任宏偉

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

礦井火災(zāi)作為影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一，如何實現(xiàn)災(zāi)情的快速預(yù)警及有效抗災(zāi)措施的即時響應(yīng)，一直是科研工作者和工程技術(shù)人員追求的目標(biāo)。當(dāng)前我國煤礦都要求安裝井下安全監(jiān)控系統(tǒng)，以保障煤礦安全生產(chǎn)，但各煤礦安裝的監(jiān)控系統(tǒng)的功能各不相同，加之煤礦井下需監(jiān)測的參數(shù)眾多，很難將井下參數(shù)進行系統(tǒng)整合優(yōu)化，導(dǎo)致智能抗災(zāi)功能實現(xiàn)效果不佳?；谏鲜鰡栴}，本文以新景礦二號井為研究對象，整合監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)傳送技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)和自動風(fēng)門技術(shù)，結(jié)合新景礦二號井防災(zāi)抗災(zāi)的現(xiàn)實需求，研究了一套巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)。

1 概 況

1.1 礦井概況

新景礦二號井位于山西陽泉境內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有2 個主立井，1 個副立井，2 個回風(fēng)井。經(jīng)鑒定該礦井為低瓦斯礦井，可采儲量667.99 Mt，3-1 煤層和3-1上煤層為易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

二號井設(shè)計年產(chǎn)量800 萬t，主要運輸巷道膠帶輸送機運量大，運距長達5 800 m，井下聯(lián)絡(luò)巷道多，中央帶式輸送機大巷與輔運大巷的聯(lián)絡(luò)巷多達21 條，通風(fēng)條件復(fù)雜。因此為保障井下安全生產(chǎn)，進行二號井巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)研究。

1.2 智能抗災(zāi)系統(tǒng)架構(gòu)

礦井智能抗災(zāi)系統(tǒng)的核心是實現(xiàn)抗災(zāi)救災(zāi)過程的信息化和自動化控制，災(zāi)變時能提供完全自動抗災(zāi)措施和輔助抗災(zāi)方案，供決策者和救援人員使用。新景礦二號井的智能抗災(zāi)主要包括地面計算機組和配套的數(shù)據(jù)采集控制管理軟件、千兆/光兆以太網(wǎng)、光纖轉(zhuǎn)換器、防火救災(zāi)反風(fēng)風(fēng)門、風(fēng)門狀態(tài)信號采集控制主機、圖像監(jiān)控設(shè)備以及環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測傳感器等，可實現(xiàn)井下各項氣體數(shù)據(jù)智能采集、彩色低照高清攝像頭持續(xù)監(jiān)控、語音燈光連鎖報警和最佳路線指示等功能，如圖1、圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)備組成示意Fig.1 System equipment composition

圖2 系統(tǒng)可實現(xiàn)功能示意Fig.2 Function of the system can be realized

2 災(zāi)變智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)

2.1 智能抗災(zāi)風(fēng)門工作原理及技術(shù)要求

根據(jù)井下不同巷道通風(fēng)實際情況安裝不同類型的抗災(zāi)智能風(fēng)門。未發(fā)生災(zāi)變時，人車通行且通風(fēng)需隔離的巷道安設(shè)全自動智能風(fēng)門，進回風(fēng)巷道之間的風(fēng)門使用手動反風(fēng)風(fēng)門，人車通行但通風(fēng)不需隔離的巷道安設(shè)手動控制救災(zāi)風(fēng)門。當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，通過多個智能風(fēng)門開啟和關(guān)閉的組合，實現(xiàn)風(fēng)流短路或者斷路并隔離危險區(qū)域。

智能風(fēng)門的技術(shù)要求主要包括控制類型和風(fēng)門選型。智能風(fēng)門的控制類型包括調(diào)度中心遠程控制、遙控器遠距離控制和本地救災(zāi)按鈕控制。調(diào)度中心遠程控制是指通過授權(quán)調(diào)度中心操作人員，調(diào)度中心人員通過全自動/半自動/手動等方式執(zhí)行系統(tǒng)預(yù)設(shè)的搶險救災(zāi)預(yù)案；遙控器遠距離控制是指人員可在距離風(fēng)門50 m 處的上風(fēng)流中攜帶手持式遙控器控制抗災(zāi)風(fēng)門的動作；本地救災(zāi)按鈕控制是指當(dāng)前兩項控制手段在特殊原因下失效時，救災(zāi)人員可通過井下風(fēng)門處的“救災(zāi)”按鈕進行風(fēng)門的動作的控制，可根據(jù)實際情況選擇在10～255 s 后風(fēng)門進行動作。

2.2 智能抗災(zāi)風(fēng)門的選型及安裝

對新景礦二號井生產(chǎn)、安全情況進行分析，具有以下特點：①主要主運巷道長，帶式輸送機運量大，新景礦二號礦井中央帶式輸送機大巷全長5 800 m，承擔(dān)著全礦井的煤炭運輸任務(wù)，年輸送煤炭量逾1 000 萬t；②聯(lián)絡(luò)巷道多，中央帶式輸送機大巷與輔運大巷聯(lián)絡(luò)巷道有21 條。

根據(jù)該礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀和實際生產(chǎn)情況，結(jié)合實際巷道尺寸、行人通車、巷道通風(fēng)量、風(fēng)門承受的風(fēng)壓以及風(fēng)門在整個通風(fēng)系統(tǒng)中的安設(shè)位置等因素進行綜合考慮，在井下中央帶式輸送機大巷及相關(guān)巷道安裝12 套抗災(zāi)裝置，具體型號及布置位置見表1。

表1 抗災(zāi)風(fēng)門的安裝位置及規(guī)格型號Table 1 Installation location and specifications of anti-disaster wind door

