孟 潔

0 引言

瓦斯和火災(zāi)是煤礦中最為嚴(yán)重的兩種安全隱患，是我國(guó)礦業(yè)發(fā)展中亟待解決的重大問題。對(duì)煤炭企業(yè)而言，主要通過提高自身的管理水平、加強(qiáng)職工的技術(shù)培訓(xùn)、改善生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀等措施實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯、火災(zāi)的治理。然而這并不是最有效最直接的方法，而應(yīng)運(yùn)用科學(xué)技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦瓦斯與火災(zāi)事故危險(xiǎn)源的辨識(shí)與預(yù)警。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是指將系統(tǒng)中所有可能出現(xiàn)的或者潛在的能夠?qū)е率鹿拾l(fā)生的危險(xiǎn)狀態(tài)加以分析、辨識(shí)，進(jìn)而進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出一定的評(píng)價(jià)結(jié)果，通過預(yù)警管理系統(tǒng)將相應(yīng)的預(yù)警結(jié)果展示出來(lái)，以此減少煤礦瓦斯與火災(zāi)事故。

1 系統(tǒng)構(gòu)架總體思路

煤礦瓦斯與火災(zāi)危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)辨識(shí)與預(yù)警技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是通過相應(yīng)的管理信息系統(tǒng)完成的。管理信息系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦瓦斯爆炸事故、煤礦火災(zāi)事故重大危險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與辨識(shí)，對(duì)煤礦瓦斯涌出重大危險(xiǎn)源的辨識(shí)與動(dòng)態(tài)臨界界限預(yù)警、預(yù)警信息的實(shí)時(shí)提示與動(dòng)態(tài)修正、相關(guān)預(yù)測(cè)與預(yù)警數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與查詢、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表管理等一系列功能。

系統(tǒng)構(gòu)架旨在合理劃分子系統(tǒng)，以達(dá)到子系統(tǒng)之間的高內(nèi)聚低耦合，最終達(dá)到提高軟件可理解性和可維護(hù)性的目的。同時(shí)，系統(tǒng)構(gòu)架是問題求解及建立解答的一種高級(jí)策略，其總體構(gòu)架的主要任務(wù)是將系統(tǒng)分解成各個(gè)子系統(tǒng)，以使其易于管理，最終得到系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。煤礦瓦斯與火災(zāi)危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)臨界神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，必須既能滿足用戶進(jìn)行日常管理的全部功能需求，又要最大程度地為用戶提供最便捷的操作處理。系統(tǒng)從實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，以此為依據(jù)進(jìn)行構(gòu)架。

1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

煤礦瓦斯與火災(zāi)危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)辨識(shí)與預(yù)警系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上將整體劃分為5 個(gè)子系統(tǒng)與模塊：煤礦瓦斯爆炸事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警子系統(tǒng)、煤礦自燃火災(zāi)事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警子系統(tǒng)、煤礦瓦斯涌出異常的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)與管理和其他功能管理模塊。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包含了系統(tǒng)日常運(yùn)行所必須的所有數(shù)據(jù)信息、維護(hù)與管理信息等。數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)與管理中除自身維護(hù)與管理外，還鑲嵌人機(jī)交互接口模塊，主要為用戶圖形接口與操作界面，為用戶與系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)之間提供了一個(gè)信息交換的通道。通過這一模塊，操作用戶可以對(duì)其輸入更新信息、維護(hù)與管理指令和所需要的信息進(jìn)行查詢、分析，并且可以獲得詳細(xì)、直觀的結(jié)果，而不僅僅是龐大的數(shù)據(jù)表。煤礦瓦斯與火災(zāi)危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)辨識(shí)與預(yù)警系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)見第8 頁(yè)圖1。

1.2 系統(tǒng)原理

在煤礦瓦斯與火災(zāi)危險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)辨識(shí)與預(yù)警系統(tǒng)中采用“評(píng)價(jià)-預(yù)警-反饋”模式，使得各個(gè)過程之間相對(duì)獨(dú)立、相互承接。每個(gè)過程在完成自己功能的同時(shí)，相互銜接組成整個(gè)系統(tǒng)的核心評(píng)價(jià)與預(yù)警功能。在各個(gè)過程內(nèi)部，系統(tǒng)把對(duì)數(shù)據(jù)的操作按照相應(yīng)方法封裝起來(lái)，形成獨(dú)立的子系統(tǒng)與模塊。這些子系統(tǒng)與模塊對(duì)外部?jī)H保留必須進(jìn)行輸入輸出數(shù)據(jù)的接口；而在各個(gè)子系統(tǒng)與模塊之間通過相應(yīng)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)各個(gè)獨(dú)立功能的銜接。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能

