区域化全方位实时监测预警系统的应用

杨 洪

（大同煤矿集团公司 通风处，山西 大同 037003）

1 实施区域化全方位实时监测预警的原因及现实意义

煤矿最主要的安全场所是采掘工作面等作业点，如果能够控制所有这些作业点的安全也就控制了整个矿井的安全。影响工作面作业点的安全因素很多，譬如停风或微风作业、风流不稳、瓦斯超限、瓦斯异常涌出、采空区自然发火、煤与瓦斯突出、停风或超限未断电、超强度开采、瓦斯未能有效抽采等等，如果能够集成监测和控制所有这些因素在安全范围内，就可避免煤矿瓦斯事故。然而现行的煤矿监测监控系统都是基于传感器单测点的标准，缺少面的集成和区域的合成，数据单一，无法形成网络化的集成体系，不能表达测控单元间的相互关系，缺少测控单元位置描述，只能用于传感器级别的瓦斯超限报警与局部断电等有限用途，缺少停风与断电状态可靠监测技术手段，难以对工作面等所在区域对象的整体安全状况进行全面监测监控，无法实现由点到面的提升。针对这一问题，建立以工作面为目标对象的集成化测控系统，实现对安全生产因素的集成测控、实时安全评价、实时安全预测预警，实现直到井下作业场所的多级调度报警与处理系统，对于防治煤矿安全事故具有十分重要的意义。

近年来我国煤矿发生瓦斯事故的矿井都装有监测监控系统，甚至是最先进的系统，还一再发生瓦斯事故，不可否认有管理方面的原因，但更主要的是我国煤矿安全监测监控领域仍然存在较为棘手的技术问题。众所周知风、电、瓦斯是煤矿瓦斯事故三大要素，但现行使用的监测监控系统中缺少采掘工作面风量监测与微风报警及断电测控技术；缺少停风状态下准确度较高的监测识别技术；缺少对工作面及超限风流流经区域快速断电监测监控技术；缺少对整个工作面整体安全状态的全方位监测监控技术。广泛应用的现有技术仅仅解决了瓦斯超限监测报警与部分断电功能，它仍不够完善，无法为矿井的安全提供更精确的数据，仍存在不稳定因素。因此，一套煤矿安全区域化全方位实时监测预警综合防御系统对于解决上述问题具有很大的现实意义。

2 实施区域化全方位实时监测预警的过程及创新点

2.1 实施区域化全方位实时监测预警的过程

根据矿井的实际情况，10103采煤工作面采用被动式测压。为了准确测定煤层原始瓦斯压力，须选择穿层测压钻孔布置方法。

2.2 测压钻孔的布置及施工

煤矿安全监控系统区域化改造，在现有瓦斯超限报警功能基础上开发了高可靠性主扇停风监测、局扇停风监测、微风监测、未断电监测、风门短路监测、瓦斯抽采异常监测、监测系统故障监测、监测联网通讯故障监测、数据传输中断监测等实时监测功能，实现了工作面全方位全过程的综合实时报警监测监管。

（1）异构监测监控系统综合集成接口

随着科学技术水平的不断发展与矿井电子技术的不断提高，部分矿井往往装有不同类型的监测监控系统，但井下工作面等区域测控需要将所有这些测控系统集成，譬如不同厂家的煤矿安全监测监控系统、抽放监测系统、火灾监测系统、人员监测系统等等，这是实现多角度全方位实时测控的基础。为此同煤集团研究开发了一套异构通用集成接口系统，本接口系统能够兼容矿井各种类型的异构监测监控系统，就如同一个系统一样，为构建综合集成自动化全方位监测监控系统打下了坚实的基础。

