崔俊飛

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司)

南山煤礦煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)建設(shè)*

崔俊飛1,2

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司)

為了避免煤與瓦斯突出事故，根據(jù)國家安監(jiān)總局28號文要求，基于煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，建立了煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)。以南山煤礦為例，介紹了防突工作面的傳感器布置方法，突出事故報警系統(tǒng)的技術(shù)原理以及建設(shè)過程。實(shí)現(xiàn)了突出事故發(fā)生時系統(tǒng)能自動發(fā)出報警信號及報警短信，通知井下作業(yè)人員及時撤離的要求，對計算事故波及范圍內(nèi)的相關(guān)電氣設(shè)備、電源及時斷電，避免次生災(zāi)害地發(fā)生。

煤與瓦斯突出 事故報警 計算機(jī)系統(tǒng)

2013年3月，國家安監(jiān)總局發(fā)布了關(guān)于加強(qiáng)煤與瓦斯突出事故監(jiān)測和報警工作的通知(安監(jiān)總煤裝〔2013〕28號)，要求建立、完善安全監(jiān)控和煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對突出事故及其發(fā)生時間、地點(diǎn)的自動判識和及時報警。

南山煤礦是龍煤集團(tuán)鶴崗分公司的主力礦井，井田面積1 063 km2，年核定生產(chǎn)能力為300萬t。礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，自燃災(zāi)害嚴(yán)重，1983 年被鑒定為煤與瓦斯突出礦井，2004年被鑒定為高突礦井。為此，南山煤礦和中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司合作，啟動了“煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)建設(shè)”項(xiàng)目。擬通過該項(xiàng)目，完善正在作業(yè)的采掘工作面?zhèn)鞲衅髋鋫洌瑢?shí)現(xiàn)對突出事故及其發(fā)生時間、地點(diǎn)的自動判識和及時報警，并自動計算事故波及范圍，通知相關(guān)人員，控制事故擴(kuò)大，減少人員傷亡。

1 煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)

1.1 技術(shù)原理

在突出煤層的所有采掘工作面回風(fēng)巷增設(shè)高濃度甲烷傳感器和風(fēng)速傳感器，在工作面進(jìn)風(fēng)巷道增設(shè)高低濃度甲烷傳感器和風(fēng)速、風(fēng)向傳感器，在采區(qū)回風(fēng)巷和總回風(fēng)巷安設(shè)高低濃度甲烷傳感器，自動采集工作面瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)、電力監(jiān)控數(shù)據(jù)、人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，分析甲烷濃度、風(fēng)向、風(fēng)速、傳感器故障，及時發(fā)現(xiàn)煤(巖)與瓦斯突出并報警；通過電力監(jiān)控系統(tǒng)，切斷煤礦井下全部非本質(zhì)安全電氣設(shè)備電源，避免瓦斯爆炸事故發(fā)生；通過人員定位系統(tǒng)，確定井下人員的分布情況，及時將作業(yè)人員撤至地面[1]。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)(以下簡稱報警系統(tǒng))總體架構(gòu)分為中央數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集服務(wù)、報警分析服務(wù)、客戶端、短信發(fā)布服務(wù)5個部分，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集服務(wù)從瓦斯監(jiān)控數(shù)據(jù)庫、人員定位數(shù)據(jù)庫、電力監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中讀取實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾、采樣后轉(zhuǎn)存入中央數(shù)據(jù)庫中；報警分析服務(wù)從中央數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析，發(fā)現(xiàn)有瓦斯?jié)舛瘸^臨界值、電力設(shè)備發(fā)生故障或有突出事故發(fā)生時立即計算事故波及范圍，通過客戶端系統(tǒng)和短信發(fā)送服務(wù)，以圖形、聲光、短信的形式進(jìn)行報警，將事故地點(diǎn)、發(fā)生時間等信息以最快的方式提醒技術(shù)人員；客戶端從中央數(shù)據(jù)庫中讀取分析結(jié)果，以圖形的方式展示各種傳感器的狀態(tài)和數(shù)值以及人員定位系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)的工作情況，并可以設(shè)置相關(guān)參數(shù)；短信發(fā)布服務(wù)實(shí)時監(jiān)控報警分析結(jié)果，如果有事故發(fā)生則及時以短信的方式將事故情況發(fā)送到指定用戶的手機(jī)上。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

南山煤礦煤與瓦斯突出報警系統(tǒng)在硬件上以現(xiàn)有的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電力監(jiān)控、監(jiān)控環(huán)網(wǎng)、井上公共網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，配備數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、分析服務(wù)器、終端PC及短信發(fā)布設(shè)備進(jìn)行構(gòu)建。

