任宏偉

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司，山西 陽泉 045000）

礦井火災(zāi)作為影響煤礦安全生產(chǎn)的重要因素之一，如何實(shí)現(xiàn)災(zāi)情的快速預(yù)警及有效抗災(zāi)措施的即時響應(yīng)，一直是科研工作者和工程技術(shù)人員追求的目標(biāo)。當(dāng)前我國煤礦都要求安裝井下安全監(jiān)控系統(tǒng)，以保障煤礦安全生產(chǎn)，但各煤礦安裝的監(jiān)控系統(tǒng)的功能各不相同，加之煤礦井下需監(jiān)測的參數(shù)眾多，很難將井下參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)整合優(yōu)化，導(dǎo)致智能抗災(zāi)功能實(shí)現(xiàn)效果不佳?；谏鲜鰡栴}，本文以新景礦二號井為研究對象，整合監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)、數(shù)據(jù)傳送技術(shù)、系統(tǒng)控制技術(shù)和自動風(fēng)門技術(shù)，結(jié)合新景礦二號井防災(zāi)抗災(zāi)的現(xiàn)實(shí)需求，研究了一套巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)。

1 概 況

1.1 礦井概況

新景礦二號井位于山西陽泉境內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有2 個主立井，1 個副立井，2 個回風(fēng)井。經(jīng)鑒定該礦井為低瓦斯礦井，可采儲量667.99 Mt，3-1 煤層和3-1上煤層為易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

二號井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量800 萬t，主要運(yùn)輸巷道膠帶輸送機(jī)運(yùn)量大，運(yùn)距長達(dá)5 800 m，井下聯(lián)絡(luò)巷道多，中央帶式輸送機(jī)大巷與輔運(yùn)大巷的聯(lián)絡(luò)巷多達(dá)21 條，通風(fēng)條件復(fù)雜。因此為保障井下安全生產(chǎn)，進(jìn)行二號井巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)研究。

1.2 智能抗災(zāi)系統(tǒng)架構(gòu)

礦井智能抗災(zāi)系統(tǒng)的核心是實(shí)現(xiàn)抗災(zāi)救災(zāi)過程的信息化和自動化控制，災(zāi)變時能提供完全自動抗災(zāi)措施和輔助抗災(zāi)方案，供決策者和救援人員使用。新景礦二號井的智能抗災(zāi)主要包括地面計(jì)算機(jī)組和配套的數(shù)據(jù)采集控制管理軟件、千兆/光兆以太網(wǎng)、光纖轉(zhuǎn)換器、防火救災(zāi)反風(fēng)風(fēng)門、風(fēng)門狀態(tài)信號采集控制主機(jī)、圖像監(jiān)控設(shè)備以及環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測傳感器等，可實(shí)現(xiàn)井下各項(xiàng)氣體數(shù)據(jù)智能采集、彩色低照高清攝像頭持續(xù)監(jiān)控、語音燈光連鎖報(bào)警和最佳路線指示等功能，如圖1、圖2 所示。

圖1 系統(tǒng)設(shè)備組成示意Fig.1 System equipment composition

圖2 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)功能示意Fig.2 Function of the system can be realized

2 災(zāi)變智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)

2.1 智能抗災(zāi)風(fēng)門工作原理及技術(shù)要求

根據(jù)井下不同巷道通風(fēng)實(shí)際情況安裝不同類型的抗災(zāi)智能風(fēng)門。未發(fā)生災(zāi)變時，人車通行且通風(fēng)需隔離的巷道安設(shè)全自動智能風(fēng)門，進(jìn)回風(fēng)巷道之間的風(fēng)門使用手動反風(fēng)風(fēng)門，人車通行但通風(fēng)不需隔離的巷道安設(shè)手動控制救災(zāi)風(fēng)門。當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，通過多個智能風(fēng)門開啟和關(guān)閉的組合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)流短路或者斷路并隔離危險(xiǎn)區(qū)域。

