矿井重大危险源监测识别及预测预警系统开发

关联合.矿井重大危险源监测识别及预测预警系统开发[J ].矿业安全与环保,2014,41(3):43-46.文章编号:1008-4495(2014)03-0043-04

矿井重大危险源监测识别及预测预警系统开发

关联合

(开滦(集团)有限责任公司,河北唐山063018)

摘要:对钱家营矿水二火二瓦斯和顶板等安全监测监控系统状况进行了分析,针对存在的主要问题,建立重大危险源指标体系库,运用先进的预警模型,实现对煤矿井下水二火二瓦斯和顶板等重大危险源的集成管理和超前预警,提高了煤矿对重大灾害的预防和应急处理能力三

关键词:煤矿;重大危险源;在线监测;在线识别;系统集成;超前预警

中图分类号:TD76 文献标志码:B 网络出版时间:2014-05-2414:04

网络出版地址:http ://https://www.360docs.net/doc/eb637702.html, /kcms /detail /50.1062.TD.20140525.1242.006.html

Development of Monitoring Identification and Early Warning System for

Mine Major Hazards

GUAN Lianhe

(Kailuan (Group)Co.,Ltd.,Tangshan 063018,China)

Abstract :In this paper ,analysis was made on the present situation of water ,fire ,gas and roof monitoring systems used in

Qianjiaying Coal Mine ,an index system base for major hazards was established according to the main problems ,the integrated management and advance pre-warning for major hazards such as mine water ,fire ,gas and roof fall were realized by using the advanced pre-warning system ,and the prevention and emergency response ability for the major disasters in coal mines was thus improved.

Key words :coal mine ;major hazard source ;on-line monitoring ;on-line identification ;system integration ;early warning 收稿日期:2014-01-22;2014-04-17修订

作者简介:关联合(1969 ),男(满族),河北遵化人,硕士,高级工程师,注册安全工程师,开滦集团技术中心瓦斯研究中心主任,现主要从事通风技术管理及瓦斯技术研究工作三E-mail :guanlianhe@https://www.360docs.net/doc/eb637702.html, 三

煤矿井下一旦发生水二火二瓦斯二煤尘和顶板等重大事故,不仅会给矿工生命和财产带来严重损失,

而且还会造成恶劣的社会影响三对重大事故危险源进行监测二识别及预测预警研究凸显为当前亟待解决的安全生产重大课题三基于国家工信部 两化融合”项目,以开滦集团钱家营矿为示范矿井,完善了煤矿水二火二瓦斯和顶板等安全监控系统,实现对重大危险源的监测二识别及预测预警三

1 矿井安全监控系统状况分析

1.1 各类安全监测系统

钱家营矿于1988年12月投产,设计生产能力

400万t /a,为开滦集团的主力矿井三矿井水二火二瓦斯二顶板等灾害比较严重三2009年各类安全监测系

统状况如下:

1)矿井建立KJ402多参数水文动态监测智能预

警系统,实现了对地表监测站点的在线监测,正常观测地面水文钻孔18个三

2)矿井建立KJ340安全监测监控系统,实现了对CH 4二CO二CO 2等气体的在线监测监控三

3)矿井建立JSG6束管监测系统,在线监测内因火灾标志性气体,对内因火灾进行早期预警三

4)矿井有4套顶板压力在线监测系统,可对采

掘工作面的顶板在线报警;有2套顶板离层自动监测系统,不能在线监测三

1.2 存在的主要问题及分析1)水灾危险源监测系统:只监测了地面水文钻

孔的水温二水位等参数,监测网密度不够;没有对井下监测点的水压二水温二流量等参数进行传感器检测及系统监测三

2)安全监测监控系统:瓦斯二一氧化碳二温度和

风速等传感器布置密度小,无粉尘传感器,在瓦斯抽放系统中浓度二流量二温度二压力及泵站开停传感器数量不足三

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3)束管监测系统:运行不正常,外因火灾烟雾二温度传感器等安装不到位三

