瓦斯的监测预警

瓦斯的监测预警（精选8篇）

瓦斯的监测预警 第1篇

随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视,以及煤矿自身现代化管理的需求,中国煤矿矿井已普遍装备了实时监测监控系统[1]。目前监测监控系统的利用主要局限于局部的监控与管理[2],如监测数据应用于局部、即时的超限判断,单点数据的统计图表输出等[3]。充分、有效利用监测监控系统实时采集的大量监测数据,有助于提高对瓦斯灾害的预警能力。目前一些学者研究了瓦斯浓度时间序列预测[4,5,6]和基于《煤矿安全规程》(以下简称规程)超限控制的瓦斯预警方法[7,8,9],为以监测数据处理为基础手段的瓦斯浓度预警应用研究提供了良好的思路。 基于此,本文提出了一种基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法。该方法以瓦斯浓度实时监测值作为预警分析的数据来源,以一段时间内瓦斯监测数据统计分析及关联分析结果作为预警分析的依据,通过划分预警等级,并将实时监测值和各预警等级所包含的瓦斯浓度阈值对照,进行预警信息表达, 进而发布警情,有利于煤矿现场的安全管理。

1瓦斯监测数据处理及预警应用

1.1瓦斯监测数据统计分析及关联分析

瓦斯监测数据统计参数主要是其构成样本数据的均值和方差,用来求取监测数据的统计特征,即样本数据在一定置信水平下的置信区间。在监测点某一时刻的瓦斯浓度大小与前一段时间内瓦斯浓度大小有关联,其表现在瓦斯监测数据构成的时间序列的内在关联性,本文用灰色关联度来表达。具体地, 将由t时刻的监测值xt形成的瓦斯浓度时间序列 {xt,t=1,2,…,Nx}作为分析样本,其中Nx为序列长度。设样本维数为m,则可生成瓦斯浓度样本数据组X={Xi,i=1,2,…,n},其中Xi=(xi,xi+1, …,xi+m-1),n=Nx-m+1,从而得到m维样本空间中的n个样本点。对每个样本点数据采用均值标准化方法进行处理,得到均值标准化样本:

式中:xi(k)为第i个样本中的第k个分量,k=1, 2,…,m。

X′i和瓦斯浓度样本数据组中的另一个均值标准化样本X′j(j=1,2,…,n)的相关系数[10]为

式中:ρ为分辨率 系数,一般取0.5;Δij(k)= ︱X′i(k)-X′j(k)︱ ,其中X′i(k)和X′j(k)分别为X′i和X′j中的第k个分量;Δmin=min(Δij(k));Δmax= max(Δij(k))。

则X′i和X′j的灰色关联度为

以各样本间的灰色关联度大小代表各种随机、 不确定性因素共同作用下瓦斯浓度的表现特征,并作为瓦斯监 测数据构 成的时间 序列内在 的关联特征。

1.2预警等级划分

以规程中规定的瓦斯浓度报警界限值作为报警和预警的分界,将瓦斯浓度预警警情划分为3个等级:预警I级代表瓦斯浓度偏大,需要关注当前瓦斯浓度动态并查明原因;预警II级代表瓦斯浓度明显偏大,需要特别关注并采取处理措施;预警III级代表瓦斯浓度接近但未达到规程规定的界限值。

1.3预警阈值确定

预警等级的划分需要确定每个等级的预警阈值,预警阈值是划分预警等级的依据。对应于每个预警等级,预警阈值应是定量化的数值,并且附加瓦斯浓度时间序列关联分析结果作为异常分析的依 据。预警阈值的确定应以规程规定的瓦斯报警浓度作为依据。由于对特定监测点在某一时段内的监测数据进行分析时,需要随着原始瓦斯浓度样本的选取而更新监测数据样本,预警阈值的确定不仅要分析瓦斯监测数据的统计特征,而且要将瓦斯浓度实时监测值结 合所在时 段瓦斯浓 度样本进 行关联分析。

1.4瓦斯浓度异常分析

瓦斯浓度异常分析是确定预警阈值和划分预警等级的关键。依据瓦斯监测数据本身关联程度的强弱来判断异常情况,当监测点瓦斯浓度实时监测值持续偏大时,通过采用灰色关联分析方法,分析瓦斯监测数据的关联特征,并计算实时监测值所属样本与其他样本数据的灰色关联度来确定预警阈值。若关联程度较强,则表明属于正常状态或异常情况不明显;若关联程度较弱,则表明可能存在异常情况。

2监测点瓦斯浓度预警分析

2.1监测点瓦斯浓度预警指标

将瓦斯浓度异常分析归结为对2种预警指标进行量化:一个是用于判断瓦斯浓度监测值有持续偏大趋势的基本指标,通过计算瓦斯浓度时间序列的统计特征参数确定;另一个是瓦斯浓度时间序列本身的关联性指标,通过计算瓦斯浓度时间序列样本的灰色关联度均值确定。

2.1.1基本指标

监测点瓦斯浓度预警基本指标可以表明瓦斯浓度实时监测值是否偏离了瓦斯浓度时间序列的整体统计特征,将实时监测值表现出的小概率现象归结为可能存在异常情况。通过计算瓦斯浓度时间序列均值μx和方差σx、瓦斯浓度实时监测值持续偏大时间th来确定基本指标的量化值。

在确定监测点瓦斯浓度异常分析基本指标的前提下,可将包括实时监测值在内的瓦斯浓度时间序列进行平稳化处理,利用正态分布统计特征,判断瓦斯浓度是否偏大,再计算某个时段内瓦斯浓度持续偏大的时间。

2.1.2关联性指标

监测点瓦斯浓度预警关联性指标反映了瓦斯浓度实时监测值所属样本与其他瓦斯浓度时间序列样本之间关联程度的强弱,当瓦斯浓度实时监测值偏大并且实时监测值所属样本与其他样本关联性较弱时,认为存在异常情况。

对于监测点瓦斯浓度时间序列 { xt, t=1 , 2 ,…,Nx}和实时监 测值所属 瓦斯浓度 样本X*,采用式(1)—式(3)计算所有样本数据灰色关联度得到关联度矩阵R=(rij)n×n,先对关联度矩阵R按行求平均值形成关联度均值序列,再对均值序列求平均数, 则瓦斯浓度时间序列样本灰色关联度均值为

同样求得瓦斯浓度实时监测值所属样本与其他n个样本的灰色关联度序列{r′i,i=1,2,…,n},则实时监测值所属瓦斯浓度样本与其他样本灰色关联度均值为

在基本指标判定的基础上,通过比较μr′和μr的大小来分析异常情况。

2.2监测点瓦斯浓度预警阈值

在得到瓦斯浓度实时监测值x*的前提下,计算瓦斯浓度时间序列均值μx和方差σx、瓦斯浓度实时监测值持续偏大时间th、瓦斯浓度时间序列样本灰色关联度均值μr、实时监测值所属瓦斯浓度样本与其他样本灰色关联度均值μr′,并且设规程规定的在某一类监测点瓦斯报警浓度为ws,依据以下方法确定监测点瓦斯浓度预警阈值并划分预警等级。

(1)预警I级。当x*≤μx+σx时,即实时监测值落在瓦斯浓度时间序列68.3%置信区间内,视为正常情况,不做预警警示。在x*<ws即瓦斯浓度未达到报警界限值的前提下,当x*∈(μx+σx,μx+ 1.44σx]时,即实时监测值 落在瓦斯 浓度时间 序列85%置信区间内,视为正常情况,不做预警警示;反之,视为瓦斯浓度偏大,计算连续1h内瓦斯浓度实时监测值持续 偏大时间th。当th>30 min时,若 μr′<μr,表明瓦斯浓度实时监测值有持续偏大趋势, 并且实时监测值所属样本与其他样本数据关联性较弱,属于异常情况,定为预警I级,设置th≤tw≤1h (tw为警戒时间);若μr′≥μr,则表明实时监测值所属样本与其他样本数据关联性较强,视为正常情况, 不做预警警示。

(2)预警II级。 当x*∈ (μx+1.44σx,μx+ 1.96σx]时,即实时监测值 落在瓦斯 浓度时间 序列85%~95%置信区间之间,按照(1)中的方法分析异常情况。当x*<ws且x*>μx+1.96σx,即实时监测值超出了瓦斯浓度时间序列95%置信区间时,计算连续1h内瓦斯浓度实时监测值持续偏大时间th。当th>30min时,若μr′<μr,表明瓦斯浓度实时监测值有持续偏大趋势,并且实时监测值所属样本与其他瓦斯浓度样本关联性较弱,属于异常情况,定为预警II级,设置th≤tw≤1h;若μr′≥μr,则表明瓦斯浓度实时监测值有持续偏大趋势,但实时监测值所属样本与其他样本数据关联性较强,定为预警I级。