在操作上，針對(duì)煤礦瓦斯與火災(zāi)事故重大危險(xiǎn)源辨識(shí)與預(yù)警的每一輪須從評(píng)價(jià)過程開始。系統(tǒng)首先獲取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表的信息，包括評(píng)價(jià)指標(biāo)、評(píng)價(jià)細(xì)則、相應(yīng)的權(quán)值、是否為否決指標(biāo)等，在前端生成具體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表；然后由用戶根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)；完成評(píng)價(jià)后，系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源危險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)定，并相應(yīng)地做出靜態(tài)、動(dòng)態(tài)預(yù)警，發(fā)布預(yù)警信息。預(yù)警結(jié)論應(yīng)當(dāng)作為歷史數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，供用戶進(jìn)行查詢，以及數(shù)據(jù)報(bào)表的導(dǎo)出與管理。另外，當(dāng)前的預(yù)警信息應(yīng)能夠與歷史預(yù)警信息數(shù)據(jù)匯總而生成趨勢(shì)分析圖。

針對(duì)煤礦瓦斯涌出事故重大危險(xiǎn)源辨識(shí)與預(yù)警，在每一輪的辨識(shí)與預(yù)警工作之初，應(yīng)首先獲取煤礦瓦斯涌出量的歷史數(shù)據(jù)（可以通過數(shù)據(jù)接口從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中導(dǎo)入，也可以由用戶手動(dòng)輸入或從數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入）；接下來(lái)應(yīng)當(dāng)由用戶輸入預(yù)期時(shí)間內(nèi)影響瓦斯涌出量的各個(gè)指標(biāo)的具體預(yù)期值；系統(tǒng)在得到這些預(yù)期值后，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)，分析預(yù)測(cè)在這種影響條件下的瓦斯涌出量，同時(shí)也對(duì)可接受的安全狀態(tài)臨界界限做出動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)；通過分析對(duì)比預(yù)測(cè)值與臨界值，得出相應(yīng)預(yù)警結(jié)論，并依照預(yù)警信息的發(fā)布準(zhǔn)則進(jìn)行信息發(fā)布。當(dāng)獲得實(shí)際瓦斯涌出量值的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)需要對(duì)預(yù)警值與預(yù)警界限做出修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入數(shù)據(jù)的反饋。同樣，這一部分的預(yù)警結(jié)論也要存入數(shù)據(jù)庫(kù)中歸檔處理。系統(tǒng)的運(yùn)行流程見圖2。

圖2 系統(tǒng)流程

2 應(yīng)用實(shí)例

同忻礦井是大同煤礦集團(tuán)公司建設(shè)的千萬(wàn)噸級(jí)一井一面礦井，采用主副井斜井后期增加副立井的混合開拓和通風(fēng)方式，對(duì)特厚煤層進(jìn)行放頂煤開采，屬于低瓦斯礦井但具有高瓦斯涌出特征，煤的自燃傾向性等級(jí)為易自燃。以2012 年9 月26 日當(dāng)天晚班預(yù)警數(shù)據(jù)為例。由于同忻礦瓦斯含量及涌出量較大，瓦斯涌出這項(xiàng)指標(biāo)的得分相對(duì)偏低，但由于治理措施合理，管理到位，瓦斯涌出、瓦斯爆炸、自然火災(zāi)3 項(xiàng)指標(biāo)均未出現(xiàn)危險(xiǎn)情況。再如2012 年10 月30 日，8103工作面瓦斯涌出指標(biāo)危險(xiǎn)等級(jí)為很危險(xiǎn)報(bào)警，原因在于該采面接近斷層構(gòu)造帶，且探測(cè)到自燃指標(biāo)氣體乙烯，危險(xiǎn)級(jí)別上升。因此，放慢采掘速度，做到安全度過危險(xiǎn)期，避免事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)。

存在的問題：預(yù)警指標(biāo)不可能一次性羅列完整，有待完善，需根據(jù)不斷出現(xiàn)的新情況增加新的重要指標(biāo)，刪除影響不明顯的指標(biāo)；同時(shí)，預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重也不可能最貼近同忻煤礦的實(shí)際情況，需根據(jù)系統(tǒng)報(bào)警的嚴(yán)重等級(jí)和礦井實(shí)際危險(xiǎn)程度，調(diào)節(jié)各預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重，使預(yù)警系統(tǒng)更貼近同忻礦的實(shí)際情況，做到不漏報(bào)，不誤報(bào)，及時(shí)準(zhǔn)確報(bào)警。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)火災(zāi)、瓦斯事故是煤礦事故中最嚴(yán)重的兩類。礦井火災(zāi)、瓦斯事故發(fā)生后，災(zāi)情發(fā)展迅猛，變化復(fù)雜，影響范圍廣，往往造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，還可誘發(fā)更大次生災(zāi)害，因此煤礦火災(zāi)、瓦斯危險(xiǎn)源預(yù)警技術(shù)便顯得十分重要。煤礦瓦斯與火災(zāi)動(dòng)態(tài)辨識(shí)與預(yù)警技術(shù)是項(xiàng)先進(jìn)和有效的方法，可將事故消滅在萌芽狀態(tài)，具有十分重要的意義及推廣前景。