楊 洪

（大同煤礦集團公司 通風處，山西 大同 037003）

1 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的原因及現(xiàn)實意義

煤礦最主要的安全場所是采掘工作面等作業(yè)點，如果能夠控制所有這些作業(yè)點的安全也就控制了整個礦井的安全。影響工作面作業(yè)點的安全因素很多，譬如停風或微風作業(yè)、風流不穩(wěn)、瓦斯超限、瓦斯異常涌出、采空區(qū)自然發(fā)火、煤與瓦斯突出、停風或超限未斷電、超強度開采、瓦斯未能有效抽采等等，如果能夠集成監(jiān)測和控制所有這些因素在安全范圍內(nèi)，就可避免煤礦瓦斯事故。然而現(xiàn)行的煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)都是基于傳感器單測點的標準，缺少面的集成和區(qū)域的合成，數(shù)據(jù)單一，無法形成網(wǎng)絡化的集成體系，不能表達測控單元間的相互關(guān)系，缺少測控單元位置描述，只能用于傳感器級別的瓦斯超限報警與局部斷電等有限用途，缺少停風與斷電狀態(tài)可靠監(jiān)測技術(shù)手段，難以對工作面等所在區(qū)域?qū)ο蟮恼w安全狀況進行全面監(jiān)測監(jiān)控，無法實現(xiàn)由點到面的提升。針對這一問題，建立以工作面為目標對象的集成化測控系統(tǒng)，實現(xiàn)對安全生產(chǎn)因素的集成測控、實時安全評價、實時安全預測預警，實現(xiàn)直到井下作業(yè)場所的多級調(diào)度報警與處理系統(tǒng)，對于防治煤礦安全事故具有十分重要的意義。

近年來我國煤礦發(fā)生瓦斯事故的礦井都裝有監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，甚至是最先進的系統(tǒng)，還一再發(fā)生瓦斯事故，不可否認有管理方面的原因，但更主要的是我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控領域仍然存在較為棘手的技術(shù)問題。眾所周知風、電、瓦斯是煤礦瓦斯事故三大要素，但現(xiàn)行使用的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中缺少采掘工作面風量監(jiān)測與微風報警及斷電測控技術(shù)；缺少停風狀態(tài)下準確度較高的監(jiān)測識別技術(shù)；缺少對工作面及超限風流流經(jīng)區(qū)域快速斷電監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)；缺少對整個工作面整體安全狀態(tài)的全方位監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。廣泛應用的現(xiàn)有技術(shù)僅僅解決了瓦斯超限監(jiān)測報警與部分斷電功能，它仍不夠完善，無法為礦井的安全提供更精確的數(shù)據(jù)，仍存在不穩(wěn)定因素。因此，一套煤礦安全區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警綜合防御系統(tǒng)對于解決上述問題具有很大的現(xiàn)實意義。

2 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的過程及創(chuàng)新點

2.1 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的過程

根據(jù)礦井的實際情況，10103采煤工作面采用被動式測壓。為了準確測定煤層原始瓦斯壓力，須選擇穿層測壓鉆孔布置方法。

2.2 測壓鉆孔的布置及施工

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)區(qū)域化改造，在現(xiàn)有瓦斯超限報警功能基礎上開發(fā)了高可靠性主扇停風監(jiān)測、局扇停風監(jiān)測、微風監(jiān)測、未斷電監(jiān)測、風門短路監(jiān)測、瓦斯抽采異常監(jiān)測、監(jiān)測系統(tǒng)故障監(jiān)測、監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)通訊故障監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸中斷監(jiān)測等實時監(jiān)測功能，實現(xiàn)了工作面全方位全過程的綜合實時報警監(jiān)測監(jiān)管。

（1）異構(gòu)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)綜合集成接口

隨著科學技術(shù)水平的不斷發(fā)展與礦井電子技術(shù)的不斷提高，部分礦井往往裝有不同類型的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，但井下工作面等區(qū)域測控需要將所有這些測控系統(tǒng)集成，譬如不同廠家的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、抽放監(jiān)測系統(tǒng)、火災監(jiān)測系統(tǒng)、人員監(jiān)測系統(tǒng)等等，這是實現(xiàn)多角度全方位實時測控的基礎。為此同煤集團研究開發(fā)了一套異構(gòu)通用集成接口系統(tǒng)，本接口系統(tǒng)能夠兼容礦井各種類型的異構(gòu)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，就如同一個系統(tǒng)一樣，為構(gòu)建綜合集成自動化全方位監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)打下了堅實的基礎。

