn)對主要生產設備工況的實時在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患、及時采取措施避免設備損壞，提高設備正常率和開機率。將工作面的相關信息及時傳輸?shù)降孛?，并通過計算機網絡實現(xiàn)共享，達到生產管理的信息化。

4 典型事例

1)根據安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)提供的環(huán)境安全參數(shù)分析確定瓦斯探頭故障或超限報警。2010年8月27日19∶07分，西銘礦胡沙帽發(fā)生一起落雷引起的停電停風事故。胡沙帽1#、2#主扇全部停止運轉，集團調度指揮中心安全監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示：胡沙帽1#、2#主扇停風、49208副巷瓦斯超限報警，最高濃度1．35%;48204綜采面瓦斯超限報警，最高濃度2．75%，見圖 2。

圖2 西銘礦48204工作面瓦斯超限濃度示意圖

發(fā)生超限報警后安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)自動切斷工作面全部非本質安全型電器設備。調度管理人員根據井下瓦斯檢查員匯報，隨即下達對該綜采面斷電、撤人、停產的命令，啟動了《西銘礦事故應急救援預案》，并派技術人員到現(xiàn)場查看、搶修。經與井下核實，瓦斯?jié)舛扰c系統(tǒng)采集相吻合，為預防發(fā)生進一步的重大隱患事故提供了寶貴時間和準確可靠信息。

2)依據CO傳感器采集的數(shù)據判別易自燃煤層發(fā)火情況。2010年8月9日馬蘭礦井下綜三10503工作面發(fā)生瓦斯燃燒事故，綜三10503工作面T0最高濃度2．09%，見圖3。T1瓦斯?jié)舛雀哌_4%，持續(xù)時間長，見圖4。

圖3 馬蘭礦綜三18503工作面T0瓦斯超限濃度示意圖

瓦斯電閉鎖全部斷電并切斷工作面全部非本質安全型電器設備電源。CO濃度持續(xù)升高。自動短信報警裝置即時把有關信息數(shù)據傳給相關領導，調度指揮中心立即下令撤人，并立即通知專業(yè)技術人員進行處理。為及時排除事故隱患提供了寶貴的時間。

3)依據通風監(jiān)測，開停傳感器監(jiān)測主扇停風原因。2010年9月20日下午14∶15分，屯蘭礦后風坪嶺35 kV電站停電，由于1回路405線路終端室外臨時電纜頭有放電、冒煙現(xiàn)象，斷1回路進線545開關時，兩回進線全部停電，造成后風坪嶺35 kV站全站停電，同時后風坪嶺主扇1#、2#全部停風。集團調度指揮中心安全監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示后風坪嶺主扇全部停止運行，受影響隊組瓦斯?jié)舛燃斌E升高。立即啟動《屯蘭礦臨時停電停風應急預案》，這起停電事故體現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)“電子眼”的作用，利用監(jiān)控系統(tǒng)的斷電功能阻止了事故的進一步擴大。

圖4 馬蘭礦綜三18503工作面T1瓦斯超限濃度示意圖

5 結論

西山煤電瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行平穩(wěn)正常，系統(tǒng)提供的各種監(jiān)測數(shù)據及時、準確，為公司的安全生產起到了積極的作用。通過理論與實踐相結合，熟練運用監(jiān)控系統(tǒng)，能夠準確地發(fā)現(xiàn)煤礦井下生產過程中的不安全因素，為各級領導作出正確決策、現(xiàn)場指揮、隱患排查提供了第一手技術資料。

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