(3)预警III级。 当x*<ws且x*>μx+ 1.96σx,计算连续2h内瓦斯浓度实时监测值持续偏大时间th。当th>60min时,若μr′<μr,表明瓦斯浓度实时监测值有持续偏大趋势,并且实时监测值所属样本与其他瓦斯浓度样本关联性较弱,定为预警III级,设置th≤tw≤2h;若μr′≥μr,则表明瓦斯浓度实时监测值有持续偏大趋势,但实时监测值所属样本与其他样本数据关联性较强,定为预警II级。当30min<th<60 min时,若μr′<μr,定为预警II级;若μr′≥μr,定为预警I级。

针对具体矿井的预警分析应用,对于预警基本指标阈值的确定可根据矿井实际情况设置适合的置信区间,结合预警关联性指标分析瓦斯浓度异常,划分预警等级。

2.3监测点瓦斯浓度预警分析流程

通过对瓦斯监测数据进行处理,确定预警基本指标和关联性指标并量化,通过2种指标的结合分析异常情况,确定预警阈值,划分预警等级,最后发布预警警情。

3实例分析

3.1瓦斯监测数据来源

收集宁夏某矿32212综采工作面上隅角监测点的瓦斯监测数据,对2011年8月共31d的瓦斯浓度进行跟踪分析,通过对上隅角监测点进行瓦斯浓度预警分析来说明本文提出的基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法的应用过程。对瓦斯监测数据构成的瓦斯浓度时间序列以时间间隔10min采样来绘制曲线,上隅角监测点瓦斯浓度时间序列如图1所示。通过跟踪分析发现,在本月最后1d的前8h,瓦斯浓度 变化异常 情况较明 显,因此以前30d的监测数据作为预警分析数据源来进行最后1d前8h的预警分析。

3.2预警指标

(1)基本指标。上隅角监测点瓦斯浓度时间序列均值μx=0.308 5,方差σx=0.010 2。

(2)关联性指 标。 设定样本 维数为6,应用式(1)—式(5)计算得到上隅角监测点瓦斯浓度时间序列样本灰色关联度均值μr=0.872 3。

3.3关联分析

计算上隅角监测点前30d分析样本灰色关联度均值、实时监测值所属样本与其他样本灰色关联度均值,结果如图2所示。

3.4预警信息表达

由以上计算过程得到上隅角监测点瓦斯浓度预警指标的量化值,进而得出上隅角监测点瓦斯浓度预警信息显示如图3所示。

由图3可知,在最后1d前8h的预警分析中, 上隅角监测点瓦斯浓度实时监测值都是偏大的。从第2个采样点开始,实时监测值所属样本与其他样本的灰色关联度均值偏小,接下来4个采样点实时监测值所属样本关联度较小,瓦斯浓度有持续偏大趋势,出现预警II级的情况。到第6个采样点 以后,瓦斯浓度实时监测值偏大持续1h以上,并且实时监测值所属样本关联度都偏小于其他样本数据关联度均值,出现预警III级的情况。第26个采样点以后瓦斯浓度实时监测值偏大持续2h以上,出现预警III级的情况,之后有回落趋势,但瓦斯浓度实时监测值仍然偏大,出现预警II级的情况,到最后4个采样点瓦斯浓度持续上升,出现预警III级的情况。从所选时段的瓦斯浓度变化情况来看,预警结果准确表达了瓦斯浓度异常变化情况,从而验证了该方法应用于矿井瓦斯浓度预警的实用性和有效性。

4结论

(1)提出了基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法,结合瓦斯监测数据样本的统计分析和关联分析确定预警指标及其量化阈值,划分预警等级, 实现了基于实时数据处理的预警分析,有利于瓦斯灾害的风险控制从事后应急向事前干预转移。

(2)提出了监测点瓦斯浓度异常分析及预警阈值确定的方法,采用灰色关联分析,通过计算实时监测值所属样本与其他瓦斯浓度样本的灰色关联度, 结合监测点瓦斯浓度样本数据的统计特征,判断瓦斯浓度异常状况,实现了基于监测数据关联分析的瓦斯浓度动态、定量预警分析。

(3)通过实例分析验证了本文提出的基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法具有较强的实用性,可为矿井瓦斯灾害的防控提供有效的技术支持。

摘要：提出了一种基于监测数据关联分析的瓦斯浓度预警方法。以矿井瓦斯监测数据为研究对象,分析其统计特征,利用灰色关联分析方法研究瓦斯监测数据构成的时间序列的内在关联特征,并在此基础上确定基于实时监测数据的瓦斯浓度预警指标及其预警阈值,进而分析瓦斯浓度异常情况,划分预警等级,实现动态、量化预警。实例分析表明该方法对于现场的单一测点瓦斯浓度预警具有较好的适用性,可为煤矿日常安全管理提供有效的决策依据。

瓦斯的监测预警 第2篇

【关键词】矿山；瓦斯监控监测系统；系统概念；配置要求；设备选型

0.引言

煤炭目前仍是中国最为重要的能源资源，其生产安全一直受到政府及社会各阶层的关注。当前，中国煤矿安全生产面临的形势相当严峻，仅仅依靠人工监测手段难以满足矿井对生产安全的要求，且监控数据难以保证准确性与及时性，因此需要建立一个科学高效的瓦斯监控监测系统，对工作环境和生产设备进行全天侯、全方位的监测。

1.瓦斯监控监测系统的概念

矿井瓦斯监测系统一般由监测传感器、井下分站、信息传输系统和地面中心站等部分组成。

（1）监测传感器。作为系统的感知元件，传感品用来测量系统所需测量的量或判断设备、设施状态。其主要有甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气传感器、温度传感器、风速传感器、压力传感器及各种状态（开关）传感器等。传感器的供电方式有两种：一种是一个传感器一个电源箱；另一个是集中供电的方式，即若干个传感器共用一个电源箱，而这种电源箱大多和系统分站在一起，井下使用的传感器的供电电源必须是本质安全型的。传感器模拟出的被测量的电信号分为电压型！电流型和脉冲型3种。

（2）井下分站。井下分站的作用是收集接入的各种传感器送来的模拟信号并进行整理；根据中心站的命令将各种监测参数和设施、设备工作状态参数发送给中心站；接收中心站的控制信息，执行中心站的各种控制命令，控制所关联的设备、设施。一些智能化程度比较高的分站，在系统电缆断开后，分站仍能继续工作，如实现超限报警、断电、连续记录监测参数等。目前井下分站的发展趋势主要是提高智能化程度，一般来说分站备有备用电源，在电网停电时仍能继续工作。大多数分站可以接入4～8个模拟量，输出2～3个控制量。

（3）信息传输系统。该系统是井下分站和地面中心站间的连接部分，它直接决定信息的传输质量和间接影响系统的投资费用。在电磁干扰大，环境潮湿，有易燃、易爆、腐蚀性气体，空间小，有顶板冒落危险的井下，对信息传输提出了特殊的要求，特别是传感器分散分布，信号无法集中发送时，情况尤为突出。这就造成了矿井信息传输系统在结构上的特殊性。信息传输系统按结构可分为放射状、环状和树状3种。

（4）地面中心站。地面中心站是矿井瓦斯监测系统的最为核心的部分。一般而言，它由计算机和信号传输接口组成。信号传输接口将井下传来的信号解调送入计算机，而计算机则通过信息传输系统，向井下各分站进行通讯联系，发出指令，指挥各分站向中心站送回各种监测量。地面中心站的计算机根据井下各分站送来的各种监测信息处理的结果，必要时可向有关分站发出指令，指挥分站控制某种对象（如井下某地区瓦斯浓度超限，切断该地区的电源），操作人员也可根据计算机提供的清单，向计算机发出控制命令，计算机通过显示屏显示各种数据，既有实时监测数据，也可以了解过去某一阶段的监测数据。

2.监测系统的选择配置要求

矿井使用瓦斯监测系统的目的是为了通过采用新技术来改进采掘过程中的安全状况，改善矿井的环境与安全条件，提高生产率；保证矿井的生产计划和工程的实现。为此，系统的选择主要应从如下几个方面考虑。

（1）矿井灾害情况。如矿井瓦斯涌出量、煤层自然发火、冲击地压和地温地热等灾害及程度都是确定建立矿井瓦斯监测系统类型的依据。

（2）矿井生产情况。要根据矿井生产能力的大小与生产系统复杂程度，以及井下采掘工作面的数量、机电硐室数目、装煤点数目、风硐等一些需要监测地点的数量来确定瓦斯监测系统的装备容量，并在此基础上再考虑20%～30%的备用量。

（3）系统的功能。选择矿井瓦斯监测系统时应优先配用计算机系统进行数据处理，除汉字功能外，其软件功能要强，易于开发，有足够的容量，能够用来开展通风安全管理、数据统计、计算及报表编制工作，当监测点数较多时，应考虑生产监控和安全监测自成系统。在计算机的选型上应优先使用兼容机种，要能方便地和矿、局计算机联网。

3.监控设备选型要求

（1）监控设备选型原则。矿井监控系统是以环境监测和生产设备工况监控为目的，因此，矿井监控系统应满足：可靠性高、抗干扰能力强、抗故障能力强、监控种类多（ 如甲烷、风速等多种物理量的监测）、容量大、监控距离远、监控周期短、处理软件丰富、显示直观、操作方便、使用电缆少、安装维修方便、投资少、可配置远距离终端、方便与上级主管部门联网的要求。