整個報警系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。為了保證井下監(jiān)控環(huán)網(wǎng)的安全性，報警系統(tǒng)服務(wù)器通過防火墻接入井下安全環(huán)網(wǎng)與各大監(jiān)控系統(tǒng)相連接，實(shí)時采集各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行實(shí)時分析。報警系統(tǒng)客戶端通過地面公共網(wǎng)絡(luò)與報警系統(tǒng)服務(wù)器連接配置各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，報警信息發(fā)布終端通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接報警系統(tǒng)服務(wù)器查看相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形。當(dāng)報警系統(tǒng)服務(wù)器分析發(fā)現(xiàn)異?；蛘呤鹿拾l(fā)生后，通過工業(yè)環(huán)網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)以報警系統(tǒng)客戶端和短信的形式進(jìn)行預(yù)警結(jié)果的發(fā)布，并可以通過廣播系統(tǒng)報警。當(dāng)報警系統(tǒng)分析得出發(fā)生了較強(qiáng)的煤與瓦斯突出事故時會自動計算波及范圍，調(diào)用電力監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)設(shè)備的斷電，防止瓦斯爆炸。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.3 傳感器布置

結(jié)合煤與瓦斯突出事故的特點(diǎn)以及系統(tǒng)建設(shè)需要，選擇以甲烷傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器為主的2大類傳感器進(jìn)行突出事故監(jiān)測。

(1)甲烷傳感器。對事故發(fā)生的時間和地點(diǎn)、事故波及范圍的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，初步判定事故的發(fā)生狀態(tài)、運(yùn)動路線和波及范圍(建議在采掘工作面安裝高濃度的光學(xué)甲烷傳感器)，并對瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測計算。

(2)風(fēng)速風(fēng)向傳感器。對發(fā)生煤與瓦斯突出事故的狀態(tài)、瓦斯逆流波及范圍的風(fēng)速和風(fēng)向進(jìn)行監(jiān)測。

基于國家安監(jiān)局28號文件精神和南山煤礦實(shí)際條件，經(jīng)鶴崗礦務(wù)局和南山煤礦共同研究決定，在斜井一隊、綜采一隊、綜采二隊3個具備突出危險性的采煤工作面，以及其他進(jìn)風(fēng)區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)傳感器的增設(shè)[2]。綜采二隊采煤工作面?zhèn)鞲衅鞑渴鹑鐖D3所示。

圖3 綜采二隊采煤工作面?zhèn)鞲衅鞑渴鹗疽?/p>

留用綜采二隊采煤工作面原有的T1甲烷傳感器(原有T1傳感器為高低濃度甲烷傳感器，不需增加)，在T1附近增設(shè)1臺風(fēng)速風(fēng)向傳感器Fs，用以監(jiān)測該工作面突出事故的發(fā)生狀態(tài)；在該工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)以及進(jìn)風(fēng)分風(fēng)口前10 m風(fēng)流穩(wěn)定處各增設(shè)1臺甲烷傳感器Tgd和風(fēng)速風(fēng)向傳感器Fs，用以監(jiān)測該工作面的突出瓦斯逆流情況；在該工作面增設(shè)甲烷傳感器3臺、風(fēng)速風(fēng)向傳感器3臺。

整個礦井共計安裝高低濃度甲烷傳感器20臺，風(fēng)速風(fēng)向傳感器17臺。

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 中央數(shù)據(jù)庫建設(shè)

采用SQLServer2012創(chuàng)建事故報警系統(tǒng)中央數(shù)據(jù)庫，分為空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫兩個部分[3]?？臻g數(shù)據(jù)庫主要存儲巷道圖形、工作面位置、傳感器位置、通風(fēng)設(shè)施、風(fēng)流方向以及巷道連通關(guān)系等信息，將南山煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)圖進(jìn)行數(shù)字化處理轉(zhuǎn)存到空間數(shù)據(jù)庫中，將所有傳感器名稱編號入庫并在圖形中進(jìn)行定位；屬性數(shù)據(jù)庫主要存儲數(shù)據(jù)采集服務(wù)，從瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)中采集實(shí)時信息、設(shè)置的報警臨界值。報警結(jié)果表結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 報警結(jié)果表結(jié)構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)采集服務(wù)

南山煤礦采用的監(jiān)控系統(tǒng)為北京瑞賽KJ2000N型監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證監(jiān)控系統(tǒng)和井下環(huán)網(wǎng)的安全性，數(shù)據(jù)采集服務(wù)不直接訪問監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，采用在報警系統(tǒng)服務(wù)器創(chuàng)建FTP文件上傳服務(wù)的方式，通過監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)的FTP上傳程序上傳傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)[4]，基于.Net Framework4.0，采用C#語言開發(fā)數(shù)據(jù)采集服務(wù)，直接從上傳的xml文件中提取需要的數(shù)據(jù)并存儲。圖4為數(shù)據(jù)采集服務(wù)控制臺界面。