4)顶板压力监测系统:传到地面的压力数据未得到开发应用,不能完全实现顶板压力的在线报警和预警三

5)各监测系统相互独立,没有统一的数据传输二

处理和管理平台;水二火和顶板等专业监测系统没有重大危险源预测二预警功能[1]三

钱家营矿上述问题在国内煤矿属于共性问题三

矿井重特大事故形成机制复杂二诱发因素众多,增大了重大危险源监测二识别及预测预警的难度,制约了重特大事故超前预警技术的发展[2-3];在同一地理空间,水二火二瓦斯二顶板等煤矿井下重大危险源监测预警系统无论数据库存储,还是数据处理平台都不统一,无法共享动态变化的同一空间信息,结果造成系统数据共享困难,数据孤岛严重,系统操作复杂,严重阻碍了煤矿安全管理高新技术的进步三1.3 需要解决的关键问题

1)对煤矿重大危险源隐患进行分类,建立评价指标体系库,构建煤矿重大危险源隐患识别决策支持系统三

2)实现对重大危险源相关参数的在线监测,对于实时识别二分析出的危险源(如冒顶二瓦斯和突水等)需要实现信息的快速传输二反馈三

3)研发重大危险源监测二预测二预警三维可视化

系统,实现与二维专用GIS 的数据共享和动态更新三

2 体系构建与系统建设

2.1 矿井重大危险源评价指标体系2.1.1 矿井安全评价指标体系

评价指标体系的选择和确定是安全评价研究内

容的基础与关键,直接影响到评价的精度和结果三通过分析地质二灾害二管理二生产装备二生产人员素质二环境条件二危险源等7类因素构成了矿井安全评价指标体系,见图1,其中的地质二灾害和危险源因素与矿井重大危险源隐患密切相关,是三类重点一级指标体系三对重点一级指标体系进一步细化为第二层次二第三层次的指标体系,如地质因素细化为构造地质二水文地质二瓦斯地质二煤层顶底板二煤层厚度变化二矿压变化等因素,其中构造地质因素又继续细化为断层平均落差二单位面积断层数二单位面积陷落柱数等指标,见图2三

2.1.2 评价指标报警分级体系矿井重大危险源分级体系是灾害识别二预测和

图1 

矿井安全评价指标体系方框图

图2 地质因素指标分解方框图

预警的基础三参照国土部和国家气象局对地质灾害的分级体系,将煤矿井下水二火二瓦斯和顶板等重大危险源分成红二橙二黄二蓝4个警级[4]:4级为警报级,警度为红色,警情为灾害发生的可能性极大;3级为预警级,警度为橙色,警情为灾害发生的可能性大;

2级为注意级,警度为黄色,警情为灾害发生的可能性中等;

1级为提醒级,警度为蓝色,警情为灾害不易发生三2.1.3 评价指标体系库构建

矿井重大危险源监测二识别及预测二预警系统主

要以水二火二瓦斯和顶板重大危险源为研究对象,建立水灾二火灾二瓦斯和顶板重大危险源预警指标体系库[5]三

2.1.

3.1 水灾重大危险源评价指标体系库地面水引起井下水灾的重大危险源评价指标体系库:以地面水文监测系统的水位标高梯度预警三井下水灾重大危险源评价指标体系库:井下水

重大危险源图形评价包括采空区积水二老巷积水二断

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层防水煤柱等导水涌水通道的评价指标体系;对井下水流量采用梯度预警;对井下水明渠流量采用趋势预警三

2.1.

3.2 火灾重大危险源评价指标体系库

内因火灾重大危险源评价指标体系库:通过分析矿井可燃气体的组分构成及比例,利用动态Coward爆炸三角形原理,界定其爆炸危险性区间,对火灾的发生发展态势或熄灭程度进行初步预测;采集实时数据和历史数据,计算气体爆炸上二下限和失爆点,对将要发生超限的混合气体预警[6]三

外因火灾重大危险源评价指标体系库:温度趋势预警指标体系库(对监测点的温度进行趋势预警)和CO趋势预警指标体系库(对监测点的CO浓度进行趋势预警)三

2.1.