（2）监控总站和各分站主要设备。基本配置：分站主机、电源、传感器电源、甲烷超限报警断电闭锁装置。井下分站应安装在便于工作人员观察、调度、检验、支护良好、无滴水、无杂物的入风巷道或硐室中。其距离巷道底板的高度不应小于0.3m，并加垫木或支架牢固固定。独立的声光报警箱要悬挂在巷道顶板以下300～400mm处，悬挂位置应满足报警声能让需要听到的人听到的要求。地面中心站的布置要求：矿井监测系统中心站应配备2台计算机，一台工作，一台备用，并配有打印机和屏幕显示器。中心站要能遥测和记录所有瓦斯传感器的数据。中心站计算机电源应有在线式不间断电源或交流稳压器加后备式不间断电源供给。中心站机房应采用空调设施及抗静电地板。

4.传输设备及器材选型要求

（1）监测系统传输电缆要专用，不能与井下通信电缆合用，以提高可靠性。

（2）监测系统各设备之间本质安全信号的连接宜选用蓝色外护套的矿用通信和信号电缆，井下非本质安全信号之间的连接不宜使用蓝色外护套的电缆。

（3）监测系统中井下设备所使用的电缆应具有阻燃性能。

（4）监测系统中各设备之间的连接电缆需加长或作分支连接时，被连接电缆的芯线应采用盒线，或具有接线盒功能的装置，用螺钉压接或插头插座插接，不得采用电缆芯线导体的直接搭接或绕接的方式。

（5）具有屏蔽层的电缆，其屏蔽层不宜用做信号的有效通路。在用电缆加长或分支连接时，相应电缆之间的屏蔽层应具有良好的连接，而且在电气上连接在一起的屏蔽层一般只允许一个点与大地相连。

（6）所有传输系统直流电源和信号的电缆尽量与电力电缆在巷道两侧敷设，若必须在同一侧平行敷设时，它们与电力电缆的距离不宜小于0.5m。

5.结语

建立瓦斯监控监测系统的根本目的是为了对工作环境和生产设备进行全天侯、全方位的监测，以保证矿井生产安全和提高工作效率。其不可或缺性要求我们在建立此系统时应着重考虑针对性和功能性，通过选择合适的设备或器材建构科学稳定的监控系统来为矿山安全生产服务。 [科]

【参考文献】

[1]汪蔚超.煤矿生产事故原因及对策研究综述[J].经济视角（下），2011，（08）.

[2]全省煤矿安全质量标准化暨“五优”矿井创建工作座谈会在郑州召开[J].中州煤炭，2011，（07）.

基于MVC的煤矿瓦斯预警系统开发 第3篇

煤矿安全问题一直是困扰煤炭企业的头等大事。由于煤炭生产多为地下操作,自然灾害频发,加之抗灾能力不强,煤炭事故时有发生,瓦斯事故尤为严重。目前,瓦斯监控系统信息处理技术落后,对有限数据资源挖掘、分析深度不够,呈现对于灾害隐患判别和应急救援决策的信息量不足,不能及时发现重大灾害隐患,造成了人民生命财产的巨大损失,制约了煤炭工业的可持续发展。为了能够及时、准确地对煤矿瓦斯进行动态的风险预警和监控,开发一套合适的煤矿瓦斯预警系统具有重要的现实意义[1,2,3]。

1 系统需求分析

通过对平顶山天安煤业七矿有限责任公司进行调研,得出本煤矿瓦斯预警系统需要提供如下功能:

(1)数据采集与显示功能。监测系统能够根据要求从数据库中取得所需信息并进行相应的处理,同时把监测数据实时显示给用户,用户可以通过提供的目录,准确、快速地找到相关设备的状态信息。

(2)用户界面功能。系统的用户界面应该尽可能简洁和人性化,采用传统的树状菜单结构,提供巷道和采面的动态树生成功能。

(3)动态预警功能。当检测到某种危险信号时,系统要能够向不同级别不同科室的安全管理人员发出预警信号。

(4)数据查询统计功能。通过对历史数据的查询或历史故障的统计可以更好地进行预警工作。

(5)安全功能。任何时候,系统安全都是一个非常重要的方面,确保系统中的信息安全,防止恶意破坏。不许无权限的人查看到重要资料进行相关操作。对于系统中的使用者也要进行权限分级,重要的操作只能由特定人员进行。

(6)系统要具有较高的处理数据的准确性和响应用户请求的及时性,同时还要具有很高的运行效率、高度的稳定性和安全性。

经过对本系统的开发需求进行全面分析,总结出该系统实现的主要功能包括:实时显示、历史数据、查询、设置、预警预测、巷道管理、采面管理。系统功能用例图如图1所示。

2 系统总体架构及功能模块设计

2.1 系统架构设计

本系统采用MVC三层框架模式进行设计。MVC是一种先进的设计模式,它可以将功能模块和显示模块进行分离,从而增强系统的可维护性、可扩展性、可移植性和组件的可复用性。MVC的主要思想是将应用程序分成三个部分:模型(Model),视图(View)和控制器(Controller)[4]。三者之间的协作关系如下:视图即与用户交互的界面,接收用户输入的数据,并将数据传送给控制器,控制器接受视图的请求后,交给某一个模型来处理,模型在控制器的控制下,将处理的结果送给某个视图来显示,视图再将结果显示给用户。

采用MVC设计模式,可以减弱业务逻辑接口和数据接口之间的耦合性并让视图层更富于变化,它还有利于软件工程化管理。由于不同的层各司其职,每一层不同的应用具有某些相同的特征,有利于通过工程化、工具化产生管理程序代码。

2.2 系统功能模块设计

根据需求分析,得出系统完成的功能包括:实时显示,历史数据,查询,打印,导出文件,设置,预测功能,还包括巷道和开采面管理等基本功能,以及对各测量信息的开关设置。系统的功能结构图如图2所示。

以下仅对系统的主要功能进行描述:

实时显示模块包括实时图像显示和表格显示。实时图像显示是把当天的数据记录实时地显示在界面上,并通过不断地读取数据库中的数据来更新界面数据信息,实现动态显示当前采面的各种测量信息,可视化的表示数据的信息以及变化情况,帮助值班员了解监测变化情况;实时表格显示是把当前已开启状态所有采面的测量数据以表格的形式展示出来,显示出测量对象的最新测量信息,根据测量信息所属的级别显示不同的颜色,发出不同的声音,以提示值班人员,表格显示具有清晰直观、一目了然,信息表达详细等优点。

查询模块包括详细查询、报警查询和生成报表三种功能。详细查询可以根据用户选择不同的巷道、采面、时间段以及类型查询出对应时间的记录。类型可以选择“全部”,则显示出所有的检测类型,也可以选择某一具体的类型进行检索出对应类型的信息。报警查询是查询具体某一天的报警情况,根据级别不同检索出不同危险度的信息。导出报表实现根据巷道和日期查询相应巷道的所有采面的统计信息,包括瓦斯浓度、温度、风速等检测对象的平均值、最大值以及对应的时间、级别、报警次数、负责人等信息。其中,详细查询、报警查询和报表都具有打印、文件导出的功能。

预测模块:根据数据库中已有数据,使用数据融合、联合小波和Kalman滤波算法,对历史数据进行分析,预测未来可能会出现的情况。其中数据预测是在实时图像显示的基础上,再绘制出此时刻以后五秒的数据曲线,通过查看此图可以粗略地看出此预测的准确性、精确度,以此判断是否使用此预测结果。报警预测是预警系统的核心部分,是对历史记录的深度挖掘,通过各种算法对已有数据进行处理,得出新的数据,对新数据判断其所属于的预警级别,若不属于安全状态,则记录此预测信息。

2.3 数据库设计

瓦斯预警系统中有较大的数据量和信息量,工作中的数据和信息是否准确和畅通,直接关系到井下安全生产工作正常进行,关系到职工的生命安全和国家的财产安全。所以,必须重点考虑数据的规范性、可靠性、准确性和安全性。

根据需求分析,针对各功能模块的特点,可以总结出如下数据需求:

(1)需要对巷道信息进行存取,包括设立时间、所在的地点和其他说明信息。

(2)每个巷道都有多个采面。

(3)对每个采面进行多个信息的检测,比如瓦斯浓度、风速、温度和CO等。

(4)对检测的数据进行处理,包括根据预警信息判断其级别。

(5)由于预警信息是可以改变的,则需要记录超过安全状态时的预警信息。

(6)值班人员信息。

将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构,是整个数据库设计的关键。根据需求分析得出系统E-R图,如图3所示。

经上述系统功能分析,设计如下所示的数据项和数据结构。

值班人员信息:工号,姓名,密码。

巷道:巷道名称,巷道地点,建立时间,备注说明。

采面:采面名称,采面地点,建立时间,备注说明,所属巷道。

预警信息:跟据检测对象的不同状态进行设置。

检测结果:检测对象的信息,级别,时间,所属采面。

危险状态信息:检测对象的信息,级别,时间,所属采面,预警信息。

2.4 接口设计

为了开发一套低耦合、易拓展的系统,本系统采用面向接口的架构思想来设计,为了便于以后系统功能的扩充,本系统对系统的接口进行了如下设计:

