常東升

（同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 朔州 036000）

引言

井下通風(fēng)是實現(xiàn)礦山安全開采的重要保障，通風(fēng)系統(tǒng)的可靠程度直接影響開采效率和人身安全。國內(nèi)的很多礦山通風(fēng)設(shè)計都存在著一些隱患，具體體現(xiàn)為：井下通風(fēng)、瓦斯信息的管理智能程度低，事故的預(yù)警能力差，上位機信息顯示不全面，安全判定比較依賴人為主觀經(jīng)驗，同時通風(fēng)信息采集和安全預(yù)警判斷無法進行數(shù)據(jù)交互。完整的通風(fēng)安全管理系統(tǒng)需要具備對礦井圖紙管理更新、生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、調(diào)度管理一體化、礦山災(zāi)害模擬預(yù)演的功能。本文結(jié)合實際的煤礦開采，對現(xiàn)有的礦山通風(fēng)管理系統(tǒng)進行優(yōu)化，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與可視化分析界面平臺，首次引入Visual Basic編程與MapInfo強大的集成系統(tǒng)，改進了現(xiàn)有的礦山通風(fēng)安全信息管理。

1 通風(fēng)管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 地理信息系統(tǒng)（MapInfo）

MapInfo桌面方案能夠進行信息地圖化與數(shù)據(jù)可視化。本文引入MapInfo主要考慮以下因素：和其他的GIS專業(yè)軟件相比，操作更加簡單，非專業(yè)人士也能熟練快速掌握，強大的電子地圖拓撲結(jié)構(gòu)能夠把整個井下的通風(fēng)布局、風(fēng)機數(shù)據(jù)變化與巷道通風(fēng)狀態(tài)完整的反映，同時具備數(shù)據(jù)的管理與分析能力，人機交互與可視化界面能夠直觀的被大眾接受。本文基于Visual Basic編程對整個系統(tǒng)的圖標、信號處理與數(shù)據(jù)庫管理進行開發(fā)，據(jù)此實現(xiàn)MapInfo具備的基本性能[1]。

1.2 系統(tǒng)開發(fā)方式選擇

基于GIS應(yīng)用型的開發(fā)方式主要有：獨立開發(fā)、集成二次與純二次方式的開發(fā)。集成二次開發(fā)選用專業(yè)GIS軟件工具來實現(xiàn)基本性能，最大化的利用了對大容量數(shù)據(jù)庫的管理與信息分析功能，同時還能與其他可視化編程語言對接。集成開發(fā)方式通過連接形式和嵌入自動化、數(shù)據(jù)鏈交換來植入GID開發(fā)軟件，進行后臺運行方式。利用回調(diào)策略來動態(tài)獲得反饋信息，據(jù)此實現(xiàn)井下通風(fēng)信息的數(shù)據(jù)處理。利用組態(tài)模塊將各個功能植入程序中，軟件流程在Visual Basic環(huán)境下實現(xiàn)。依據(jù)軟件編程的基本思路，系統(tǒng)開發(fā)中需要多方位的考慮整個通風(fēng)的井下布局位置、信息采集量與數(shù)據(jù)處理、結(jié)果比對與故障決策。具體的實現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 系通整體的開發(fā)流程

2 具體模塊設(shè)計與關(guān)鍵問題研究

2.1 關(guān)于通風(fēng)布局的圖例設(shè)計

與工程設(shè)計的其他系統(tǒng)類似，通風(fēng)系統(tǒng)布局圖配備有專業(yè)的圖標、符號（風(fēng)流向、風(fēng)門類型）。鑒于本文引入的MapInfo桌面方案沒有自帶通風(fēng)專業(yè)圖標，需要專門建立通風(fēng)圖例封裝模塊，方便操作人員在平時的管理中對系統(tǒng)進行更改，GIS中的符號對象屬于一種Windows類的字體，屬于點的對象。建立通風(fēng)圖標模塊也等效于加入額外的Windows字體。如圖2所示，利用CroelDraw軟件繪畫出通風(fēng)布局圖，采用Windows字體文件形式將其導(dǎo)出。在CroelDraw軟件中建立二維坐標系，繪畫出以原點為中心的通風(fēng)布局圖，將多個這樣布局方案整合為組合對象，輸出到新建立的.Ttf文件，等效為以一個字來保存該文件。只有通過這樣的圖例處理與文件轉(zhuǎn)換才能被GIS開發(fā)軟件調(diào)用。

