王海波

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州 213015；2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州 213015)

0 引言

大采高綜采工作面大型機械設備多，光線昏暗，設備運轉(zhuǎn)噪聲大，設備操作人員視線、聽力受阻，采場環(huán)境復雜，僅依靠現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)單點監(jiān)測模式很難對工作面環(huán)境安全實現(xiàn)全面準確監(jiān)測[1-5]。以煤礦水害、火災、瓦斯、頂板和煤塵五大災害監(jiān)測為例，主要存在以下問題[6-11]：① 監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取基本需要人工干預，無法排除人為干擾的主觀不可控性。② 五大災害預警各自獨立，沒有建立災害之間的關聯(lián)分析，當多種災害耦合發(fā)生時，增加了災害預警信息處理的不確定性，不利于災害的聯(lián)合預防。③ 災害監(jiān)測分析大多針對階段性生產(chǎn)過程分析，分析成果多為研究報告形式，無法對工作面全生產(chǎn)周期進行安全分析。本文提出了一種大采高綜采工作面環(huán)境安全智能化監(jiān)測方案，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動獲取，提高安全分析的實時性、全面性和準確性。

1 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動獲取

大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括三類[12-14]：第一類，已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化傳輸且能通過信息化手段獲取的數(shù)據(jù)，如煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦井人員定位系統(tǒng)、采空區(qū)光纖測溫系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。第二類，已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)珶o法通過信息化手段獲取的數(shù)據(jù)，該類數(shù)據(jù)無法實時自動采集，如便攜式檢測儀數(shù)據(jù)等。第三類，沒有實現(xiàn)數(shù)字化傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，如機械風表數(shù)據(jù)、人工采集數(shù)據(jù)和采空區(qū)氣體色譜分析數(shù)據(jù)等。

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，針對以上三類數(shù)據(jù)的自動獲取方案見表1。第一類數(shù)據(jù)獲取相對容易，現(xiàn)階段各類監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可通過Web API方式與工作面安全保障系統(tǒng)直接進行數(shù)據(jù)交互。對于第二類數(shù)據(jù)，可將便攜式檢測儀與具有無線傳輸功能的終端配套使用，便攜式檢測儀通過藍牙將數(shù)據(jù)傳輸至終端，終端通過無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳。第三類數(shù)據(jù)大多存在于現(xiàn)有煤礦安全管理流程中，形成不同格式的數(shù)據(jù)報表，如束管分析報表、工作面生產(chǎn)統(tǒng)計報表等[15]，利用信息化手段，以異地自動讀取相關報表的方式獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)結(jié)構化后存入數(shù)據(jù)庫。

表1 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測數(shù)據(jù)自動獲取方案Table 1 Automatic acquisition scheme of environmental safety monitoring data of fully-mechanized working face with large mining height

2 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測融合分析

將五大災害狀態(tài)劃分為4個級別：1級代表低風險，2級代表一般風險，3級代表較大風險，4級代表重大風險。在五大災害融合分析的基礎上，大采高綜采工作面環(huán)境安全風險等級劃分流程如圖1所示。若任意1種災害狀態(tài)等級為4級，判斷工作面環(huán)境安全風險等級為4級；若任意3種及以上災害狀態(tài)等級為3級，其余災害狀態(tài)等級為2級或1級，判斷工作面環(huán)境安全風險等級為3級；若最多2種災害狀態(tài)等級為3級，其余災害狀態(tài)等級為2級或1級，判斷工作面環(huán)境安全風險等級為2級；若任意3種及以上災害狀態(tài)等級為2級，其余災害狀態(tài)等級為1級，判斷工作面環(huán)境安全風險等級為2級；若最多2種災害狀態(tài)等級為2級，其余災害狀態(tài)等級為1級，判斷工作面環(huán)境安全風險等級為1級；若所有災害狀態(tài)等級為1級，判斷工作面環(huán)境安全風險等級為1級。

圖1 大采高綜采工作面環(huán)境安全風險等級劃分流程Fig.1 Environment safety risk grading process of fully-mechanized working face with large mining height

3 現(xiàn)場應用

以某大采高綜采工作面為例，分別針對水害、火災、瓦斯、頂板和煤塵災害完善監(jiān)測手段，見表2。將工作面精細化分區(qū)范圍內(nèi)水害、火災、瓦斯、頂板和煤塵災害按照4種安全等級實時預警，通過災害融合分析給出工作面安全指數(shù)，并對工作面環(huán)境安全風險等級實時預警，界面如圖2所示。相比傳統(tǒng)的安全分析研究報告，實現(xiàn)了基于工作面生產(chǎn)過程的實時安全分析預警，提高了工作面環(huán)境安全監(jiān)測的智能化水平。

表2 大采高綜采工作面災害監(jiān)測Table 2 Disaster monitoring on fully-mechanized working face with large mining height

圖2 大采高綜采工作面環(huán)境安全監(jiān)測分析界面Fig.2 Interface for environment safety monitoring and analysis of fully-mechanized working face with large mining height

4 結(jié)語

提出了一種大采高綜采工作面環(huán)境安全智能化監(jiān)測方案。通過可靠的監(jiān)測手段自動獲取不同類型監(jiān)測數(shù)據(jù)，減少人為因素干擾；在單一災害分級預警的基礎上，實現(xiàn)工作面環(huán)境安全監(jiān)測融合分析，劃分工作面環(huán)境安全風險等級。該方案在實際生產(chǎn)中進行了應用并取得了良好效果。