3.3 瓦斯重大危险源评价指标体系库

瓦斯趋势预警指标体系库:对监测点的甲烷进行趋势预警三

瓦斯梯度预警指标体系库:对监测点的甲烷进行梯度预警三

瓦斯图形评价预警指标体系库:主要包括瓦斯探头二高瓦斯区二突出威胁区二突出危险区以及高瓦斯掘进工作面等三层评价指标体系三

2.1.

3.4 顶板重大危险源评价指标体系库

顶板压力域值预警指标体系库:根据工作面时间段内的整面合格率及其报警次数进行预警三顶板离层域值预警指标体系库:依据煤矿掘进作业规程制订报警值二预警值,对锚杆伸长率进行梯度预警三

2.2 重大危险源子系统平台建设

2.2.1 水文监测子系统建设

利用原KJ402地表水文监测系统,在办公楼建立矿井水文动态监测系统中心站,在地面水文钻孔建立24个水位二水温自动监测系统分站;在沙河建立2个水位二流量自动监测系统分站三

井下建立KJ11-Z本安型水文监测系统:在井下-450m二-600m(2个)二-850m水平水仓口等安装9套流量自动监测系统;在井下补打6组水文钻孔安装6个水压二水温自动监测分站;对井下排水管道增加10趟管路流量自动监测系统三

2.2.2 束管监控子系统建设

升级JSG6束管监测系统的接口软件,实现网络数据互连,为第三方系统提供接口,在现有统一网络平台下与其他决策系统数据交互和实时共享;部分设备升级改造三2.2.3 安全监控子系统建设

完善现有KJ340安全监控系统:配齐分站二传感器;增设带式输送机滚筒下风侧二自然发火观测点二封闭火区防火墙栅栏外的CO传感器,增设瓦斯抽放管路中的浓度二流量二温度二压力传感器以及抽放泵站的开停传感器;增设采掘工作面的粉尘传感器;完善井下安全监控系统,扩大监控范围和覆盖面;升级监测分站和系统软件,增加2台高性能计算机二1台编程器二1台便携电脑(测试东西风井监测无线传输系统和通风机监测系统)二更换1套短信报警服务器三

2.2.4 顶板监测子系统建设

以KJ216煤矿顶板动态监测系统为基础,基于以太网平台,利用矿井计算机网络平台建立全矿井矿压在线监测系统,实现矿压监测的自动化和信息共享三全矿安装8套综采支架在线监测系统二20套顶板离层仪在线监测系统三

3 系统功能实现

矿井重大危险源数据监测识别分析系统主要安装在服务器端,采集瓦斯二地面水二井下水二束管二顶板监测系统实时数据,每隔20s读取1次,统一存储到数据库中,并实时对数据进行分析统计三煤矿井下重大危险检测识别及预测预警系统界面见图3三该系统于2009年立项,2011年12月投入运行,达到了预期目标,运行稳定二可靠三

3.1 水害识别二预测预警系统实现

3.1.1 图形和数值计算

主要完成综合水文地质图二充水性图二水文参数等值线图二水文地质剖面图二相关曲线图等的自动处理以及涌水量预计;结合三维剖分模型和实时在线监测系统得到的水文地质参数,计算含水层的水量等参数三

3.1.2 水文数据库管理

主要完成矿山水文地质基础数据和实时监测监控数据的管理二报表的打印等工作三

3.1.3 水害危险源监测二识别及预测预警系统

实现对水文监测数据联网,实时监控水文观测孔或传感器的水压二流量二水温二水质等参数,利用WebGIS技术在水文监测图形上自动定位和实时显示;超限自动报警和语音播报;利用监测数据生成和绘制水文历史数据曲线三