智能風(fēng)門的技術(shù)要求主要包括控制類型和風(fēng)門選型。智能風(fēng)門的控制類型包括調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制、遙控器遠(yuǎn)距離控制和本地救災(zāi)按鈕控制。調(diào)度中心遠(yuǎn)程控制是指通過授權(quán)調(diào)度中心操作人員，調(diào)度中心人員通過全自動/半自動/手動等方式執(zhí)行系統(tǒng)預(yù)設(shè)的搶險(xiǎn)救災(zāi)預(yù)案；遙控器遠(yuǎn)距離控制是指人員可在距離風(fēng)門50 m 處的上風(fēng)流中攜帶手持式遙控器控制抗災(zāi)風(fēng)門的動作；本地救災(zāi)按鈕控制是指當(dāng)前兩項(xiàng)控制手段在特殊原因下失效時，救災(zāi)人員可通過井下風(fēng)門處的“救災(zāi)”按鈕進(jìn)行風(fēng)門的動作的控制，可根據(jù)實(shí)際情況選擇在10～255 s 后風(fēng)門進(jìn)行動作。

2.2 智能抗災(zāi)風(fēng)門的選型及安裝

對新景礦二號井生產(chǎn)、安全情況進(jìn)行分析，具有以下特點(diǎn)：①主要主運(yùn)巷道長，帶式輸送機(jī)運(yùn)量大，新景礦二號礦井中央帶式輸送機(jī)大巷全長5 800 m，承擔(dān)著全礦井的煤炭運(yùn)輸任務(wù)，年輸送煤炭量逾1 000 萬t；②聯(lián)絡(luò)巷道多，中央帶式輸送機(jī)大巷與輔運(yùn)大巷聯(lián)絡(luò)巷道有21 條。

根據(jù)該礦井生產(chǎn)現(xiàn)狀和實(shí)際生產(chǎn)情況，結(jié)合實(shí)際巷道尺寸、行人通車、巷道通風(fēng)量、風(fēng)門承受的風(fēng)壓以及風(fēng)門在整個通風(fēng)系統(tǒng)中的安設(shè)位置等因素進(jìn)行綜合考慮，在井下中央帶式輸送機(jī)大巷及相關(guān)巷道安裝12 套抗災(zāi)裝置，具體型號及布置位置見表1。

表1 抗災(zāi)風(fēng)門的安裝位置及規(guī)格型號Table 1 Installation location and specifications of anti-disaster wind door

根據(jù)二號井中央帶式輸送機(jī)大巷長度以及兩部膠帶的分布，將救災(zāi)系統(tǒng)劃分為5 個分區(qū)，分別為抗災(zāi)A 區(qū)、抗災(zāi)B 區(qū)、抗災(zāi)C 區(qū)、抗災(zāi)D 區(qū)和抗災(zāi)E 區(qū)，如圖3 所示?？篂?zāi)A 區(qū)范圍為1 號主回聯(lián)巷至膠帶機(jī)頭部分，抗災(zāi)B 區(qū)范圍為4 號主回聯(lián)巷至中央1 號主回聯(lián)巷，抗災(zāi)C 區(qū)范圍為2 號檢修處主回聯(lián)巷至4 號主回聯(lián)巷，抗災(zāi)D 區(qū)范圍為21 號主回聯(lián)巷至2 號檢修處主回聯(lián)巷，抗災(zāi)E區(qū)范圍為中央帶式輸送機(jī)末端大巷位置至21 號主回聯(lián)巷。

圖3 新景礦二號井系統(tǒng)區(qū)域救災(zāi)及抗災(zāi)風(fēng)門布置Fig.3 The layout of disaster relief and anti-disaster air doors in No.2 well system area of Xinjing Mine

2.3 多元信息實(shí)時監(jiān)測

智能風(fēng)門附近關(guān)鍵點(diǎn)的位置安設(shè)粉塵濃度、溫度、風(fēng)速、煙霧、CO 等傳感器，用于在線監(jiān)測巷道的環(huán)境變量；每套風(fēng)門安裝2 套高清低照防爆攝像頭，實(shí)現(xiàn)音/ 視頻的24 h 實(shí)時持續(xù)監(jiān)控；設(shè)置智能風(fēng)門故障可視化系統(tǒng)，自動顯示故障類型和故障含義，幫助技術(shù)人員快速進(jìn)行風(fēng)門維修和故障排除。