圖4 數(shù)據(jù)采集服務(wù)控制臺界面

2.3 報警監(jiān)控客戶端

基于.Net Framework4.0框架，采用Microsoft Visual Studio 2010 C#語言結(jié)合ArcGIS提供的MapObject二次開發(fā)組件進(jìn)行開發(fā)。采用ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎，結(jié)合SQLServer2012實(shí)現(xiàn)整個平臺的空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù)的快速交互。整個客戶端由編輯系統(tǒng)，監(jiān)視系統(tǒng)兩個部分組成，編輯系統(tǒng)提供類似AutoCAD操作模式的圖形編輯工具，圖層管理工具，可以進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)施、傳感器的繪制、編輯，進(jìn)行工作面的創(chuàng)建、傳感器關(guān)聯(lián)、傳感器報警臨界值的設(shè)置；監(jiān)視系統(tǒng)提供傳感器實(shí)時值的顯示，被監(jiān)控工作面目前的狀態(tài)，待有事故發(fā)生時及時發(fā)出警報，在圖形中顯示事故的波及范圍以及波及的人數(shù)[5-6]。如圖5所示。

3 結(jié) 語

雖然預(yù)防煤與瓦斯突出事故是世界性難題，依靠現(xiàn)有的防治技術(shù)還不能完全避免事故發(fā)生，但利用先進(jìn)的監(jiān)測手段,實(shí)時監(jiān)控和分析事故造成的傳感器破壞、瓦斯?jié)舛鹊漠惓２▌?、風(fēng)流逆向等情況進(jìn)行報警[7]。以事故理論、災(zāi)變理論、瓦斯災(zāi)害預(yù)警理論為依據(jù)，在煤礦現(xiàn)有的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、煤礦井下環(huán)網(wǎng)、辦公網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用計算機(jī)軟件技術(shù)建設(shè)了煤與瓦斯突出事故報警系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于南山煤礦。在事故發(fā)生時以多種途徑及時發(fā)出報警信息，通知井下作業(yè)人員及時撤離，避免或減少人員傷亡，同時，切斷井下相關(guān)設(shè)備的電力供應(yīng)，避免或減少了瓦斯爆炸等次生災(zāi)害的發(fā)生。

圖5 報警監(jiān)控客戶端界面

[1] 孫繼平.煤與瓦斯突出報警方法[J].工礦自動化,2014(11):1-5.

[2] 孫繼平.《煤礦安全規(guī)程》安全監(jiān)控與人員位置監(jiān)測修訂意見[J].工礦自動化,2014(6):1-7.

[3] 劉 曉,張瑞林,冀超輝.基于GIS的瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建立研究[J].煤炭工程,2009(9):125-127.

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[5] 朱紅青,秦曉峰,楊成軼,等.煤與瓦斯突出事故虛擬仿真系統(tǒng)[J].煤礦安全,2014(6):89-91.

[6] 杜軍峰. 煤與瓦斯突出事故預(yù)防信息系統(tǒng)研究[J].山西煤炭,2014(6):27-29.

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Development of Coal and Gas Outburst Accident Alarm System in Nanshan Coal Mine

Cui Junfei1,2

(1.State Key Laboratory of Gas Disaster Detecting,Preventing and Emergency Controlling;2.China Coal Technology Engineering Group Chongqing Research Institute)

In order to prevent coal and gas outburst accident, according to the No.28 policy document of state administration of work safety bureau, the coal and gas outburst accident alarm system is established by computer software technology based on coal mine gas monitoring system, personnel positioning system and power monitoring system. Taking the Nanshan coal mine as the research example, the sensor arrangement method of outburst prevention working face, the technology principle and construction process of outburst accident alarm system are introduced in detail. When the outburst accident is happened, the system can send out sound and light automatically which are the alarm signals and messages that the underground working personnel should be evacuate immediately, besides that, all the power of the electrical equipment in the outburst accident affected scope are cut off in coal mine so as to avoid the occurrence of the secondary disasters.

Coal and gas outburst, Accident alarm, Computer system

*“十二五”國家科技支撐計劃資助項(xiàng)目(編號：2012BAK04B01)；中國煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(編號：2013ZD002)；中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司自立科研開發(fā)項(xiàng)目(編號：2012ZDXM10)。

2015-04-15)

崔俊飛(1983—)，男，助理研究員，碩士，400037 重慶市沙坪壩區(qū)上橋三村55號。