(1)实体类都是对已定义接口的实现,需要时可以对实体类的接口做出更改,便于系统功能的扩充。

(2)利用Hibernate的HQL语言来定义SQL语句,Hibernate有解析类,可以根据不同类别的数据库,把HQL语句解析为符合该数据库管理系统的SQL语句,从而实现了跨数据库系统的拓展功能。本系统采用My SQL数据库,随着系统数据量的增加如果要将数据迁移到其他大中型的数据库管理系统,只需要修改Hibernate的配置文件并创建新的数据库即可,程序不需要做任何改动。

(3)Service层、Dao层都使用接口实现,Dao层定义接口Base Dao,该接口里定义了通用的数据库操作方法,然后写一个Base Dao Impl来实现Base Dao接口,其他对象的接口都继承Base Dao接口,其相应的接口实现类要继承Base Dao Impl并实现对应的接口[5]。

(4)接口设计的目标在于提高系统的易读性和可维护性,因此本系统采用接口设计方案。

3 系统核心功能实现

3.1 界面设计

界面设计的原则是:简单、易用、友好、一致性。Java中常用的布局类有java.awt包中的Flow Layout(流动布局)、Border Layout(边界布局)、Card Layout(卡片布局)、Grid Layout(网格布局)、javax.swing.border包中的Box Layout(盒式布局)以及空布局。本软件主界面采用的是Border Layout布局[6]。

本系统主窗口分为三部分,包括:左侧的树形结构巷道和采面的面板、右侧的显示内容面板和菜单栏。首先在主窗口中添加一菜单条(即菜单栏)。然后定义一个面板JSplitpane,该面板可以把一个界面分割为多个区域,且大小可以随用户自己随意调整。这里分割为左右两块,定义左侧面板对象(main_left_Panel)和右侧面板对象(main_right_Panel),分别调用add()方法显示在界面中。主界面设计如图4所示。

由于本系统需把不同的信息显示在同一界面中,因此使用JSplit Panne面板进行设计的地方较多。同时提高了操作的方便性。

3.2 瓦斯预测功能实现

预测功能包括实时预测和预警预测。实时预测是对已有数据的处理,预测的前提是数据库中由数据,若数据库为空,提示“无记录,不能进行预测”。预警预测是预测未来三十分钟内的情况,把可能出现警报的预测结果显示在界面上。以实时预测为例,阐述预警指标、预警等级和预警的功能实现过程。

预警指标分为定性指标和定量指标,定性指标一般指突出发生的一些前兆,一旦出现,将显示工作面具有很高的危险程度;定量指标为一些可量化的观测指标,可连续的反映煤与瓦斯突出的危险状态,并可针对同一指标分段定义阈值,来表示煤与瓦斯突出危险发展的不同程度。反映煤与瓦斯突出灾变临界状态的参数有很多,它们之间并非孤立存在,有时会互相影响,只有认清各参数的相互关系、其变化与发展规律及其受外界因素的制约情况,建立起灾变临界状态数学模型才能很好解决这一问题。

在实现瓦斯浓度预测功能时,若预警系统根据收集到的数据信息判断瓦斯爆炸风险达到相应预警等级并可能发生或即将发生事故,除了以颜色显示报警级别外,还要启用不同的预警铃声告知煤矿安全监督管理部门所面临的危险,以警示安全管理与决策部门根据预警等级作出处理决策,并采取相应的控制措施。

预测功能主要是对一批数据的处理,具体操作是:先从数据库中读取数据,再对数据进行建模,然后利用小波算法对数据进行去噪处理,再通过Kalman算法进行预测,得到5秒后的预测值,最后通过曲线图或者表格的方式显示预测结果。从而完成预测功能。其数据库是预警系统的信息化软件系统或其他信息化系统(或者直接采用Excel、Word、WPS软件等)所采集的实时瓦斯数据,只需公开关键数据的访问接口,预警系统就可以读取数据并进行相关数据分析和挖掘。

实时预测通过实时获得的瓦斯数据观测值,利用小波变换中的阈值方法对前期的变化进行处理,并利用插值方法获得较为稳定和真实的瓦斯变化率观测值,然后反馈给系统。Kalman方法是一个在误差协方差最小准则下的最优估计方法,首先建立描述随机动态变量随时间变化的先验模型,系统通过瓦斯观测值和瓦斯变化率观测值建立状态向量。利用Kalman方法的迭代方程组完成下一阶段的瓦斯预测及系统真实状态估计。

预警预测根据预测的结果与当前预警设置值相比对,得出预警级别,若级别超出了正常值则把其信息显示在界面上。图5-7分别为预警功能主界面图、实时预测图和预警预测表。

3.3 实时显示模块的设计与实现

实时显示,即是能及时地反应当前信息。实时显示分为实时图像显示和实时表格显示。实时图像显示是以动态曲线的形式表示当前状态,以数据库存取的最新信息为依据,选取当天的所有记录,以小时为横坐标,每五十个记录为图像上一个点。实时表格显示也是以数据库的信息为依据,不断地更新页面表格的内容,默认显示在主界面的右侧处,默认是运行状态。

3.4 查询功能模块的设计与实现

为了了解煤矿在一段时间内的具体的监控数据,本系统提供了历史数据的详细查询功能。主要完成了实时数据历史情况查询、瓦斯预警统计情况查询以及通过曲线查询的方式对历史数据变化趋势的查询。查询模块实现测量记录的详细查询、报警查询和生成报表功能,并实现了对查询结果进行打印和导出文件的功能。

详细查询可以根据用户选择不同的巷道、采面、时间段以及类型查询出对应时间的记录。类型可以选择“全部”,则显示出所有的检测类型,也可以选择某一具体的类型检索出对应类型的信息。报警查询是查询具体某一天的报警情况,根据级别不同检索出不同危险度的信息。导出报表实现根据巷道和日期查询相应巷道的所有采面的统计信息,包括瓦斯浓度、温度、风速等检测对象的平均值、最大值以及对应的时间、级别、报警次数、负责人等信息。其中,详细查询、报警查询和报表都具有打印、文件导出的功能。

3.4.1 详细查询功能实现

查询统计菜单包含有详细查询、警报查询和报表统计三个子菜单。值班员登陆成功后,进入查询统计主界面,选择完过滤信息后,把数据交给后台处理,Control层Record Info类取得用户选择的信息,并对信息的合法性进行校验,主要是对时间的校验,后一个选择的时间要比第一个靠后,数据合法,Control层则触发DAO层读取数据记录,并把结果返回给Control层,Control层通过JFree Chart把数据显示在界面上返回给用户。

3.4.2 生成报表设计与实现

工作人员进入主界面,选择查询菜单栏下的报表查询,进入报表查询主界面,选择相应巷道和日期,点击查看按钮。选择的信息提交后,系统获取用户信息,要先进行合法性的验证,不合法则给出提示,合法则根据该信息,到数据库中读取数据,返回结果到Control层,该层对获得的数据判断是否为空,为空则提示用户“不存在相应的记录”,让用户重新选择,否则根据获得的记录信息读取出一些有用的信息,比如最大值、平均值等信息。

在查询模块中,用户可以对查询的结果用Excel导出,Excel导出要用到Jxl技术执行Excel的导出数据。导出数据的行数和列数需要在程序中设置,各列的标题需要作为第一行数据单独设定。Excel导出功能为用户统计数据的永久保存提供了有效途径。

4 结束语

本文的瓦斯动态预警系统已在平煤股份七矿企业试运行,并取得良好的效果,煤矿瓦斯信息动态预警的实现,使得煤矿安全管理从事后分析型向事前预防型进行战略转变,从而尽可能地降低瓦斯爆炸事故的发生概率。

参考文献

[1]孙林嘉,李茹,屈元子.煤矿瓦斯预测知识获取模型的应用研究[J].计算机工程,2009(12):169-171.

[2]刘西青.论国内煤矿瓦斯监测监控系统现状与发展[J].山西焦煤科技,2006(3):37-40.

[3]文光才,宁小亮,赵旭生.矿井煤与瓦斯突出预警技术及其应用[J].煤炭科学技术,2011(2):55-58.

[4]黄海,朱跃龙.J2EE设计模式与框架技术的应用研究[J].计算机与现代化,2006,22(5):114-116.

[5]杨帆,徐春华,刘心雄,等.基于Java技术的网上书店系统的设计与实现[J].计算机应用研究,2003(12):152-154.