圖2 字體的導(dǎo)出窗口界面

2.2 關(guān)于整體通風(fēng)系統(tǒng)的建立

經(jīng)過第2.1節(jié)所述步驟，將各個區(qū)域的通風(fēng)布局圖封裝并輸出文件后，各個文件等效為圖3所示的分層區(qū)，由于互相獨立，要想將這些分層區(qū)整合到一個完整的通風(fēng)拓撲結(jié)構(gòu)，需要將各個圖層保存到一個圖集中，圖集是作為標準的MapInfo格式形成的一種監(jiān)測點數(shù)據(jù)集。

圖3 分層獨立的通風(fēng)布局

如圖4所示，增加風(fēng)流方向與可調(diào)節(jié)風(fēng)窗前后的通風(fēng)系統(tǒng)圖。在系統(tǒng)調(diào)入柵格型的圖像后，為了體現(xiàn)圖形對象的數(shù)據(jù)、信號屬性，需要將圖標進行矢量化，選用通風(fēng)設(shè)施模塊建立通風(fēng)設(shè)施圖標，借用點、面、線三種結(jié)合來實現(xiàn)系統(tǒng)布置的整體矢量化。

對通風(fēng)系統(tǒng)的修改包括對表的修改和對圖形的修改，用主界面中的主工具欄可以實現(xiàn)大部分修改功能。其中包括：選取對象，無論是點、線、區(qū)域?qū)ο蠖伎梢赃x取并修改，用批量選取對象實現(xiàn)批量修改；線對象添加刪除節(jié)點；添加刪除文字；改變面對象形狀、大小、面積；修改表結(jié)構(gòu)，添加刪除字段，更改字段名稱和數(shù)據(jù)等。由柵格圖像繪制的矢量圖必須配準，也就是將矢量圖標準化，使其坐落在標準坐標系中，并具有正確的度量單位。通風(fēng)系統(tǒng)中點、線、面需要分層，不同的通風(fēng)設(shè)施也需要分層[2]。

圖4 增加風(fēng)流方向與可調(diào)節(jié)風(fēng)窗后的圖

2.3 格式轉(zhuǎn)換與程序調(diào)用

MapInfo主要支持如下幾種柵格：.gif圖形交換文件名，.jpg文件名，.tif圖像文件名，.pce文件名，.bmp文件名，.tga文件名，.bll文件名。鑒于MapInfo無法直接的打開某些格式的圖標，需要軟件編程來調(diào)用通用格式轉(zhuǎn)換器來完成格式轉(zhuǎn)換，方便在MapInfo進行打開編輯。

2.4 安全系統(tǒng)的功能模塊

安全系統(tǒng)的功能模塊涉及通風(fēng)、除塵、瓦斯突出量、防火與風(fēng)機管理幾個方面。對于礦井通風(fēng)安全而言，主要的技術(shù)指標包含進風(fēng)機風(fēng)量利用率、進風(fēng)量、回風(fēng)量、瓦斯涌出的絕對值與相對值、可允許最大通風(fēng)容量等。就單一巷道的通風(fēng)因素，涉及到巷道斷面、進風(fēng)風(fēng)量與風(fēng)速、進風(fēng)CO2和巷道瓦斯?jié)舛?。日常管理功能需要完成除塵、防火以及安全檢查系列工作。

2.5 數(shù)據(jù)分析與報表導(dǎo)出

圖5所示的是整個系統(tǒng)的主界面，涉及的數(shù)據(jù)主要為開采、回采、主通風(fēng)機以及回風(fēng)井的專題圖，報表的處理和生成導(dǎo)出部分包括瓦斯、通風(fēng)、除塵三方面。其中通風(fēng)報表涉及旬報、月報以及一通三防。除塵報表涉及呼吸性粉塵、其他防塵類月報。瓦斯報表主要為日報。報表的生成借用VB程序利用DDE調(diào)出word或者EXCEL來進行。然后利用數(shù)據(jù)引擎ADO進入數(shù)據(jù)庫，將導(dǎo)出報表內(nèi)容增加到數(shù)據(jù)表中，并更新數(shù)據(jù)庫[3]。

