南山煤矿煤与瓦斯突出事故报警系统建设*

崔俊飞

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室;2.中煤科工集团重庆研究院有限公司)

南山煤矿煤与瓦斯突出事故报警系统建设*

崔俊飞1,2

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室;2.中煤科工集团重庆研究院有限公司)

为了避免煤与瓦斯突出事故，根据国家安监总局28号文要求，基于煤矿瓦斯监控系统、人员定位系统、电力监控系统及计算机网络，建立了煤与瓦斯突出事故报警系统。以南山煤矿为例，介绍了防突工作面的传感器布置方法，突出事故报警系统的技术原理以及建设过程。实现了突出事故发生时系统能自动发出报警信号及报警短信，通知井下作业人员及时撤离的要求，对计算事故波及范围内的相关电气设备、电源及时断电，避免次生灾害地发生。

煤与瓦斯突出 事故报警 计算机系统

2013年3月，国家安监总局发布了关于加强煤与瓦斯突出事故监测和报警工作的通知(安监总煤装〔2013〕28号)，要求建立、完善安全监控和煤与瓦斯突出事故报警系统，实现对突出事故及其发生时间、地点的自动判识和及时报警。

南山煤矿是龙煤集团鹤岗分公司的主力矿井，井田面积1 063 km2，年核定生产能力为300万t。矿井地质构造复杂，自燃灾害严重，1983 年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井，2004年被鉴定为高突矿井。为此，南山煤矿和中煤科工集团重庆研究院有限公司合作，启动了“煤与瓦斯突出事故报警系统建设”项目。拟通过该项目，完善正在作业的采掘工作面传感器配备，实现对突出事故及其发生时间、地点的自动判识和及时报警，并自动计算事故波及范围，通知相关人员，控制事故扩大，减少人员伤亡。

1 煤与瓦斯突出事故报警系统

1.1 技术原理

在突出煤层的所有采掘工作面回风巷增设高浓度甲烷传感器和风速传感器，在工作面进风巷道增设高低浓度甲烷传感器和风速、风向传感器，在采区回风巷和总回风巷安设高低浓度甲烷传感器，自动采集工作面瓦斯监控数据、电力监控数据、人员定位系统数据，分析甲烷浓度、风向、风速、传感器故障，及时发现煤(岩)与瓦斯突出并报警；通过电力监控系统，切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源，避免瓦斯爆炸事故发生；通过人员定位系统，确定井下人员的分布情况，及时将作业人员撤至地面[1]。

1.2 系统架构

煤与瓦斯突出事故报警系统(以下简称报警系统)总体架构分为中央数据库、数据采集服务、报警分析服务、客户端、短信发布服务5个部分，如图1所示。数据采集服务从瓦斯监控数据库、人员定位数据库、电力监控数据库中读取实时数据进行过滤、采样后转存入中央数据库中；报警分析服务从中央数据库中读取数据进行实时分析，发现有瓦斯浓度超过临界值、电力设备发生故障或有突出事故发生时立即计算事故波及范围，通过客户端系统和短信发送服务，以图形、声光、短信的形式进行报警，将事故地点、发生时间等信息以最快的方式提醒技术人员；客户端从中央数据库中读取分析结果，以图形的方式展示各种传感器的状态和数值以及人员定位系统和电力监控系统的工作情况，并可以设置相关参数；短信发布服务实时监控报警分析结果，如果有事故发生则及时以短信的方式将事故情况发送到指定用户的手机上。

图1 系统架构

南山煤矿煤与瓦斯突出报警系统在硬件上以现有的瓦斯监控系统、人员定位系统、电力监控、监控环网、井上公共网络为基础，配备数据库服务器、分析服务器、终端PC及短信发布设备进行构建。

整个报警系统运行的网络结构如图2所示。为了保证井下监控环网的安全性，报警系统服务器通过防火墙接入井下安全环网与各大监控系统相连接，实时采集各个系统的数据并进行实时分析。报警系统客户端通过地面公共网络与报警系统服务器连接配置各项指标参数，报警信息发布终端通过工业环网连接报警系统服务器查看相关数据和图形。当报警系统服务器分析发现异常或者事故发生后，通过工业环网或无线网络以报警系统客户端和短信的形式进行预警结果的发布，并可以通过广播系统报警。当报警系统分析得出发生了较强的煤与瓦斯突出事故时会自动计算波及范围，调用电力监控系统执行相关设备的断电，防止瓦斯爆炸。

图2 系统网络结构

1.3 传感器布置

结合煤与瓦斯突出事故的特点以及系统建设需要，选择以甲烷传感器、风速风向传感器为主的2大类传感器进行突出事故监测。

(1)甲烷传感器。对事故发生的时间和地点、事故波及范围的瓦斯浓度进行监测，通过监测数据，初步判定事故的发生状态、运动路线和波及范围(建议在采掘工作面安装高浓度的光学甲烷传感器)，并对瓦斯涌出量进行预测计算。

