何 先 庭
(云南省丽江市华坪县船房乡应急中心,云南 丽江 674800)
矿井通风系统作为井下六大系统之一,可使井下人员和设备处于新鲜风流中,保证作业人员和设备的安全,排除井下积聚的瓦斯,可见其对煤矿的安全生产有着较大的影响[1-2]。然而,受煤矿开采环境的制约,矿井通风系统布置较为复杂,且不同时期的通风系统需要随着生产进度而不断改变和调节,传统通风系统则是靠人力监测巷道中的风阻、风压和风量等参数,监测数据不及时且误差较大,更没有统一性,由此带来一系列的通风问题,如风阻过大、风量过小、不能及时排出积聚瓦斯等,严重影响井下的安全生产,因此研究矿井通风系统信息化集成技术具有极为重要的意义[3-5]。
矿井的日常生产中井下通风系统设备繁多,种类及厂商不一,产生的大量生产数据,格式多变,各设备和工作面之间形成信息孤岛,数据不具备统一性,难以实现数据共享,且无法实现数据可视化。矿井通风系统信息化集成技术是利用计算机技术、通信技术、智能控制技术、可视化技术和数据处理技术,实现矿井通风系统数据的统一处理和共享,并将数据可视化,建立智能化、现代化、信息化的高效能矿井。矿井通风系统信息化集成技术的基本执行架构如图1 所示。
图1 矿井通风系统信息化集成技术执行架构图
近年来随着科学技术的发展,越来越多的现代化计算机技术在煤矿领域中得到了应用,同时“智慧矿山”的理念也随之被学者和工程师们提出,智慧矿山可在节省大量人力、物力的条件下实现更高的安全保证,将是未来矿山的发展方向。而矿井通风系统的信息化集成技术则是智慧矿山的基本组成部分之一,也是建立智慧矿山的前提。矿井通风系统信息化集成技术的应用具有以下优点:
1)可改变以往人工监测瓦斯、煤尘和一氧化碳等有毒有害气体的低效模式,采用信息化集成技术实现对井下有毒有害气体的统一实时监测,发现有异常数据时能及时预警并排除。
2) 可使矿井通风系统的信息数据实现统一化管理,提高信息管理效率,避免重复采集数据信息,并通过算法将信息关联分析,得到更为可靠的分析结果。
3)有利于辅助矿井决策部门做出正确的决策,信息化集成技术可通过分析数据,找出矿井通风系统中潜在的风险,这些风险将呈递给决策部门,从而提高其决策能力,避免单纯的依靠工程经验进行决策。
4) 信息化集成技术采用计算机和通讯技术实现数据的采集、整理、分析和处理等,取代了以往报表管理的模式,提高了矿井通风管理的效率。
5)信息化集成技术可使矿井通风数据可视化,使得本来杂乱无章、毫无规律的通风数据变为生动形象的图像呈现出来,有助于工程师找出数据之间的规律,并挖掘更多的潜在信息。
6)可使矿井生产成本降低,信息化集成技术采用大量的计算机和智能设备代替人工,同时具有极高的工作效率和准确性,能降低人力、物力成本,提高矿井的经济效益。
矿井通风系统的信息化建设并不是一个“单打独斗”的过程,而是需要与其他系统相互结合、相辅相成。矿井通风系统的数据来源主要包括矿井安全监测系统、矿井自动报警系统和矿井人员定位系统等。
1)先进性。矿井通风系统信息化集成技术是智慧矿山的组成部分,应采用国内、国际标准实现标准化和可拓展性,并运用较为成熟可靠的算法、高效率的运算速度,保证系统的先进性。
2)整体性。矿井通风系统的信息化是一个复杂的系统性工程,该系统既包括井下的数据采集传感器和命令执行器,又包括地面的主机和风扇等。各个部位和设备需要相互配合,从而形成完整可靠的信息化系统,因此,矿井通风系统的信息化必须具有整体性。
3)易操作性。根据煤矿生产行业的特点,矿井通风系统信息化技术可提供简便和友好的人机交互界面,并使数据可视化,同时具备信息检索等功能。
4)有效性。矿井通风系统信息化集成技术通过数据的采集、处理和可视化消灭信息孤岛,保证数据存储的安全和可靠性,该系统投资较大,因此必须保证具有切实的实际作用,即保证投资的有效性。
5)针对性。矿井开采是一次性的工程项目,每个矿井都有其独特的地质条件和开采特点,因此矿井通风系统信息化集成技术,应实现在国家有关标准的前提下,采用适合自身生产和需要的技术和功能,选择性的增加和删减系统。
矿井通风系统信息化集成技术的基本架构如图2 所示。
图2 矿井通风系统信息化集成技术的基本架构
如图2 所示矿井通风系统信息化集成技术的基本架构由设备层、数据层和应用层组成。设备层是采用PC 分布式系统、机电一体化设备或PLC 系统,以及生产过程中的监测监控系统构成,设备层可实现对井下安全和通风系统参数的控制与监测。数据层是利用数据集成技术对设备层传输过来的数据进行统一管理和存储,实现数据的规范化和标准化。应用层是利用数据可视化技术读取数据层的数据并以直观、形象的可视化图片表示出来,供工程师进行参考和研判,且矿井各部门可通过应用层实时查询井下各地点的瓦斯浓度、风量、风压和一氧化碳浓度等通风参数。
图3 数据仓库的建设
数据仓库的建立是实现矿井通风系统信息化集成技术的重要前提,矿井通风系统信息化数据仓库的建设主要包括两种方式:由上向下和由下向上。由上向下是先建立矿井通风系统信息化的全局数据仓库,再根据矿井的具体生产情况,建立各部门的数据仓库;由下向上则反之,先建立各部门的数据仓库,再统一汇聚成全局的数据仓库。针对煤矿生产企业的特点,从成本及运营方面考虑,选取由下向上的方式较为合理,数据仓库的建设如图3 所示。
矿井通风系统信息化集成数据仓库包括5 个分层分别为:数据采集层、数据储存与分析层、数据共享层和数据应用层,其数据仓库技术架构如图4 所示。
图4 矿井通风系统信息化数据仓库架构
如图4 所示,数据采集层导入不同的数据源;数据储存与分析层对采集的数据进行标准化的存储和处理,剔除无用或重复数据,保证数据所应具备的格式和一致性;数据共享层一般采用星型结构或雪花结构来实现不同主题的数据共享;数据应用层是数据的高度汇总层,可提供数据可视化前端页面,是实现友好人机交互的基础。
1)指出了了矿井通风系统信息化的基本概念,并从不同方面对该系统的优点进行了说明,阐述了矿井通风系统信息化集成技术建设的基本原则。
2)对矿井通风系统信息化集成技术的技术架构进行了分析,主要包括设备层、数据层和应用层,说明了矿井通风系统信息化数据仓库的构建过程和技术架构。