瓦斯的监测预警 第4篇

当前,中国煤矿安全生产的首要威胁是以煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸为主要类型的瓦斯灾害,随着人们对安全生产重视程度不断加深,用于防治瓦斯灾害的瓦斯灾害预警系统逐渐成为热门课题,在多年的努力研究之下,也取得了长足进展。

1瓦斯爆炸特征及瓦斯灾害防治现状

1.1瓦斯爆炸特征

煤层容易发生自燃,当煤层中的瓦斯浓度升高时,就增加了煤矿发生瓦斯爆炸的可能性,据不完全统计,煤矿矿井发生的瓦斯爆炸事故中,大多数都发生在煤层自燃的封闭过程中。除了煤层自燃的封闭过程外,在煤层之间的间距过小、地质结构较复杂及煤层间的裂隙相互贯通和煤层地质构造特别破碎的情况下,矿井因漏风致使关键位置的瓦斯聚集,进而导致瓦斯爆炸的可能性也会大大提升。除此之外,矿产的开采时间过长和矿产的空间关系较复杂都会导致矿井内部容易发生循环风和风流短路之类的异常通风情况,进而加大了矿井发生瓦斯爆炸事故的概率[1]。

1.2当前瓦斯灾害的防治状况

随着矿井瓦斯灾害频发,人们对矿井瓦斯灾害防治技术的要求逐渐升高,不仅需要综合多方面的信息,还需要全方位、多角度地运用动态分析的方法分析瓦斯灾害的产生原理、过程和预测结果,对其进行防治。然而以往的瓦斯突出和瓦斯爆炸预测使用的指标较少,而且大多选用的是静态指标,涉及的安全监控系统也只能根据监测数据的结果进行单一的危险报警,而无法对潜在的问题和隐患及时进行深入分析和处理,因而危险预测准确度不够、缺乏时效性、预警功能不够完善。

2煤矿瓦斯灾害预警系统建设思路

本文以瓦斯灾害的产生原因和瓦斯灾害的防治理论为基础,并结合煤矿瓦斯灾害特征和防治现状,建立如图1所示的瓦斯突出和爆炸两大模块的灾害预警模型,综合多种因素对瓦斯灾害进行较为全面的综合分析和预警。瓦斯突出的客观危险主要有以下四种:a)瓦斯地质异常;b)采掘应力影响;c)日常监测指标异常;d)瓦斯涌出。瓦斯的危险环境主要有通风隐患和瓦斯超限两种类型,其中矿井内部的点火源有煤层自然发火和机电设备起火两大类。在进行预警平台的设计过程中,必须充分发挥监测和网络技术的优势,尽量获取较为全面的安全管理信息,并对这些信息进行有效辨识、计算和分析,进而对每个瓦斯突出或瓦斯爆炸的危险信号进行识别、分析和预警,进行适当处理,辅助管理人员及时清除危险[2]。

3通风瓦斯灾害预警平台的开发和建设

3.1预警系统

在通风瓦斯灾害预警平台的开发和建设过程中,构建安全信息的采集和监测系统是前提条件。构建该部分的目的在于确保预警系统能够及时、全面获取较为可靠的瓦斯灾害预测相关信息,这些相关信息都是瓦斯灾害及时、有效预警的前提条件。根据当前信息化和自动化飞速发展的大背景,该系统的设计充分利用中国矿井自动化、信息化技术组装的原则,配备了瓦斯监测、通风监测和重点火源监测及机电设备监测等各类传感器,并建立了KJ90安全监测系统,以便对瓦斯灾害的监测信息进行实时采集,进而为瓦斯灾害预警系统的建设提供关键的技术支撑。

3.2预警数据库建设

依照数据用途和基本性能的要求,需要选择合适的数据库关系系统,并设计合理的数据库结构,再根据所涉及的结构使用相应的DBMS所支持的数据库定义语言,进而生成物理数据库。由于预警信息具备多样性,而且预警分析也具有连续性,所以对数据库的存储能力和空间数据智能分析及长事务处理能力、数据的完整性检查、容错性、稳定性等具有较高要求。依据这些要求可以选用SQL Server 2008作为数据库的数据库管理系统,并分别建立通风数据库和突出预警数据库两个数据库,用于存储和管理相应煤层和瓦斯监测信息[3]。

3.3软件开发设计

软件是使用者获取数据、系统处理数据和发布预警的工具,通风瓦斯灾害预警系统作为一个复杂而庞大的信息系统,需要不断更新和完善。而且煤矿现场条件复杂多变、瓦斯灾害的差异性都要求预警系统具备较强的独立性、可拓展性及较高的适应能力。现场瓦斯灾害安全信息的来源众多,包括不同部门和不同业务领域,因而在进行矿井通风瓦斯灾害预警平台建设过程中,将其划分为瓦斯突出处理和瓦斯爆炸预警两个大部分,并分别进行功能设计和建设,如图2所示。

3.3.1瓦斯突出预警系统的建设介绍

瓦斯突出预警系统依据预警技术要求,充分考虑煤矿地测、防突部门和监控部门的日常工作内容和管理形式之后进行开发。与该系统相关的子系统则需要根据实际使用煤矿危险预警系统的相关部门提供的信息进行建设,如瓦斯地质规律动态分析和瓦斯涌出动态分析等专业的分析功能,为突出预警系统集中分析各子系统的安全信息、产生和发布预警结果提供可靠的基本条件。

3.3.2瓦斯爆炸预警系统的建设

瓦斯爆炸预警系统的建设与瓦斯突出预警系统的建设类似,其中风网可以在矿井通风网络不稳定的情况下在线监控并分析矿井某些关键地点的通风参数状况,同时对所有矿井的通风网络进行实时监测,并对所有矿井的通风网络的稳定性情况和异常状况进行判断和预警。综上所述,该瓦斯爆炸预警系统可以划分为管理信息、分析并生成预警结果及发布预警结果的类别。

通风瓦斯灾害预警系统是多个子系统有机组合并协调运作的庞大系统,因而必须通过网络技术构建网络平台,用于联系各个子系统和使用者。可以构建“监控系统-服务器-客户端”三点多线的封闭式网络,形成分散维护、分布计算及集中管理和多方式信息共享的一体化网络平台。

4使用效果及基本情况介绍

4.1使用情况

将瓦斯灾害预警系统运用在煤矿,并经过一段时间不断改进和完善,该瓦斯灾害预警系统的完善程度不断提升,功能性越来越强,使用效果更加可靠。当前该瓦斯灾害预警系统已逐渐与矿井灾害防治预警和日常管理工作相互渗透,该预警系统的应用矿井多达60余个工作面,真正实现了瓦斯灾害防治预警信息自动化管理,而且在长期的跟踪验证和日常跟踪考察过程中,发现该预警系统工作情况良好,整体稳定性较好,能够较好地完成预警响应功能[4]。

4.2使用效果分析

集中管理矿井防突部门之间的信息局域网,大大提升了信息的透明共享程度,为不同部门开展工作提供了专业的分析和专业的管理工具,提升了瓦斯灾害防治工作的细致程度和效率,自动化和规范化也有所提高。能够对瓦斯突出和瓦斯爆炸的重点影响因素和事故征兆进行较为全面地实时监测和智能分析,以便及时发现矿井中的异常情况,并及时做出相应反应,辅助管理人员及时处理隐患和危险。其中,预警响应机制将预警范围渗透到矿井作业的方方面面和细枝末节,实现了瓦斯灾害全过程和全方位预警。

自矿井安装和使用该矿井瓦斯灾害预警系统以来,瓦斯超限事故较未使用之时大幅减少,据计算减少幅度为逐年下降50%以上。表明该预警系统可以明显降低矿井瓦斯异常和超限情况,在一定程度上避免瓦斯爆炸和突出事故的发生或减少了事故发生时造成的损失。

使用风网在线监控和分析预警系统之后,在改造矿井的通风系统和通风设施布置方案时,可以依靠风网的在线监测和分析预警功能进行可靠的仿真模拟。通过风网,管理人员也能够对可能出现的风速和风向、风压异常情况进行分析判断,直接为矿井通风系统的优化提供可靠的辅助分析工具和可靠的信息来源。

4.3预警效果实例

自该瓦斯灾害预警系统投入使用之后,粗略估计已预警了近上百次由地质构造、预测指标超限及趋势异常、瓦斯浓度超限或涌出等异常情况引起的潜在危险或突发危险信息。根据这些预警信息,矿井管理人员及时规避了其中可以避免的事故,并清除了矿井中存在的异常情况,为保障矿井生产人员的安全提供了有力支持。

5结语

瓦斯灾害防治过程涉及的因素众多且各因素交叉作用,此外涉及到的工艺和流程复杂多变,需要长时间保持谨慎的工作态度,必须依靠计算机信息化技术才能更好地实现技术与管理紧密结合,以便对瓦斯灾害进行系统化、信息化、高效化、安全化的预警和处理,进而促进和引领国内瓦斯灾害预警技术的推广和发展。

参考文献

[1]谈国文.基于信息化技术的矿井通风瓦斯灾害预警平台建设与应用[J].煤炭技术,2015,34(3):338-340.

[2]张杰.基于云计算数据集成模式的矿井瓦斯预警研究[D].西安:西安科技大学,2014.

[3]宋润权,邱居德,谈国文,等.白皎煤矿瓦斯灾害预警系统建设与应用[J].矿业安全与环保,2015,42(4):44-47.

