煤与瓦斯突出事故预警系统

煤与瓦斯突出事故预警系统

郑万成,杨胜强,于宝海

(中国矿业大学安全工程学院,江苏徐州221008)

:阐述了煤与瓦斯突出事故预警系统设计的基本思路,介绍了系统的主要功能和主要构成。系统实现了安全信息系统管理、突出危险性动态预测、图纸及预警结果远程浏览、专家辅助决策等功能。本系统对于预测预报、减少煤与瓦斯突出事故具有重大的现实意义。该系统已经在重庆煤业集团公司得到了成功的应用。系统同样也可应用于其它突出矿井,具有极大的推广价值。

引言煤与瓦斯突出是煤矿生产中的重大灾害之一,它是指煤和瓦斯在极短的时间内向巷道或工作面大量涌出的过程。突出的煤体能够对人身和设备造成伤害和损坏,发生突出后释放大量的瓦斯不仅能够造成井下工人的窒息,甚至会酿成瓦斯、煤尘爆炸事故。煤与瓦斯突出事故危害十分巨大,并且时有发生。因此,有必要加强对煤与瓦斯突出事故进行科学的预测和预防,有必要研究并开发出适合各煤矿企业的煤与瓦斯突出事故的预警系统[1]。

随着计算机软硬件技术的迅速发展,计算机在各行各业中都得到了广泛的应用。目前,一些基于计算机技术的事故预警软件已投入实际应用。但由于煤与瓦斯突出事故具有一定的随机性和不确定性,影响因素众多复杂,现有的一些预警系统,无论在功能上还是在可操作性等方面都无法满足煤矿突出事故预警的需求。根据煤矿的实际情况,研究开发了一套较为实用的煤与瓦斯突出事故预警系统,对减少矿井的煤与瓦斯突出事故具有巨大的现实意义。

1

所谓煤与瓦斯突出事故预警,就是指在事故理论、预警理论、煤与瓦斯突出防治理论(特别是突出发生规律和突出预测理论)的指导下,充分利用

和发挥煤矿安全监控系统、计算机网络技术、信息技术和现有防突技术的优势,实时、动态地收集尽可能多的煤矿安全信息,并经过综合分析后,从系统的观点出发,在时间维和空间维的连续性上,对各工作面的突出危险状态和发展趋势进行超前和动态的预测、评价和警示,以便提醒管理者提前采取防突措施、加强防突管理、消除突出隐患[2]。

在现有的煤矿安全监控系统的基础上进行2次开发,首先建立煤矿动态安全信息数据库,其内容包括:煤层赋存信息、地质构造信息、瓦斯赋存信息、地应力分布信息、突出危险性区域预测信息、矿井开拓开采信息、通风系统信息、安全监测信息、突出预兆信息、突出日常预测信息、瓦斯抽放信息、防突信息以及日常安全检查信息等。然后,根据矿井的实际情况,建立煤与瓦斯突出的预警指标体系和预测模型。最后,随着采掘空间的拓展,根据各种动态信息的综合分析结果,对工作面前方存在的突出危险及其发展趋势给出警示信息,即随时提供各工作面煤与瓦斯突出危险性的状态预警和趋势预警信息[4]。预警的基本思路如图1所示。

图1

2

2.1,研究开发了煤与瓦斯突出事故预警系统,该系统的主要功能模块如图2所示。

图2

2．1．1能

(1)安全监控数据分析对矿井安全监控系统的历史和实时监控数据进行整理、存储和高级分析,形成需要的动态预警指标[3]。

(2)瓦斯地质信息分析瓦斯赋存规律智能分析(瓦斯含量、瓦斯压力等值线绘制等)、突出危险性智能划区域预测、地质构造及其影响范围分析、突出点分布统计、煤层赋存参数变化情况动态分析(如埋深、厚度、倾角、走向、软分层厚度的变化)等,形成瓦斯地质图件。

(3)采掘巷道空间信息动态分析随着采掘巷道的延伸,动态分析各工作面所处位置的三维空间参数,动态分析工作面距突出危险区的距离、石门工作面距煤层的距离、工作面距地质构造的距离、工作面周围巷道分布及盈利几种情况动态分析等。

(4)矿图编辑及辅助设计对煤层、地质构造和井下所有巷道等进行三维数字化处理,形成满足事故预警要求的矿图编辑系统。同时可利用GIS的强大空间处理能力,进行开拓开采的辅助设计(可代替CAD软件进行矿图设计、填图、打印等)。

(5)突出预测资料统计与分析根据实测数据,可以进行突出预测资料沿空间和时间的分布规律统计与分析,为确定突出分布规律、划分突出危险区

和预警提供信息基础。

(6)通风系统稳定性评价与动态网络解算对矿井通风系统的稳定性和可靠性进行评价,同时可动态地对通风网络进行解算。

(7)矿井安全信息查询可对矿井防突体系的所有安全信息进行查询。如对工作面煤层情况、地质情况、瓦斯赋存情况、巷道布置情况、工作面周围环境情况、瓦斯涌出情况等基础信息进行查询;对各工作面突出预测结果和原因、对突出预测结果和防突措施执行情况、对矿井防突管理制度、防突审批程序和人员责任制、对安全检查结果、安全隐患整改情况、防突奖惩情况、突出事故情况等进行网上查询[5]。

2.1．2

(1)突出事故的趋势预警

根据各工作面在时空方面的安全信息综合分析,进行突出危险性的发展趋势预警。自动分析采掘巷道所处的空间位置及延伸方向,结合煤层信息、构造信息、采掘关系信息、突出危险性区域预测结果信息,根据突出规律,进行突出危险性的空间趋势预警。根据安全信息历史数据和实时数据的分析,建立安全信息与时间的关系模型,预测未来一段时间内安全信息的发展趋势,从而根据这种趋势进行突出危险性的趋势预警。

(2)突出事故的状态预警

①危险状态预警。当工作面预测指标超标或工作面处于突出危险区域地质构造区、或处于石门揭煤过程中、或处于瓦斯涌出异常区、应力集中地带、工作面安全防护措施不完善时,系统自动发出突出危险状态预警信号,提醒管理者高度重视工作面的防突工作,采取相应的防突措施,消除突

②危机状态预警。当监控系统连续监测到预测指标严重超过预定临界值、瓦斯涌出极度异常且呈现急剧恶化发展时、工作面出现严重突出预兆时等,预示着工作面即将发生煤与瓦斯突出。此时系统将发出危机状态预警信号,提醒工作面尽快撤人。

③事故状态预警。当系统从瓦斯监测资料自动分析到工作面发生突出时,系统发出事故预警信号。并将自动判断和报告发生突出的工作面编号,分析并报告瓦斯涌出情况预计、已经波及的区域报告、可能引发的瓦斯爆炸等,提醒管理者采取应急措施,阻止事故扩大化,减少事故损失。

2．1．3

通过计算机网络实现矿井工程图、瓦斯地质图、设备布置图、通风系统图、防突措施图、监测数据记录图、突出预警结果以及安全管理的相关情况等的查询和输出,实现安全信息的共享。

2．1．4

能，还具有事故的预防方案和防治措施的制定、事故防治措施效果评价等功能,提供灾后抢险救援措施。

2.2

煤与瓦斯突出事故预警系统以安全信息数据库为基础,以矿图编辑系统、防突知识库系统、图形浏览器、事故监控数据分析器和控制台为主要构成,以煤矿现有的安全监控系统为基础开发平台,形成基于计算机网络的突出事故预警系统。

2．2．1:

①系统管理模块与输入输出模块;;

赋存预测模块;;

测模块;;

解算模块。