圖5 系統(tǒng)的初始化界面

2.6 通風(fēng)機性能測試模塊

性能測試模塊主要借用通風(fēng)機的狀態(tài)量來繪制出相應(yīng)的風(fēng)機效率-風(fēng)量變化、風(fēng)壓值-風(fēng)量變化、輸出功率-風(fēng)量變化三者的曲線關(guān)系，從而實時掌握通風(fēng)機的運行狀態(tài)。

2.6.1 通風(fēng)機工作效率η式中：Q 為風(fēng)量大小，m3/s；P為全壓值，Pa；N 為通風(fēng)機軸的輸出功率，kW。

2.6.2 需求功率值Nq（kW）

式中：k代表風(fēng)流的絕對熱度指數(shù)；G為風(fēng)機的重量；R為關(guān)于風(fēng)流的氣體常數(shù)；Tout、Tin分別為通風(fēng)系統(tǒng)輸出、輸入的溫度相對值。

2.6.3 理論功率值Nt（kW）

式中：ht為理論風(fēng)壓值，Pa；Qt為理論風(fēng)流量大小，m3/s。

在將風(fēng)機的狀態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo)入之后,進一步對狀態(tài)數(shù)據(jù)進行等小變化，擬合出效率、風(fēng)壓、功率三者與風(fēng)量的變化曲線，有助于技術(shù)人員掌握風(fēng)機的性能。

3 應(yīng)用實例分析

3.1 礦井簡介

同煤某煤礦是一個年產(chǎn)能為750萬t的現(xiàn)代化礦井，通風(fēng)配置方式主要為通過副井進風(fēng)、西、北兩個風(fēng)井回風(fēng)的對角流動方式。查閱近年來礦井瓦斯的相對涌出量為0.35 m3/t、絕對涌出量為5.48 m3/min。礦井的屬于低瓦斯等級，但是由于煤塵的爆炸危險度，爆炸指數(shù)達到了37%?？刹傻母鱾€煤層都存在自然發(fā)火的隱患，自然發(fā)火周期通常為3～5個月，最短周期進15天，因此通風(fēng)防塵任務(wù)非常艱巨，引入改數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以后，進一步加強了井下通風(fēng)狀態(tài)的實時管理，通風(fēng)除塵效率和信息安全管理工作量明顯得到了改善。

3.2 實際運行分析

結(jié)合該礦的實際情況，進一步改善了系統(tǒng)的個別性能。首先，結(jié)合實際完善了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，建立了更為詳細的數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)分析計算速度進一步優(yōu)化，生成的圖形與報表更加清晰直觀。然后，制定出通風(fēng)網(wǎng)、通風(fēng)機的調(diào)控策略。

4 結(jié)論

1）創(chuàng)新性的將地理信息管理MapInfo系統(tǒng)引入到礦山通風(fēng)方面，在擴展該系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上，通過利用VB和OLE嵌入式的集成二次開發(fā)，優(yōu)化了通風(fēng)系統(tǒng)的可視化程度，在實際應(yīng)用中效果顯著。

2）該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具備優(yōu)越的人機交互界面，在詳細繪制井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖的基礎(chǔ)上，有效采集各個信號量，生成相應(yīng)的狀態(tài)變化曲線與報表分析。

3）該狀態(tài)預(yù)警數(shù)據(jù)主要包括通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)坐標、通風(fēng)機電氣量指數(shù)、瓦斯涌出量變化以及煤塵濃度值、通風(fēng)阻力測量等。鑒于這些數(shù)據(jù)未能全部自動接入信號接口單元，數(shù)據(jù)的實時上傳與采集仍需要進一步改進。

[1] 劉茂華，孫秀波，楊倫，等.MapInfo二次開發(fā)中OLE自動化技術(shù)的應(yīng)用[J].礦山測量，2005（1）：14-16.

[2] 程健維，楊勝強.礦井采掘工作面通風(fēng)效果綜合評價[J].中國安全科學(xué)學(xué)報，2007，17（5）：165-169.

[3] 汪西榮.礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價應(yīng)用及研究[D].青島：山東科技大學(xué)，2006.

（編輯：王慧芳）