煤与瓦斯突出综合预警系统

焦煤集团科技创新成果申报表

演马庄矿煤与瓦斯突出综合预警系统成果总结

1.立项背景

近年来随着矿井开采规模的不断扩大，采掘深度不断延伸，突出矿井危险性日益增强，高瓦斯矿井也逐渐向突出矿井转化。不同的矿井、矿区突出危险特征各不相同，需要逐步积累适合于河南煤业化工集团自身特点的瓦斯灾害治理模式。通过河南煤业化工集团先进技术示范，实现对煤与瓦斯突出灾害治理技术的不断突破，将对煤与瓦斯突出灾害治理技术积累提供，以解决传统的突出预测技术在许多方面都表现出的局限性，例如无论是单指标还是综合指标，都无法全面的反映致灾原因；其次预测方法都是静态不连续的，无法在采掘生产过程中及时准确预测突出危险性等等。从管理上也存在种种缺陷，如领导或技术人员的经验主义、预测或消突方法措施把关不严等等。而煤与瓦斯突出综合预警技术的研究就在以上这些方面弥补了传统技术方法和管理上存在的不足。为保障煤矿安全生产管理以及煤与瓦斯突出灾害的防治提供了一套规范化、精细化的技术与管理体系。开展煤与瓦斯突出综合预警技术研究项目是十分必要并具有重要意义的。

2.研究开发内容

（1）实施矿井煤与瓦斯突出预警指标体系考察

指标体系研究是整个项目研究实施的前提和基础，其研究成果为综合管理系统的开发，实现实施矿井瓦斯灾害智能、综合预警提供技术基础。针对实施矿井目前突出灾害防治技术现状，以《防治煤与瓦斯突出规定》为依据，并结合国内外其他矿井的突出规律，研究建立一套实施矿井瓦斯突出灾害智能化管理指标体系，为实施矿井煤与瓦斯突出综合预警系统建设提供技术支撑。如图1所示：

图1 瓦斯突出灾害预警指标体系

（2）实施矿井煤与瓦斯突出灾害智能化管理的矿山数字化建设

该项内容研究的目的是实现实施矿井基于煤与瓦斯突出灾害智能化管理相关信息的矿山

数字化，建立实施矿井动态综合空间信息数据库，以便于将分散在各部门的安全信息进行采集、集中管理、查询、维护、综合分析等，也为矿井瓦斯灾害智能化管理提供动态的基础信息资料。主要数据包括：煤层、瓦斯赋存信息，井巷信息，防突措施信息等。

（3）突出综合预警软件系统构建

该项研究内容是整个项目研究实施的关键和核心，该平台将借助重庆研究院现有的瓦斯灾害智能化预警系统平台，为实施矿井地测、通风防突、监控中心等相关职能部门定制适应性开发“地质测量管理子系统、采掘进度管理系统、瓦斯地质分析子系统、防突动态信息管理子系统、瓦斯涌出动态分析子系统、预警信息综合管理平台等”6个专用软件，并通过对这些子系统软件进行集成，构建起矿井煤与瓦斯突出综合预警平台，将各部门离散的数据资料集中信息化管理及综合分析，实现对实施矿井与瓦斯灾害危险性的超前、实时、智能预警，从而提高实施矿井瓦斯灾害防治技术水平和管理。

①瓦斯地质分析子系统

瓦斯地质分析软件主要通过对瓦斯赋存、地质构造、保护层开采效果、煤柱影响区、采掘影响、抽放效果等信息动态分析、评价，实现瓦斯地质信息图以及相关瓦斯参数的动态绘制，动态区域预测等功能，区域预测结果直接作为预警系统基础数据，完成工作面采掘环境危险评价。从而形成最新的瓦斯地质图，以指导矿井瓦斯防治工作。

②动态防突管理与分析技术研究

该系统的主要目的是进行矿井日常防突工作的精细化管理，其核心功能是进行井下日常预测指标实测数据、井下实际施工的防突措施信息的管理、矿井工作面防突措施的智能化设计等，为突出智能化管理提供日常预测指标数据以及防突措施存在的缺陷信息。该系统结合实施矿井在煤与瓦斯突出防治管理方面的特点，利用计算机Web技术，引入GIS图文管理理念，以“四位一体”防突措施为依据，并在其基础上进行扩展，在执行预测、措施、效检、安全防护措施时，对每个环节进行精确分析与验证，以此实现防突信息精细化、数字化动态管理，同时对煤与瓦斯突出危险性从以往单指标、静态预测，提升为多指标、连续、动态综合分析。