瓦斯的监测预警 第5篇

在危险辨识结束后, 对危险源如何控制和管理是这项工作的核心和精华, 也是开展预警工作, 抑制事故发生的关键。危险源风险管理和控制就是要避免事故的发生或减少事故发生的可能性, 预先采取措施降低事故发生时可能造成的损失。

1 煤矿瓦斯爆炸预警系统的功能

1.1 警报功能

警报功能是对矿井煤与瓦斯突出和岩溶高压瓦斯喷出、瓦斯爆炸、瓦斯与煤尘爆炸、瓦斯窒息等的灾害早期征兆和诱因进行监测、识别、诊断与警报的一种功能。它通过设立各类行为所可能产生失误后果的界限区域, 对某些可能的错误行为或波动失衡状态进行识别与警告, 以此规范煤矿安全生产系统的秩序。警报功能的核心是识别系统的建立与完善。

1.2 矫正功能

矫正功能指对矿井瓦斯爆炸灾害早期征兆和诱因进行预控和纠错的一种功能。它依照预警管理信息, 对灾害早期征兆和诱因进行主动预防控制并纠正其错误, 保证煤矿安全生产系统处于安全状态。矫正功能的核心是预控行为的敏感度, 即预控行为在某种过程状态下, 对灾害早期征兆和诱因矫正作用的有效程度。

1.3 免疫功能

免疫功能是指导对同类同性质的灾害或诱因进行预测或迅速识别并有效对策的一种功能。当管理过程中出现过去曾经发生过的失误征兆或相同的致错环境时, 它能准确地预测并迅速运用规范手段予以有效制止或回避。免疫功能的核心是煤矿组织能否科学总结教训并将其转化为安全管理的知识、能力与水平。

煤矿瓦斯爆炸预警系统在安全管理方面的技术基础、思维方式、社会要求、环境因素、监控手段等方面与过去相比都有很大的不同。煤矿瓦斯爆炸预警系统不仅要发挥和改善煤矿安全管理的常规功能, 而且要产生新的管理功能, 包括预警功能、矫正功能和免疫功能, 以形成防错纠错新机制。

2 煤矿瓦斯爆炸风险预警系统的内容模式

煤矿瓦斯爆炸预警系统分为预警分析与预控对策两大子系统。预警分析是对各种煤矿瓦斯爆炸事故征兆进行识别、诊断与评价, 并及时予以警示的管理活动。预控对策则是对煤矿瓦斯爆炸事故征兆的不良趋势进行矫正、避防与控制的管理活动。预警分析是认错, 预控对策是纠错治错, 两者相辅相成。

2.1 预警分析

为了建立有效的煤矿瓦斯爆炸预警系统, 我们必须对安全事故预警分析的过程有所了解。从整体来看, 整个预警分析的过程主要包括以下四个方面的内容:监测、识别、诊断、评价。

1) 监测

这一过程的主要内容是对可能出现的事故进行监视预测, 同时收集各种事故的迹象, 并建立相应数据库。

监测是安全预警活动的前提, 监测的对象是煤炭生产中安全管理的薄弱环节 (多发性安全事故) 和重要环节 (重大险性事故) 。主要解决两个方面的问题:一是, 对煤炭安全生产中的薄弱环节和重要环节进行全方位、全过程的监测;二是, 对监测信息进行处理。即通过对历史数据、即时数据的整理、分析、存贮, 建立预警管理信息档案, 并将监测信息及时、准确的输入下一预警环节。

2) 识别

识别是运用评价指标体系对监测信息进行分析, 以识别煤矿安全生产活动中各类瓦斯爆炸事故征兆和事故诱因。基于危险源理论构建综合评价指标体系是实施预警分析工作的基础, 包括固有危险源指标、诱发危险源指标、人的因素的评价指标。关键在于应用适当的警级标准, 根据指标值分析煤矿某个环节己发生的变异和可能的连锁反应, 判断其处于正常、警戒或危机状态, 并把握其发展趋势, 在必要时准确报警。其风险可能是静态的, 可能是动态的。有的是比较明显的, 有的是潜在的。一方面可通过感性认识和历史经验来判断, 另一方面则是通过对各种客观的瓦斯爆炸事故记录进行整理、分析和归纳, 以及必要时咨询专家的意见, 从而及时发现各种瓦斯爆炸事故, 寻找规律。

3) 诊断

诊断是对处于警戒和危机状态的评价指标进行诊断, 综合分析已被识别的各种致灾因素的成因、过程及发展趋势, 明确哪个致错因素 (现象) 是主要危险源。诊断的主要任务是在致错环境中的诸多问题与现象中, 提出危险性最高、危害程度最严重的主要因素, 并对其进行成因分析和损失评价。

4) 评价

评价是对煤矿瓦斯爆炸事故征兆的不良后果进行危害性评价, 一是分析对煤矿的危害, 二是分析对社会的危害, 其评价结论是预控对策的基础。

2.2 预控对策及活动内容

煤矿瓦斯爆炸事故预控对策包括组织准备、日常监控和危机管理三个阶段。组织准备是预控对策工作的前奏, 它与日常监控都是预控对策的主体。而危机管理是特殊情境下日常监控活动的拓展。

1) 组织准备

组织准备包括对预警管理活动制订与实施的制度、标准、规章, 它服务于本系统的安全管理过程, 为预控对策活动提供有保障的组织环境。组织准备一是确定煤矿瓦斯爆炸预警系统的组织构成、职能分配及运行方式, 二是为危机状态下的危机管理提供组织训练与对策准备, 即对策库。组织准备活动服务于整个预警系统的组织管理过程。

2) 日常监控

日常监控是对预警分析所确定的主要劣性状态进行特别监视与控制的管理活动。其主要任务有:一是, 日常对策, 即对劣性状态进行纠正活动, 防止其扩展蔓延, 逐渐使其恢复到正确状态;二是, 危机模拟, 即在日常对策活动中发现劣性状态难以有效控制, 而对可能发生的危机状态进行假设与模拟的活动, 并提出对策方案, 为进入“危机管理”阶段做出准备。日常监控的重点是预警分析活动中确立的“现实诱因”与“危险诱因”。

3) 危机管理

危机管理指日常监控活动无法有效扭转危险状态的发展, 煤矿生产活动陷入危机状态时采取的一种“例外”性质的管理活动。包括特别组织方式、职能系统整合和控制方式原理。它以危机计划、特别领导小组、紧急救援体系、社会救助方案等介入企业领导管理过程, 一旦煤矿安全生产恢复正常, 危机管理就完成了使命。它包括特别危机计划、危机领导小组、紧急应对措施、社会救助方案等。一旦危机状态恢复到可控制时, 危机管理的任务便告完成, 有日常监控环节继续执行预控对策的任务。

总之, 预警分析的4个环节和预控对策的3个环节是时间顺序和逻辑顺序关系。预警分析是基础, 预控对策是目标, 两者相辅相成, 缺一不可。预警分析的对象是煤矿组织安全管理活动的各种现象, 而预控对策的对象是已被确认的安全管理不良波动。建立的监测信息系统由整个预警预控系统共享, 而煤矿组织准备了预警和预控系统内各自的程序、方式和手段, 是联结两者的组织手段。

3 结束语

总之, 基于危险源理论的煤矿瓦斯爆炸和涌出风险预警系统的研究对减少煤矿灾害, 保障煤矿安全生产有着重要意义, 对它的深入认识和研究仍有大量工作有待我们去完成, 而该领域展现的广阔前景和无穷魅力, 也必将吸引越来越多的学者和工程技术人员投入到它的怀抱。

参考文献

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.

[2]于不凡.煤矿瓦斯防治技术[M].中国经济出版社, 1987.

[3]金龙哲, 宋存义.安全科学原理[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[4]徐德蜀.安全科学与工程导论[M].北京:化学工业出版社安全科学与工程出版中心, 2004.

[5]颜晓.煤矿安全预警系统方案设计[J].煤炭现代化, 2002 (2) .

[6]李继胜.浅议危险源的辨识!评价和监督管理[J].南方钢铁, 1998, (105) :7-13.