2.4 智能風(fēng)門的救災(zāi)特性

每臺風(fēng)門配套1 套噴霧系統(tǒng)，具有災(zāi)變時除塵降溫，阻止火災(zāi)蔓延的作用。該噴霧系統(tǒng)可以提前設(shè)置溫度、煙霧等各種報(bào)警條件，達(dá)到條件后自動開啟噴霧，也可以通過操作人員在地面通過軟件系統(tǒng)的界面主動進(jìn)行噴霧動作。噴霧系統(tǒng)連接的水電聯(lián)動箱具有缺水欠壓自動報(bào)警和補(bǔ)水功能，具體如圖4 所示。

圖4 智能風(fēng)門噴霧系統(tǒng)連接示意Fig.4 Intelligent air door spray system connection

2.5 抗災(zāi)系統(tǒng)軟件

智能風(fēng)門抗災(zāi)系統(tǒng)軟件采用Microsoft Visual Studio 和Java 編制設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)客戶端部分采用JavaScript 編制設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)存儲采用Microsoft SQL SERVER 編制設(shè)計(jì)。依靠軟件控制實(shí)現(xiàn)整個井下智能風(fēng)門抗災(zāi)控制，軟件界面如圖5 所示。

圖5 救災(zāi)系統(tǒng)軟件界面Fig.5 Disaster relief system software interface

當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，該軟件控制系統(tǒng)可提供完全自動救災(zāi)、自動救災(zāi)輔助方案和手動救災(zāi)3 種方式供決策者選擇。完全自動救災(zāi)是按照提前編制的救災(zāi)預(yù)案應(yīng)對各種情況，一般情況下不使用；自動救災(zāi)輔助方案是系統(tǒng)提供若干救災(zāi)方案，決策者可根據(jù)井下實(shí)際情況進(jìn)行判斷和選擇；手動救災(zāi)是指救災(zāi)人員資助規(guī)劃救災(zāi)路線和風(fēng)流切換路線，自主設(shè)計(jì)方案，然后通過系統(tǒng)控制進(jìn)行方案的實(shí)施。

當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，該軟件控制系統(tǒng)可提供完全自動救災(zāi)、自動救災(zāi)輔助方案和手動救災(zāi)3 種方式供決策者選擇。完全自動救災(zāi)是按照提前編制的救災(zāi)預(yù)案應(yīng)對各種情況，一般情況下不使用；自動救災(zāi)輔助方案是系統(tǒng)提供若干救災(zāi)方案，決策者可根據(jù)井下實(shí)際情況進(jìn)行判斷和選擇；手動救災(zāi)是指救災(zāi)人員資助規(guī)劃救災(zāi)路線和風(fēng)流切換路線，自主設(shè)計(jì)方案，然后通過系統(tǒng)控制進(jìn)行方案的實(shí)施。

3 結(jié) 語

根據(jù)新景礦二號井的實(shí)際情況，研究了巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)，從災(zāi)變應(yīng)急控制硬件和軟件系統(tǒng)兩方面描述了整個系統(tǒng)構(gòu)架，旨在實(shí)現(xiàn)災(zāi)變區(qū)域控風(fēng)設(shè)施的自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化。研究的巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)在新景礦二號井應(yīng)用后，對運(yùn)行情況進(jìn)行了觀察。實(shí)踐表明，設(shè)計(jì)的巷道智能抗災(zāi)應(yīng)急控制系統(tǒng)科學(xué)合理，工作過程穩(wěn)定、可靠，可以實(shí)現(xiàn)井下風(fēng)門現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)的自動監(jiān)測及抗災(zāi)救災(zāi)風(fēng)智能門的遠(yuǎn)程控制；巷道火災(zāi)時，用戶界面可以顯示當(dāng)前風(fēng)流方向、逃生路線、各風(fēng)門的開閉情況和是否發(fā)生災(zāi)變信息等，同時提供手動救災(zāi)、完全自動救災(zāi)和輔助救災(zāi)方案等選擇，達(dá)到安全、快速、精準(zhǔn)、有效的抗災(zāi)救災(zāi)效果，保障了巷道的安全生產(chǎn)。