③瓦斯涌出动态智能分析技术研究

该子系统的主要目的是对矿井安全监控系统的瓦斯浓度监测数据进行综合分析，为突出预警提供瓦斯涌出动态指标信息，实现工作面突出危险性的实时、动态及智能预警。该子系统将包括服务器端和客户端两个部分：客户端的主要功能是进行瓦斯浓度监测数据的统计分析，以及瓦斯涌出动态指标的考察，确定出符合矿井实际特征的瓦斯涌出动态预警指标；服务器端的功能是自动计算通过客户端考察确定出的瓦斯涌出动态指标值，实现突出危险性的

实时、动态及智能预警。

④地质测定管理子系统与采掘动态管理子系统

该子系统的主要目的是进行矿井基础信息的数字化，为整个预警功能的实现提供数字化平台，为突出预警功能的实现提供地质构造、工作面实际空间位置信息，同时为地测部门进行其日常管理工作提供先进的工具。其核心功能是进行地质测量数据信息的维护与管理，数字化矿图的编辑与维护。

⑤采掘进度管理系统

采掘生产进度管理系统用于管理生产、技术部门的日常工作及事务，主要包括回采、掘进生产报表管理，采掘衔接辅助决策等相关报表的自动生成。该系统为预警系统提供日常采掘进尺数据，根据进尺情况自动延伸巷道，并实时分析巷道空间位置信息，完成相关指标危险预警。

⑥综合预警信息管理系统

综合预警信息管理系统是突出预警平台的核心内容，利用重庆煤科院自主研发的瓦斯灾害预警系统平台，根据全国普遍性的突出规律与实施矿井的突出特点与规律，建立实施矿井煤与瓦斯突出预警的指标体系，利用煤与瓦斯突出预警系统对工作面采掘过程中的突出危险性进行状态（突出危险性当前所处状态）预警和趋势（突出危险性未来发展趋势）预警。根据各项危险因素的综合分析，按其危险程度将工作面突出危险性当前所处的状态分为三个等级：正常、威胁、危险；将工作面未来突出危险性未来发展趋势分为三个等级：绿色警报、橙色警报及红色警报。

i状态预警

正常：工作面各种指标正常，可以安全作业。

威胁：工作面突出预测没有危险或需要预测确定，但是，需要重点关注，加强管理。

危险：工作面具有突出危险性，停止作业，采取防突措施或进一步确认突出危险性。

ii趋势预警

绿色：前方的突出危险性趋向安全。

橙色：前方一定距离处可能存在危险性，提请关注。

红色：前方的突出危险性趋向严重，应重点关注、加强管理、强化措施。

通过突出危险性状态和趋势这两个方面的预警不仅能了解到工作面目前所处的突出危险性的状态，而且还能得知其突出危险性发展的趋势，并将预警结果实现集中显示，从而为矿井进行瓦斯突出灾害的防治提供决策依据。

（4）拟解决的关键科学技术问题

①实施矿井采掘工作突出危险性状态及趋势程度变化规律研究；

②基于监控数据瓦斯涌出动态分析煤与瓦斯突出危险性模型；

③基于实施矿井实际瓦斯灾害特征建立综合预警指标体系及预警规则库；

④建立基于煤与瓦斯突出灾害综合预警信息的动态综合数据库；

（5）技术创新点

①根据实施矿井灾害特征，建立瓦斯灾害综合预警方法，实现实施矿井煤与瓦斯突出危险性的在线辨识、智能分析及预警：

根据实施矿井实际情况，利用煤矿安全监控、局域网和专业分析系统，监测跟踪工作面煤层赋存、瓦斯地质、煤质特征、瓦斯涌出、巷道布置、通风、防治措施、设备及人员管理等情况，在系统分析工作面存在的各种隐患和事故前兆信息基础上，实时、动态地分析工作面突出危险状态和发展趋势，根据预警规则用不同颜色或文字进行预警结果发布，实现实施矿井灾害在线监测、超前预警、辅助决策；

②考虑实施矿井安全管理制度及操作习惯，实现基于实施矿井灾害特征的规范化、精细化安全管理；

考虑实施矿井安全管理制度及操作习惯，借助预警平台对安全信息共享和集中管理，实现灾害防治规范化的过程控制，形成适合于实施矿井灾害特征的基于精细化、规范化、信息化的综合安全管理与预警平台，提高煤矿安全及技术管理水平。