煤矿瓦斯预警技术应用探析 第6篇

1 瓦斯报警信号接收

传统的瓦斯监测监控系统利用电子科技、计算机及网络技术, 采集矿井中瓦斯浓度等信息, 经过分析过滤上传到地面监控机房, 并实现释种闭锁功能, 极大地提高了井下操作的安全性, 但在实际运行过程中也暴露出一些问题, 当生产矿井出现瓦斯超限报警时, 从系统到人, 需要一个反应的过程、假设监测到的危险信息没有及时发布出去, 那么再精确、再灵敏的监测系统也无济于事。

煤矿瓦斯监测无线短信报警系统却集数据采集、监控、报警于一体, 利用手机短信这一成熟的数据传输方式, 确保安全生产监督管理部门的各级领导及相关负责人能在第一时间得到井下的监控数据和预警信号, 并及时作出相应的处理。

短信报警模块是一种无线设备, 可根据用户需求利用CDMA/GPRS无线网络实现对室内、室外的环境进行监测。采用无线通讯网络完成智能数据远程传输及控制报警, 无线通讯网络信号覆盖面积广, 真正实现了超远距离、方便、灵活的智能无线报警, 解决了固定电话或有线宽带网络有线报警的局限性, 其具有网络接入灵活、运营成本低的特点, 无需布线;当传感器报警时, 用户无论在何地, 都可以收取各监测点的发过来的报警信息。煤矿瓦斯监测无线短信报警系统直接利用原有的瓦斯监控网络系统, 将煤矿安全监控系统与移动通讯网络相结合, 把采集到的矿井通风参数, 通过分析获取报警信息, 并转化为文字、图形、动画等显示界面, 实现瓦斯监控数据的查询和报警, 使用各种有线或无线网络传输的信息数据进行手机接收。

当瓦斯超限报警后, 该系统可按不同浓度将信息以短信方式分级发送到各级领导手机中, 以便各级领导及时掌握各矿井瓦斯超限情况。通过可视化界面, 用户能直观地了解报警信息。显示详细的报警信息。提供瓦斯监测数据的实时数据保存。灵活的报警级别设置管理。按时间段的超限统计信息。远程不间断数据传输。永远在线;基于TCP/IP网络;高速数据传输, 较强的保密性和可靠性, 可附加数据、语音、传真功能, 数码通讯性能;覆盖区域广、可移动, 投资少、效率高。

煤炭安全管理员可以通过PDA设备 (掌上电脑) 对现有瓦斯监测联网系统中的实时、历史数据进行浏览、查看 (实时数据、历史数据、历史曲线等) 、查询、报警处理等操作, 并能够将数据下载到PDA设备中, 以实现离线浏览, 管理者可以不受区域限制全天候随时随地对煤矿安全生产情况进行查询、当煤矿出现安个隐患时, 系统能将信息传送给身处异地的管理者的移动通信设备上, 便于其在世界任何一个中国移动GPRS信号覆盖的地方于第一时间做出指令。

2 瓦斯红外传感技术运用

目前国内外煤矿井下使用最普遍的瓦斯检测传感器主要有载体催化燃烧式、光干涉式、热传导式传感器3种。其中, 载体催化燃烧式传感器受催化物质固有的“中毒”、“激活”等固有缺陷影响, 使得这类传感器存在着测量范围窄 (0%~4%CH4) 、寿命短 (1年左右) 、调校频繁 (每7d~10d需调校一次) 、有二值性等缺点;光学干涉型瓦斯传感器易受CO2的干扰和环境因素的影响, 并且检测时间长, 需要水汽吸收剂、二氧化碳吸收剂等;热导式瓦斯传感器受检测原理的限制存在着检测精度差、温度漂移大、灵敏度低等缺点。

矿用红外瓦斯传感器的测量机理与常规方法不同, 属于全新概念的瓦斯测量仪器。它基于红外吸收光谱原理, 采用了单光源双波长电调制技术, 选择了开腔式测量结构, 运用了参比测量校正技术。具有测量范围宽 (0.00%~10.0%) 、检测精度高 (浓度为0%~1%时, 误差为±0.06%;浓度为1%~10%时, 误差为真值的±6%) 、响应时间快 (25s) 、校正周期长 (2次/年) 、全量程内不换档、不停测、不怕高浓度瓦斯冲击等优点, 其工作电压为9V~24.5V, 可以连续监测甲烷气体浓度并就地显示, 同时甲烷浓度值转换成标准电信号传输给相关设备。本传感器具有报警功能, 断电点任意设置, 超限声光报警、断电信号输出, 故障自检等功能。

3 宽带监控预警网络系统

现在, 煤矿通常采用是KJ90全矿综合自动化系统主干传输平台即采用了基于IP的工业以太网通信技术, 将地面以太网技术直接延伸至煤矿井下环境, 为矿井构筑了先进、可靠、标准、高速、宽带、双向的综合信息传输平台, 使得矿山安全和综合自动化系统的各种监控设备、自动化过程控制设备、语音通讯设备、图像监控设备等都以IP方式接人, 并与煤矿企业的因特网整体架构实现无缝连接。

煤与瓦斯突出预警系统开发研究 第7篇

1 系统总体设计与各部分功能设计

本预警系统总体思路为对煤与瓦斯突出机理进行理论分析, 选取影响煤与瓦斯突出的主要因素, 并现场测量大量的数据指标, 通过建立灰色关联模型算法对影响煤与瓦斯突出的主要指标的影响程度进行排序后, 构建模糊聚类预测模型算法, 运用现场数据进行学习训练, 得出预测结果。

该系统的主要功能模块包括预测指标管理、样本管理、突出预警、用户管理以及综合查询等五个方面, 预测指标管理主要实现煤与瓦斯突出预测指标的录入、查询、删除、修改等功能;样本管理模块主要实现数据样本的录入、查询、删除、修改等功能, 并可实现大量数据的EXCEL导入以及表格预览功能;突出预警模块根据用户输入的突出预测指标和样本数据进行分析计算, 进行煤与瓦斯突出预测, 并根据预测结果给出专家建议, 专家建议根据突出预测的不同数据对应给出相应的处理措施;用户管理模块包括用户基本信息注册、用户名及密码的注册及修改、用户权限管理等。综合查询对预测指标、数据样本、突出预测记录以及用户信息、用户权限等进行综合全面查询。

2 系统算法模型构建

2.1 基于灰关联的预测指标优选

经理论研究并结合煤矿现场实际经验得出以下规律:第一, 突出危险性与煤层埋深、煤层厚度有一定关系, 煤层埋藏越突出深危险性越大, 煤层厚度越厚突出深危险性越大。第二, 瓦斯压力越大突出危险性越大。第三, 地质构造越复杂, 突出危险性越大。第四, 煤的坚固性系数越低, 突出危险性越大[2]。结合以上规律, 从所有的影响因素中选定构造类型、瓦斯压力、瓦斯放散系数、煤的坚固性系数、综合指标K五个较为重要的影响指标进行计算预测。

2.2 模糊聚类法构建突出预测模型

3 系统开发

3.1 系统的设计目标

通过系统录入煤与瓦斯突出预测指标的已知样本和预测样本, 系统采用灰色关联分析程序进行指标优选, 并通过模糊聚类程序进行突出预测。

3.2 系统架构确定

C/S模式客户端能处理部分事务, 分担服务器任务量, 使系统具有高效的处理速度, 且煤与瓦斯突出预警系统主要为煤矿工作人员使用, 使用地点较为固定和集中, 不会因为距离远而造成任何的麻烦。所以为使用系统简单高效、易维护[6]。

4 结论

本文设计的煤与瓦斯突出预测软件主要通过灰关联指标优选算法和模糊聚类预测算法实现, 将两种算法有效结合使用, 将大大增加预测的准确性。软件由用户登录及主界面模块、样本管理模块、煤与瓦斯突出预测模块、查询模块、用户管理模块和系统说明模块组成, 充分体现出人性化和个性化设计原则, 在指标录入模块、样本录入模块、样本修改模块、指标优选模块、模糊聚类模块和指标设置模块等都给用户提供不少人性化和个性化功能, 让用户可以自由选择数据、样本、指标的录入方式, 将常用的预测指标名称加入数据库中, 录入数据后系统自动进行分析计算并给出预测结果, 无须每次手工大量录入和复杂计算, 极大减轻了突出预测的工作量。

参考文献

[1]周世宁, 林伯泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社, 1999:69-71.

[2]国家安全生产监督管理总局.防治煤与瓦斯突出规定[S].北京:煤炭工业出版社, 2009.

[3]何学秋.含瓦斯煤岩流变动力学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1995:14-16.

[4]王凯, 愈启香.煤与瓦斯突出的非线性特征及预测模型[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005:111-113.

[5]张子敏, 张玉贵.瓦斯地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2009:38-48.

[6]罗华飞.Matlab GUI设计学习手记[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2009:225-242.