3.2 火灾识别二预测预警系统实现

该子系统集实时数据采集二数据分析二数据存储及数据发布功能于一体,远程控制分析采样二气体校

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图3 煤矿井下重大危险源系统数据集成总界面

准二清洗管路二泵开停;整合在线分析二矿井实时监控系统二色谱仪分析二人工现场测量二现场取样地面测量等气体组分数据,存入数据库,对数据库中的气体组分进行图形二曲线二查询等显示和打印;实现井下气体的全方位在线监测,自动统计和分析爆炸危险性二自燃危险性的判断二预测预警;实现避灾路线自动生成三

3.3 瓦斯识别二预测预警系统实现

3.3.1 瓦斯检测二识别及预测预警

井下相关地点的瓦斯浓度实时监测;瓦斯超限报警;瓦斯趋势预警;分析瓦斯浓度剧烈变化,并实现预警;对有突出危险性区域进行重点监测三3.3.2 图形和数值计算

实现采掘工程平面图二通风系统图二瓦斯地质图二安全监测监控图二危险源二采掘工作面的绘制与编辑,灾害区域的划分,并实现基于C/S模式的图形评价三3.3.3 动态网络解算预警

基于WebGIS在通风系统图上完成分支节点的标定,同时与风速传感器实时监测数据关联,利用动态实时解算结果辅助通风防灭火重大危险源管理三3.4 顶板识别二预测预警系统实现

3.4.1 井上计算机动态模拟显示监测参数二报警

监测服务器和客户端实时显示监测点的数据和直方图,当监测数据超限时自动声音报警并记录报警事件三

3.4.2 井下现场显示数据和报警

井下的压力监测分站二离层传感器实时监测数据,根据设定报警参数报警指示,通讯分站可实时显示每个测点的数据并有报警状态指示三

3.4.3 监测数据自动记录存储

井上监测服务器能根据设置记录周期将数据存储到数据库,形成历史数据三

3.4.4 连续监测曲线显示二分析

软件支持服务器端和客户端的历史曲线和测线加权数据分析三

3.5 三维可视化集成数据平台主要实现功能1)处理与水二火二瓦斯二顶板压力重大危险源的预测预警有关的空间数据和属性数据三

2)完成地质体二巷道的几何建模,检测设备的动画建模三

3)实现工业广场二巷道二煤层的三维可视化,基于三维巷道的井下监测监控信息展示二三维动画显示等三

4)基于WebGIS技术实现水二火二瓦斯二顶板压力重大危险源的预测预警数据的网上查询和浏览二远程监测管理等功能三

4 结语

1)统一数据库,实现矿井水二火二瓦斯二顶板实时监测数据的统一存储,提高了煤矿重大危险源预警能力,降低了重大危险源事故发生的概率,进而从本质上提高了煤矿的整体安全管理水平三

(下转第50页)

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4摇结论

1)利用AUTODYN 软件对救生舱在巷道中所受

冲击流场进行了数值模拟,100mm 的凸出结构将迎爆面反射超压减小了17.2%,凸出结构改变了冲击波的反射方式,减弱冲击波反射的加强效果,进而减小冲击波对救生舱的破坏作用三

2)利用软件HyperWorks 建立有限元模型,模拟结果表明,当救生舱迎爆面凸出距离从0增大到

1200mm 时,迎爆面单元最大位移从19mm 减小到0.09mm(见图8),迎爆面单元最大位移随着凸出距离的增加呈指数规律减小,这直观地体现了迎爆面的弧形凸出结构能够大幅度增强舱体的抗爆性能三

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(上接第46页)

2)开发具有我国完全自主知识产权的基于GIS

技术的统一的二维和三维可视化数据处理平台,实现数据的集成分析,解决了数据孤岛二系统实用性差等技术难题三

3)开发基于动态数据处理的模型库,提高了预

测预报的精度三

参考文献:

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(责任编辑:卫 蓉)

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矿井重大危险源监测识别及预测预警系统开发

作者:关联合, GUAN Lianhe

作者单位:开滦 集团 有限责任公司,河北 唐山,063018

刊名:

矿业安全与环保

英文刊名:Mining Safety & Environmental Protection

年,卷(期):2014(3)

参考文献(6条)

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