（6）考核的主要技术指标

在实施矿井已有的预测技术及装备条件的基础上，甲方严格按乙方制定的综合预警配套管理制度执行的前提下，达到以下技术指标：

（1）综合预警平台系列软件专业辅助分析相关主要技术指标

●实现煤层瓦斯参数如压力、含量等值线的动态绘制和预测；

●实现动态生成煤层瓦斯地质信息图，以及执行区域防突措施（保护层开采、预抽煤

层瓦斯）后瓦斯地质图的动态更新；

●实现防突措施钻孔（穿层钻孔、顺层钻孔、石门揭煤钻孔等等）以及预测钻孔的智

能设计；

●实现措施施工效果智能分析，多循环多类型钻孔施工效果图的动态绘制；

●实现采掘进度图的动态绘制；

●实现采掘工程平面图施工巷道的自动延伸和校正。

（2）综合预警方法及效果相关技术指标

●对掘工作面贯通前预警：综掘工作面相距70m、其它巷道相距30m时自动进行贯通预

警；

●根据区域措施、采掘部署、地质构造等信息对区域突出危险区进行动态预测和划分，采掘工作面距离区域预测突出危险区20m超前分级预警；

●实现突出预警结果在局域网内的实时发布；

●根据不同指标确定不同等级的预警结果，并提供相应的措施响应建议。

●在实施矿井当前防突技术与设备条件下，在保证预警基础数据的准确性和及时性的前提上，利用日常预测指标超标、喷孔、喷孔率增加、以及其他一些突出预兆或空间距离等井下实际的现象，对煤与瓦斯突出危险性预警综合准确进行判断，准确率达80%以上。

（3）建立起实施矿井专用煤与瓦斯突出预警指标体系，确定出各突出预警指标临界值。（7）提供的成果形式

①实施矿井煤与瓦斯突综合预警规则说明，纸质和电子版；

②实施矿井防突预警的岗位责任管理制度，纸质和电子版；

③煤与瓦斯突出综合预警系统平台软件及使用许可；

④项目科学研究报告，纸质和电子版。

3.主要创新点

（1）根据实施矿井灾害特征，建立瓦斯灾害综合预警方法，实现实施矿井煤与瓦斯突出危险性的在线辨识、智能分析及预警：

根据实施矿井实际情况，利用煤矿安全监控、局域网和专业分析系统，监测跟踪工作面煤层赋存、瓦斯地质、煤质特征、瓦斯涌出、巷道布置、通风、防治措施、设备及人员管理等情况，在系统分析工作面存在的各种隐患和事故前兆信息基础上，实时、动态地分析工作面突出危险状态和发展趋势，根据预警规则用不同颜色或文字进行预警结果发布，实现实施矿井灾害在线监测、超前预警、辅助决策；

（2）考虑实施矿井安全管理制度及操作习惯，实现基于实施矿井灾害特征的规范化、精细化安全管理；

考虑实施矿井安全管理制度及操作习惯，借助预警平台对安全信息共享和集中管理，实现灾害防治规范化的过程控制，形成适合于实施矿井灾害特征的基于精细化、规范化、信息化的综合安全管理与预警平台，提高煤矿安全及技术管理水平。

4.应用地点和效果

演马庄矿煤与瓦斯突出综合预警系统在27131工作面上段，27131运输巷等工作面发挥了重要作用，分别从区域措施效检、瓦斯地质、采掘影响、日常预测、防突措施、瓦斯涌出等六方面进行实施，实现演马庄矿煤与瓦斯突出危险性超前预警辅助决策。将矿井安全生产、

采掘空间信息、高效集约开采管理体制等充分融合，在演马庄矿建设成一套煤与瓦斯突出灾害综合管理长效机制，整体提升实施矿井瓦斯灾害防治与管理水平，达到演马庄矿突出灾害防治系统化、精细化、规范化管理的目的。

5.推广前景

本项目的研究对实施矿井提供安全管理水平、减少灾害事故率、降低灾害影响范围方面启动到了积极作用，以减少实施矿井一次突出事故计算，预计间接经济效益在千万元以上；在未来5年，在集团公司其他重点突出矿井将逐步推广该技术，以此计算，将为河南煤业化工集团带来上亿元的产值，经济效益相当显著。

该项目的研究成果将对提高我国矿井对瓦斯事故的防灾和救灾的水平，预防重大瓦斯事故的发生具有非常重要的意义。煤与瓦斯突出综合预警技术是与国家政策配套的技术和装备，可在全国各类高瓦斯和突出矿井使用，是煤矿企业急需技术，技术竞争力强，市场前景广阔。

该项目研究成果能够实时、动态的发布矿井瓦斯灾害的预警等级和发展趋势，能够有效防止瓦斯灾害的发生，同时提供了便捷专用管理软件，提高劳动效率；为煤矿企业带来了巨大的经济效益。当前，煤矿安全事故已经成为当前国内外关注的热点，成为国务院和各级政府现阶段工作的一个重点，而该套技术的在河南煤业化工集体的推广应用，不仅将大大减少煤矿瓦斯事故，同时对该企业的可持续发展、改善矿井安全现状、维护社会稳定具有重大意义。