（2）煤矿安全全方位综合集成实时报警监测平台

区域化综合集成指涉及煤矿安全生产的各种异构监测系统的集成，譬如煤矿安全监测监控系统、煤矿瓦斯抽采监测监控系统、煤矿生产监测监控系统、煤矿束管火灾监测系统、煤矿人员监测系统等等，实现所有监测数据共享与分析及报警监测。全方位指在通常瓦斯监测功能基础上增加影响煤矿瓦斯火灾事故的所有影响因素的监测以及提供对这些影响因素相互关系的监测，由此为工作面安全提供先进全面的综合自动化保障技术（见图1）。

图1 全方位综合集成监测系统

系统具有如下功能：①局扇停风状态高可靠性监测识别与报警断电，井下掘进工作面风筒末端安设有风筒风量传感器，可有效解决局扇停风监测监管问题；②采掘工作面、采区等主要巷道风量实时监测与微风报警监测，井下巷道安设有巷道风量传感器，可有效解决风量不足或微风停风监测监管问题；③瓦斯报警趋势同步分析显示功能，可在报警的同时显示发展趋势状态；④数字矿图报警位置同步定位显示功能，动画显示功能，按面域或传感器位置定位查询显示与实时图形化监测（见图2）；⑤提供综合实时曲线监测、历史曲线分析、数据查询、断电跟踪监测、实时处理调度等全面完善的监测、分析与处理手段。

图2 定位查询显示与实时图形化监测

2.3 实施区域化全方位实时监测预警的创新点

（1）将基于点的有限测控提升到对工作面区域整体的全面测控，极大提高了监测监控系统的测控能力，实现了各种异构系统的集成应用。

（2）局扇风筒出口风量实时在线监测装置，为掘进工作面通风可靠监测提供了先进的自动化测控技术手段。

（3）矿井总回、采区、采掘工作面巷道风量全面实时监测技术，为矿井各种巷道通风可靠监测提供了先进的自动化测控技术手段。

（4）基于监测系统实时数据源的煤矿工作面等所有区域对象的安全状态实时评价技术，为煤矿事故及时处理与科学决策提供先进的技术方法。

（5）网络化采用分源预测法预测工作面测点的瓦斯涌出量与瓦斯抽采量，能够依据有限样本计算瓦斯含量或瓦斯涌出量，自动生成数字矿图格式的瓦斯参数预测分布图。

（6）基于AQ6201标准的煤矿安全监测联网综合实时监测监管。

3 实施区域化全方位实时监测预警的应用情况及经济社会效益

3.1 实施区域化全方位实时监测预警的应用情况

本系统于2013年2月～8月在集团公司晋华宫、四台矿进行了安装使用，其中：晋华宫矿安装了风筒风量传感器8台、巷道风量传感器4台，四台矿安装了风筒风量传感器6台、巷道风量传感器7台。在使用过程中，根据实际的工作需要不断改进，进一步提高了井下及面域化全方位实时监控的各项功能，使用效果明显，达到了预期的目的，有效地实现了矿井整体安全状态的面域化全方位实时监测监控及分析。

3.2 实施区域化全方位实时监测预警的社会经济效益

煤矿安全监控系统面域化改造经过了近6 个月的运行，井下风筒及巷道风量传感器的检测精准度及实时在线监控软件平台的可靠分析性都得到了有效的验证，建立以工作面等作业点为目标对象的集成化测控，实现对安全生产因素的集成测控，有效地解决了晋华宫、四台矿目前瓦斯防治存在的关键技术问题，很大程度上提高了矿井瓦斯等有害气体的实时监测监管。

4 实施区域化全方位实时监测预警存在的问题及推广应用前景

本系统在使用过程中大大提高了以工作面区域为单位的整体安全预测预警分析，但在推广应用中需进一步完善瓦斯预测预警评价的技术模型。

〔1〕煤矿安全面域化全方位实时监测、实时预警、实时评价、实时调度综合防御系统.沈阳新元信息与测控技术有限公司，2010.

〔2〕邬燕云，孙继平.煤矿安全监控、监测系统.北京：煤炭工业出版社，2008.

〔3〕王德明.矿井通风与安全.徐州：中国矿业大学出版社，2009.