(2)风速风向传感器。对发生煤与瓦斯突出事故的状态、瓦斯逆流波及范围的风速和风向进行监测。

基于国家安监局28号文件精神和南山煤矿实际条件，经鹤岗矿务局和南山煤矿共同研究决定，在斜井一队、综采一队、综采二队3个具备突出危险性的采煤工作面，以及其他进风区域进行相应传感器的增设[2]。综采二队采煤工作面传感器部署如图3所示。

图3 综采二队采煤工作面传感器部署示意

留用综采二队采煤工作面原有的T1甲烷传感器(原有T1传感器为高低浓度甲烷传感器，不需增加)，在T1附近增设1台风速风向传感器Fs，用以监测该工作面突出事故的发生状态；在该工作面进风侧以及进风分风口前10 m风流稳定处各增设1台甲烷传感器Tgd和风速风向传感器Fs，用以监测该工作面的突出瓦斯逆流情况；在该工作面增设甲烷传感器3台、风速风向传感器3台。

整个矿井共计安装高低浓度甲烷传感器20台，风速风向传感器17台。

2 系统建设

2.1 中央数据库建设

采用SQLServer2012创建事故报警系统中央数据库，分为空间数据库和属性数据库两个部分[3]。空间数据库主要存储巷道图形、工作面位置、传感器位置、通风设施、风流方向以及巷道连通关系等信息，将南山煤矿的通风系统图进行数字化处理转存到空间数据库中，将所有传感器名称编号入库并在图形中进行定位；属性数据库主要存储数据采集服务，从瓦斯监控系统、人员定位系统和电力监控系统中采集实时信息、设置的报警临界值。报警结果表结构如表1所示。

表1 报警结果表结构

2.2 数据采集服务

南山煤矿采用的监控系统为北京瑞赛KJ2000N型监控系统。为了保证监控系统和井下环网的安全性，数据采集服务不直接访问监控系统数据库，采用在报警系统服务器创建FTP文件上传服务的方式，通过监控系统主机的FTP上传程序上传传感器的实时数据[4]，基于.Net Framework4.0，采用C#语言开发数据采集服务，直接从上传的xml文件中提取需要的数据并存储。图4为数据采集服务控制台界面。

图4 数据采集服务控制台界面

2.3 报警监控客户端

基于.Net Framework4.0框架，采用Microsoft Visual Studio 2010 C#语言结合ArcGIS提供的MapObject二次开发组件进行开发。采用ArcSDE空间数据引擎，结合SQLServer2012实现整个平台的空间数据及属性数据的快速交互。整个客户端由编辑系统，监视系统两个部分组成，编辑系统提供类似AutoCAD操作模式的图形编辑工具，图层管理工具，可以进行通风系统设施、传感器的绘制、编辑，进行工作面的创建、传感器关联、传感器报警临界值的设置；监视系统提供传感器实时值的显示，被监控工作面目前的状态，待有事故发生时及时发出警报，在图形中显示事故的波及范围以及波及的人数[5-6]。如图5所示。

3 结 语

虽然预防煤与瓦斯突出事故是世界性难题，依靠现有的防治技术还不能完全避免事故发生，但利用先进的监测手段,实时监控和分析事故造成的传感器破坏、瓦斯浓度的异常波动、风流逆向等情况进行报警[7]。以事故理论、灾变理论、瓦斯灾害预警理论为依据，在煤矿现有的瓦斯监控系统、人员定位系统、电力监控系统、煤矿井下环网、办公网的基础上，利用计算机软件技术建设了煤与瓦斯突出事故报警系统，并成功应用于南山煤矿。在事故发生时以多种途径及时发出报警信息，通知井下作业人员及时撤离，避免或减少人员伤亡，同时，切断井下相关设备的电力供应，避免或减少了瓦斯爆炸等次生灾害的发生。

图5 报警监控客户端界面

[1] 孙继平.煤与瓦斯突出报警方法[J].工矿自动化,2014(11):1-5.

[2] 孙继平.《煤矿安全规程》安全监控与人员位置监测修订意见[J].工矿自动化,2014(6):1-7.

[3] 刘 晓,张瑞林,冀超辉.基于GIS的瓦斯地质数据库的建立研究[J].煤炭工程,2009(9):125-127.

[4] 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.

[5] 朱红青,秦晓峰,杨成轶,等.煤与瓦斯突出事故虚拟仿真系统[J].煤矿安全,2014(6):89-91.

[6] 杜军峰. 煤与瓦斯突出事故预防信息系统研究[J].山西煤炭,2014(6):27-29.

[7] 吴 祥,程远平,侯少杰,等.煤与瓦斯突出事故关键链理论研究[J].煤炭技术,2010(5):86-89.

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”国家科技支撑计划资助项目(编号：2012BAK04B01)；中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金资助项目(编号：2013ZD002)；中煤科工集团重庆研究院有限公司自立科研开发项目(编号：2012ZDXM10)。

2015-04-15)

崔俊飞(1983—)，男，助理研究员，硕士，400037 重庆市沙坪坝区上桥三村55号。