瓦斯的监测预警 第8篇

截至2011年底,我国已累计发生煤与瓦斯突出2万余次。通过对我国主要突出矿区大量突出事例的统计分析,得出煤与瓦斯突出主要具有以下规律:(1)开采深度增加,突出危险性增大;(2)煤巷掘进工作面突出次数最多,石门揭煤工作面突出强度最大;(3)突出的发生具有分区、分带特征;(4)突出受巷道布置、开采集中应力影响;(5)除极个别矿井(如:吉林营城、甘肃窑街)突出二氧化碳外,大多数突出的气体主要是瓦斯,且突出煤层瓦斯含量和瓦斯压力大都较高;(6)突出煤层大都具有软煤分层存在,而且突出危险性随软分层的增厚而增加;(7)突出前大多有预兆;(8)突出危险性随突出煤层厚度增加而增大;(9)大多数突出有作业方式诱导。

基于瓦斯地质区划理论的突出区域预测认为:地质构造是控制突出的主导地质因素,构造软煤厚度和煤层瓦斯含量是突出区域预测主要瓦斯地质指标[1,2,3]。地质构造通过控制瓦斯赋存、煤体结构类型和构造应力来控制突出。瓦斯因素主要为突出提供原始的动力条件,一般瓦斯含量越大的区域突出危险性越大[4,5]。本文内容分析所采用的资料主要来自防突部门的历年瓦斯动力现象资料,以及地测部的地质资料,分析主要以历年200余次动力现象资料为基础,结合相关地质资料,综合分析构造煤、瓦斯赋存及其变化等因素对突出的影响;实验共取样30份,每份煤样重约5 kg,煤样共重约150 kg。

1 构造煤与突出关系研究

构造煤对煤与瓦斯突出的控制作用[6],主要表现为5个方面:(1)从煤体特征方面看,构造煤的空隙率一般较高,因而可以保存更多的游离瓦斯;同时,构造煤的透气性一般较小,因而构造煤一般能够保持相对较高的瓦斯压力。(2)构造煤遭受地质构造作用后,结构遭受不同程度的破坏,裂隙、揉皱密布。(3)构造煤中的瓦斯吸附层,削弱了煤分子之间的相互作用力,起着一定的“分隔”作用;而构造煤中的游离瓦斯,在煤体发生破碎作用时充当着“气垫”的作用。这两方面的因素,一是造成了煤体强度明显降低;二是有利于煤体颗粒相对移动,煤与瓦斯突出抛出煤体,促进了突出作用持续、迅速地发生与发展。(4)由于构造煤的强度低,所以其发生变形的幅度差异与关系更敏感。(5)一定厚度的构造煤的存在是煤与瓦斯突出发生的必要条件。煤与瓦斯突出总是发生在一定的煤级范围内,而且发生在结构破碎的煤层里。根据对某矿井历年有纪录的80次突出(包括喷出)事故点f值进行统计,发现该矿井突出点附近f值普便偏小(最大值为0.57,最小值仅为0.34),其中,有13次突出点的f≥0.5,占总数的28.75%,有57次的f<0.5,占总数的71.25%,说明该矿井构造煤对突出的影响较大。因此,在有构造软煤出现的地点应进行突出危险预警,提醒相关部门及时采取相应措施。

2 煤层赋存变化与突出关系研究

煤层赋存状态主要包括:煤层厚度及其变化、煤层倾角及其变化、煤层埋深或标高3个方面[7,8]。

(1)煤层厚度对突出的影响。该矿井煤层厚度对突出的影响主要体现在煤层厚度的变化上,尤其是煤层变薄的地方。表1为矿井历年动力现象中受煤厚变化影响的实例,可以看出,当煤厚增长率小于-0.25%(煤层变薄)时,易发生突出事故。

(2)煤层埋深对突出的影响。根据历年动力现象,该矿井始突埋深为390 m,超过80%的瓦斯突(喷)出发生在埋深大于430 m的采掘工作面,而且,随着埋深的增加,瓦斯突(喷)出发生的强度增大,表现为平均瓦斯涌出量和最大瓦斯涌出量增大(图1)。由此可见,埋深对该矿井采掘工作面突出危险性具有一定的控制作用,随着采掘活动逐年向深部转移,煤层埋深逐渐增大,瓦斯压力及地应力也随之大幅增加,工作面面临着越来越严重的突出威胁,因此在日常生产过程中必须加强工作面突出危险性预测预报,发现异常及时采取有效措施,将突出危险消灭在萌芽状态[9]。

3 地质构造影响范围考察

通过对该矿井历年发生的煤与瓦斯突出事故的统计,发现有60%的突出与地质构造(包括断层、冲刷带及向斜等)因素有关,而地质构造常有一定的作用范围,也就是说,在距地质构造一定距离的范围内,突出危险性增大。

一般情况下,在地质构造附近常会出现瓦斯异常涌出(超限或动力现象),从该矿瓦斯地质图(图2)可以看出,在地质构造附近(尤其是揭露或是即将揭露构造的地方)密集出现瓦斯异常现象,这说明地质构造对瓦斯突出具有一定的控制作用,且这种控制作用具有一定的范围,但是也应看到,从瓦斯地质图上得到的构造影响范围过小,不能满足突出预警的超前性要求,对突出预警的现实意义不大,对于详细的构造影响范围,将通过对地质构造与K1值的关系进行分析的基础之上确定[10]。

4 煤层瓦斯赋存规律研究

研究煤层瓦斯赋存规律是进行矿井瓦斯防治的基础,对瓦斯赋存规律有影响的因素主要有地质构造、围岩性质和煤层埋深[11]。

该煤矿井田整体位于大单斜构造的西部,在这个大单斜面上,次一级的褶曲构造比较发育,这些不同形态、不同组合的褶曲群,构成了区域构造的主体。该区大断层不太发育,大中型断层极少,绝大多数均属落差小于5.0 m以下的层间小断层,这些小断层一般成群出现,均系在褶曲过程中产生层间滑动中生成的,井田内所揭露的断层主要受褶曲构造控制。从目前所揭露的断层构造来看,该矿井井田内的断层基本上都属于封闭型构造,这种类型的断层附近瓦斯含量一般也较大,在历年发生的17次煤与瓦斯突出事故中,有4次直接与断层构造相关。

作为封堵煤层气的第一道屏障,煤层顶板对瓦斯的封存起着决定性的作用,该煤矿3、8和15煤层顶板以泥岩、砂质泥岩、中—粗粒砂岩组成的复合性顶板为主,透气性较差,贮存条件好。

此次分析以地勘钻孔以及井下实测3、8和15煤层原始瓦斯含量值为基础数据,发现煤层瓦斯含量与埋深具有较强的相关性(图3—图5),这是因为煤层埋深越大,越不利于瓦斯向地表逸散,相应的煤层瓦斯含量也就越大,所以当埋深增大时,瓦斯含量有明显的递增趋势[12,13]。

5 瓦斯压力与钻屑指标及瓦斯含量关系

(1)瓦斯压力与钻屑指标关系分析。煤层瓦斯压力P与瓦斯解吸指标K1之间存在一定的相关关系,因此通过对K1—P关系进行研究,可以为指标临界值的确定提供参考[14]。根据K1—P关系模型实验结果,将《防治煤与瓦斯突出规定》给定的瓦斯压力P临界值0.74 MPa代入实验建立的拟合关系式中即可得到瓦斯解吸指标K1的拟合临界值(表2),从表2可看出,3煤层K1拟合临界值整体水平比8煤层K1拟合临界值高,且8煤层K1拟合临界值波动幅度较大,考虑到拟合值可能存在一定的偏差,所以不能简单地以最小拟合值作为K1临界值,此次对于K1临界值的确定是以各组拟合结果的平均值为准。

(2)瓦斯压力与瓦斯含量关系分析。由朗格缪尔方程式(1)可知,煤层瓦斯含量与瓦斯压力之间存在一定的对应关系,通过测定煤的吸附常数、灰分、水分、孔隙率及视密度等参数可以建立两者之间的变化关系表达式。基于此,此次研究共在该矿井井下采集3煤层和8煤层煤样各3份,送实验室进行工业分析与瓦斯吸附特征实验,测定相关参数结果见表3,将实验室测得参数代入朗格缪尔方程可得到瓦斯含量与瓦斯压力的变化关系表达式,再将《防治煤与瓦斯突出规定》给定的瓦斯压力临界值代入表达式,即可反推出瓦斯含量的理论临界值(表4)。由计算结果可以看出,3煤层的瓦斯含量理论临界值在12.33~13.82 m3/t,8煤层的瓦斯含量理论临界值在11.63~13.47 m3/t,而该矿井目前使用的瓦斯含量临界值为8 m3/t,实际临界值小于理论临界值在3.63~5.82 m3/t,区域预测和效检更加严格,能够保证区域瓦斯治理的有效性。

式中,Q为瓦斯含量;a、b为吸附常数;P为瓦斯压力;Mad为水分;Ad为灰分;F为孔隙率;ARD为视密度。

6 结语

通过分析可以看出,地质构造、构造煤、煤层赋存等均不同程度地对工作面突出危险性造成影响,可以将工作面与地质构造的距离、构造煤厚度、煤层赋存变化等作为该矿井瓦斯地质类预警指标。此外,通过瓦斯压力与钻屑解吸指标以及瓦斯压力与瓦斯含量的实验室研究结果,可以对该矿井目前使用的预警指标临界值进行修正,并将其纳入预警指标体系之中。

摘要：预警指标体系研究是整个预警系统项目实施的前提,为实现矿井煤与瓦斯突出综合、智能、超前、动态预警提供技术基础。整个预警系统指标体系框架主要包括瓦斯地质、采掘影响、日常预测、瓦斯涌出、矿山压力、防突措施6个方面。地质构造是控制突出的主导地质因素,构造软煤厚度和煤层瓦斯含量是突出区域预测主要瓦斯地质指标。地质构造通过控制瓦斯赋存、煤体结构类型和构造应力来控制突出。此次主要以瓦斯地质为核心,研究瓦斯地质在预警指标体系建立中的作用,对矿井预警指标体系的建立具有指导作用。