（2）煤礦安全全方位綜合集成實時報警監(jiān)測平臺

區(qū)域化綜合集成指涉及煤礦安全生產(chǎn)的各種異構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的集成，譬如煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦瓦斯抽采監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦束管火災監(jiān)測系統(tǒng)、煤礦人員監(jiān)測系統(tǒng)等等，實現(xiàn)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)共享與分析及報警監(jiān)測。全方位指在通常瓦斯監(jiān)測功能基礎上增加影響煤礦瓦斯火災事故的所有影響因素的監(jiān)測以及提供對這些影響因素相互關(guān)系的監(jiān)測，由此為工作面安全提供先進全面的綜合自動化保障技術(shù)（見圖1）。

圖1 全方位綜合集成監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)具有如下功能：①局扇停風狀態(tài)高可靠性監(jiān)測識別與報警斷電，井下掘進工作面風筒末端安設有風筒風量傳感器，可有效解決局扇停風監(jiān)測監(jiān)管問題；②采掘工作面、采區(qū)等主要巷道風量實時監(jiān)測與微風報警監(jiān)測，井下巷道安設有巷道風量傳感器，可有效解決風量不足或微風停風監(jiān)測監(jiān)管問題；③瓦斯報警趨勢同步分析顯示功能，可在報警的同時顯示發(fā)展趨勢狀態(tài)；④數(shù)字礦圖報警位置同步定位顯示功能，動畫顯示功能，按面域或傳感器位置定位查詢顯示與實時圖形化監(jiān)測（見圖2）；⑤提供綜合實時曲線監(jiān)測、歷史曲線分析、數(shù)據(jù)查詢、斷電跟蹤監(jiān)測、實時處理調(diào)度等全面完善的監(jiān)測、分析與處理手段。

圖2 定位查詢顯示與實時圖形化監(jiān)測

2.3 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的創(chuàng)新點

（1）將基于點的有限測控提升到對工作面區(qū)域整體的全面測控，極大提高了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的測控能力，實現(xiàn)了各種異構(gòu)系統(tǒng)的集成應用。

（2）局扇風筒出口風量實時在線監(jiān)測裝置，為掘進工作面通風可靠監(jiān)測提供了先進的自動化測控技術(shù)手段。

（3）礦井總回、采區(qū)、采掘工作面巷道風量全面實時監(jiān)測技術(shù)，為礦井各種巷道通風可靠監(jiān)測提供了先進的自動化測控技術(shù)手段。

（4）基于監(jiān)測系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)源的煤礦工作面等所有區(qū)域?qū)ο蟮陌踩珷顟B(tài)實時評價技術(shù)，為煤礦事故及時處理與科學決策提供先進的技術(shù)方法。

（5）網(wǎng)絡化采用分源預測法預測工作面測點的瓦斯涌出量與瓦斯抽采量，能夠依據(jù)有限樣本計算瓦斯含量或瓦斯涌出量，自動生成數(shù)字礦圖格式的瓦斯參數(shù)預測分布圖。

（6）基于AQ6201標準的煤礦安全監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)綜合實時監(jiān)測監(jiān)管。

3 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的應用情況及經(jīng)濟社會效益

3.1 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的應用情況

本系統(tǒng)于2013年2月～8月在集團公司晉華宮、四臺礦進行了安裝使用，其中：晉華宮礦安裝了風筒風量傳感器8臺、巷道風量傳感器4臺，四臺礦安裝了風筒風量傳感器6臺、巷道風量傳感器7臺。在使用過程中，根據(jù)實際的工作需要不斷改進，進一步提高了井下及面域化全方位實時監(jiān)控的各項功能，使用效果明顯，達到了預期的目的，有效地實現(xiàn)了礦井整體安全狀態(tài)的面域化全方位實時監(jiān)測監(jiān)控及分析。

3.2 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警的社會經(jīng)濟效益

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)面域化改造經(jīng)過了近6 個月的運行，井下風筒及巷道風量傳感器的檢測精準度及實時在線監(jiān)控軟件平臺的可靠分析性都得到了有效的驗證，建立以工作面等作業(yè)點為目標對象的集成化測控，實現(xiàn)對安全生產(chǎn)因素的集成測控，有效地解決了晉華宮、四臺礦目前瓦斯防治存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，很大程度上提高了礦井瓦斯等有害氣體的實時監(jiān)測監(jiān)管。

4 實施區(qū)域化全方位實時監(jiān)測預警存在的問題及推廣應用前景

本系統(tǒng)在使用過程中大大提高了以工作面區(qū)域為單位的整體安全預測預警分析，但在推廣應用中需進一步完善瓦斯預測預警評價的技術(shù)模型。

〔1〕煤礦安全面域化全方位實時監(jiān)測、實時預警、實時評價、實時調(diào)度綜合防御系統(tǒng).沈陽新元信息與測控技術(shù)有限公司，2010.

〔2〕鄔燕云，孫繼平.煤礦安全監(jiān)控、監(jiān)測系統(tǒng).北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

〔3〕王德明.礦井通風與安全.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2009.