根據(jù)二號井中央帶式輸送機大巷長度以及兩部膠帶的分布，將救災(zāi)系統(tǒng)劃分為5 個分區(qū)，分別為抗災(zāi)A 區(qū)、抗災(zāi)B 區(qū)、抗災(zāi)C 區(qū)、抗災(zāi)D 區(qū)和抗災(zāi)E 區(qū)，如圖3 所示?？篂?zāi)A 區(qū)范圍為1 號主回聯(lián)巷至膠帶機頭部分，抗災(zāi)B 區(qū)范圍為4 號主回聯(lián)巷至中央1 號主回聯(lián)巷，抗災(zāi)C 區(qū)范圍為2 號檢修處主回聯(lián)巷至4 號主回聯(lián)巷，抗災(zāi)D 區(qū)范圍為21 號主回聯(lián)巷至2 號檢修處主回聯(lián)巷，抗災(zāi)E區(qū)范圍為中央帶式輸送機末端大巷位置至21 號主回聯(lián)巷。

圖3 新景礦二號井系統(tǒng)區(qū)域救災(zāi)及抗災(zāi)風(fēng)門布置Fig.3 The layout of disaster relief and anti-disaster air doors in No.2 well system area of Xinjing Mine

2.3 多元信息實時監(jiān)測

智能風(fēng)門附近關(guān)鍵點的位置安設(shè)粉塵濃度、溫度、風(fēng)速、煙霧、CO 等傳感器，用于在線監(jiān)測巷道的環(huán)境變量；每套風(fēng)門安裝2 套高清低照防爆攝像頭，實現(xiàn)音/ 視頻的24 h 實時持續(xù)監(jiān)控；設(shè)置智能風(fēng)門故障可視化系統(tǒng)，自動顯示故障類型和故障含義，幫助技術(shù)人員快速進行風(fēng)門維修和故障排除。

2.4 智能風(fēng)門的救災(zāi)特性

每臺風(fēng)門配套1 套噴霧系統(tǒng)，具有災(zāi)變時除塵降溫，阻止火災(zāi)蔓延的作用。該噴霧系統(tǒng)可以提前設(shè)置溫度、煙霧等各種報警條件，達到條件后自動開啟噴霧，也可以通過操作人員在地面通過軟件系統(tǒng)的界面主動進行噴霧動作。噴霧系統(tǒng)連接的水電聯(lián)動箱具有缺水欠壓自動報警和補水功能，具體如圖4 所示。

圖4 智能風(fēng)門噴霧系統(tǒng)連接示意Fig.4 Intelligent air door spray system connection

2.5 抗災(zāi)系統(tǒng)軟件

智能風(fēng)門抗災(zāi)系統(tǒng)軟件采用Microsoft Visual Studio 和Java 編制設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)客戶端部分采用JavaScript 編制設(shè)計，數(shù)據(jù)存儲采用Microsoft SQL SERVER 編制設(shè)計。依靠軟件控制實現(xiàn)整個井下智能風(fēng)門抗災(zāi)控制，軟件界面如圖5 所示。

圖5 救災(zāi)系統(tǒng)軟件界面Fig.5 Disaster relief system software interface

當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，該軟件控制系統(tǒng)可提供完全自動救災(zāi)、自動救災(zāi)輔助方案和手動救災(zāi)3 種方式供決策者選擇。完全自動救災(zāi)是按照提前編制的救災(zāi)預(yù)案應(yīng)對各種情況，一般情況下不使用；自動救災(zāi)輔助方案是系統(tǒng)提供若干救災(zāi)方案，決策者可根據(jù)井下實際情況進行判斷和選擇；手動救災(zāi)是指救災(zāi)人員資助規(guī)劃救災(zāi)路線和風(fēng)流切換路線，自主設(shè)計方案，然后通過系統(tǒng)控制進行方案的實施。

當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，該軟件控制系統(tǒng)可提供完全自動救災(zāi)、自動救災(zāi)輔助方案和手動救災(zāi)3 種方式供決策者選擇。完全自動救災(zāi)是按照提前編制的救災(zāi)預(yù)案應(yīng)對各種情況，一般情況下不使用；自動救災(zāi)輔助方案是系統(tǒng)提供若干救災(zāi)方案，決策者可根據(jù)井下實際情況進行判斷和選擇；手動救災(zāi)是指救災(zāi)人員資助規(guī)劃救災(zāi)路線和風(fēng)流切換路線，自主設(shè)計方案，然后通過系統(tǒng)控制進行方案的實施。

3 結(jié) 語

根據(jù)新景礦二號井的實際情況，研究了巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)，從災(zāi)變應(yīng)急控制硬件和軟件系統(tǒng)兩方面描述了整個系統(tǒng)構(gòu)架，旨在實現(xiàn)災(zāi)變區(qū)域控風(fēng)設(shè)施的自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化。研究的巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)在新景礦二號井應(yīng)用后，對運行情況進行了觀察。實踐表明，設(shè)計的巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)科學(xué)合理，工作過程穩(wěn)定、可靠，可以實現(xiàn)井下風(fēng)門現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)的自動監(jiān)測及抗災(zāi)救災(zāi)風(fēng)智能門的遠程控制；巷道火災(zāi)時，用戶界面可以顯示當(dāng)前風(fēng)流方向、逃生路線、各風(fēng)門的開閉情況和是否發(fā)生災(zāi)變信息等，同時提供手動救災(zāi)、完全自動救災(zāi)和輔助救災(zāi)方案等選擇，達到安全、快速、精準(zhǔn)、有效的抗災(zāi)救災(zāi)效果，保障了巷道的安全生產(chǎn)。