曲宏亮

（運城市軍事化礦山救護隊，山西 運城 044000）

基于煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)的設計研究

曲宏亮

（運城市軍事化礦山救護隊，山西 運城 044000）

煤礦瓦斯爆炸事故對煤礦井下工作人員的生命安全造成了嚴重的威脅，是煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)首要解決的難題。通過物聯(lián)網(wǎng)技術可以實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)過程中工作人員、生產(chǎn)環(huán)境以及機器設備的有效監(jiān)管，構建集定位檢測、預警管理為一體的動態(tài)安全預警系統(tǒng)，進而提高煤礦安全管理水平，降低煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生概率。

煤礦；瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；設計

我國很多煤礦企業(yè)已對礦井瓦斯含量、溫度以及地下水位、頂板壓力實施自動化檢測，進一步確保煤礦安全生產(chǎn)。但很多企業(yè)對于檢測得到的原始數(shù)據(jù)只是進行簡單處理，缺乏對檢測數(shù)據(jù)之間內(nèi)在關系的研究。針對這種現(xiàn)狀，很有必要以物聯(lián)網(wǎng)技術為基礎，構建出新的煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)。

1 煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)的設計

物聯(lián)網(wǎng)主要是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎，通過傳感器、全球定位系統(tǒng)及射頻識別系統(tǒng)等建立起人和物，人與人，以及物和物之間的內(nèi)在聯(lián)系，是一種可以進行智能化識別、定位跟蹤及監(jiān)管的一種網(wǎng)絡。利用物聯(lián)網(wǎng)技術構建的煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)可以分成應用層、傳輸層以及感知層三層結構，如下圖1所示。

圖1 煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)

如圖1，感知層主要作用是感知采集煤礦井下監(jiān)控范圍內(nèi)工作人員、設備及環(huán)境的各種信息，以確保物聯(lián)網(wǎng)對人員、各種設備的智能化識別、定位與管理。傳輸層主要對感知層所得的信息實施數(shù)據(jù)接入及網(wǎng)絡輸送，促使各通信網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)構成承載網(wǎng)絡，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)層和層之間的信息通信。而應用層主要對數(shù)據(jù)信息實施轉(zhuǎn)換分析，其能夠?qū)φ麄€動態(tài)預警管理系統(tǒng)的井下情形進行動態(tài)分析管理后按照專家系統(tǒng)指令控制現(xiàn)場作業(yè)[1]。

2 設計煤礦瓦斯爆炸動態(tài)安全預警系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括防爆專家系統(tǒng)、礦井安全信息系統(tǒng)、安全信息網(wǎng)絡共享系統(tǒng)以及爆炸危險性動態(tài)預警系統(tǒng)等各種模塊。其一，礦井安全信息系統(tǒng)主要對礦井安全監(jiān)護系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集、高級分析，形成動態(tài)預警指標，然后對全部安全信息進行查詢、分析等。如進行現(xiàn)場作業(yè)檢查是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場安全隱患、評估現(xiàn)場安全情況的重要形式。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對現(xiàn)場房炮作業(yè)流程的整體監(jiān)控，用REID高頻讀寫終端，獲取圖像、條碼掃描以及各種無線通訊信息等。充分滿足了煤礦井下工作人員在惡劣的環(huán)境條件下采集現(xiàn)場作業(yè)信息的需求。同時對于瓦斯賦存規(guī)律實施智能化分析，分析瓦斯地質(zhì)煤層賦存的參數(shù)分布情況，比如：傾角、走向以及厚度等。礦井人員攜帶的移動式瓦斯傳感器用的是ZigBee技術，可將工作臺面的瓦斯數(shù)值傳輸至工作面端口的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，適時監(jiān)測瓦斯源頭情況[2]。其二，煤礦瓦斯爆炸的危險性動態(tài)預警，主要是以工作面為預警單元，并將其分成狀態(tài)與趨勢兩種不同的預警方式。其中前者是以工作面火源、瓦斯傳感器故障及聚積為指標制定的預警規(guī)則，后者主要包括瓦斯超限次數(shù)、瓦斯日移動平均數(shù)值以及超限次數(shù)增長率等。利用互聯(lián)網(wǎng)可適時瀏覽礦井工程圖件、通風系統(tǒng)圖、爆炸預警結果以及設備布置圖等各種情況，同時共享安全信息。其三，防控煤礦瓦斯爆炸的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有知識查詢、管理組織、制定各種方案、制定災后救援措施、及時反饋等功能，其在瓦斯爆炸動態(tài)安全預警管理系統(tǒng)中具有重要作用。同時，這個系統(tǒng)能夠?qū)Ω骷壈踩O(jiān)控系統(tǒng)的設備、環(huán)境以及現(xiàn)場作業(yè)情況適時監(jiān)測，形成所需動態(tài)預警指標[3]，預測瓦斯異常出現(xiàn)的具體時間、地點，災變波及其范圍等。該系統(tǒng)和綜合監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)聯(lián)合遠程監(jiān)控，然后統(tǒng)計分析出安全隱患、人員違章情況及事故情況，進而將其反饋至動態(tài)預警系統(tǒng)，依據(jù)反饋機構調(diào)整各模塊功能，構建閉環(huán)安全管理體系。

3 煤礦瓦斯爆炸動態(tài)安全預警系統(tǒng)的結構設計

該系統(tǒng)主要以安全信息數(shù)據(jù)庫為基礎，由圖形瀏覽器、礦圖編輯系統(tǒng)及災害監(jiān)測數(shù)據(jù)分析器、瓦斯爆炸知識庫系統(tǒng)及控制臺構成[4]。在煤礦井下構建網(wǎng)絡時不是代替原有工業(yè)網(wǎng)絡，而是以ARCGIS地理信息系統(tǒng)作為基礎的開發(fā)平臺，構建以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的瓦斯爆炸預警系統(tǒng)。同時結合傳感器技術、寬帶無線技術等，形成無線傳感器網(wǎng)絡與以太網(wǎng)同時存在的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)在某地煤礦進行現(xiàn)場試驗，選用2827采煤工作臺面與二號石門、綜合面等進行試驗，得出前期試驗效果非常好。將試驗對象擴展至整個工作面，系統(tǒng)平穩(wěn)正常運行，且可按照該預警模型得到較準確的預警結果。

綜上所述，這種基于物聯(lián)網(wǎng)技術的煤礦瓦斯爆炸安全預警系統(tǒng)，將煤礦各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備監(jiān)控融為一體，結合工業(yè)以太網(wǎng)在信息中心位置對各項生產(chǎn)環(huán)節(jié)實施監(jiān)控，并將綜合性的預警數(shù)據(jù)服務器、管理系統(tǒng)與現(xiàn)有煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對接，整合了煤礦各職能部門的安全信息，能夠?qū)崿F(xiàn)惡劣環(huán)境下生產(chǎn)網(wǎng)絡內(nèi)部的機器設備及基礎設施的共同管理，大大提高了預警準確性，可以有效防止煤礦瓦斯爆炸事故的發(fā)生。

[1]鄭萬成，楊勝強.煤與瓦斯突出事故預警系統(tǒng)的研究與應用[J].煤炭技術，2009（1）：63-64.

TP368

A

1671-0037（2014）08-103-1

曲宏亮（1978.12-），男，大專，研究方向：煤礦安全技術。