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1、煤与瓦斯突出综合预警系统的建立与应用朱振1,2，吴保磊3，孟杰4,5，云奇4,5，王峰4,5（1.鑫龙煤业（集团）有限责任公司， 455000；2.中国矿业大学 安全工程学院， 221116；3.中国矿业大学 信息与控制工程学院 ， 221116；4.能源化工集团研究院， 450046； 5.省低渗突出煤层煤与瓦斯共采工程技术研究中心， 450046；）摘要：鑫龙煤业龙山煤矿具有高突出危险性，为了满足该矿高产、高效、安全生产的需要，龙山煤矿引进了煤与瓦斯突出综合预警系统。该系统从突出防治工作涉及的各个环节入手，充分融合了突出矿井防突技术体系及安全管理制度。现场实验证明，预警系统使龙山煤矿对灾害
2、的预防有了充足的时间，同时能更加有针对性的制定消突措施，实现了高效消突，安全生产。关键词：煤与瓦斯突出 综合预警 瓦斯灾害 安全预防Establishment and Application of Coal and Gas Outburst Pre-warning Technique and Computer System in Longshan Coal MineZHU Zhen1,2，WU Baolei3，MENG Jie4,5，TAO Yunqi4,5，WANG Feng4,5（1. Anyang Xinlong coal (Group) Co., Ltd.An Yang ,Henan
3、455000;2.School of Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China; 3.SchoolofInformatioecnandControlEngineering ,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China; 4.Research Institute of Henan Energy and Chemical Industry Group Co., Ltd, Zhengzhou, Hena
4、n 450046, China; 5. Henan Engineering Research Center of simultaneous extraction of coal and gas with Low permeability & outburst coal seam, Henan 450046, China; ）Abstract：Longshan coal mine is one of the high outburst mines, in order to meet the needs of high efficiency and production safety, coal
5、and gas outburst pre-warning technique and computer system was introduced to longshan coal mine. The technology involved in all aspects of gas outburst prevention, including the outburst prevention technology system and safety management system. Field applications proved that: Longshan mine has enou
6、gh time to prevention gas disaster with help of the pre-warning system, and formulates measures contrapuntally by using the pre-warning system, finally, Longshan coal mine can eliminate the outburst danger efficiently and produce safely. Keywords：gas outburst; pre-warning and forecasting; gas disast
7、er; prevention and safety0前言我国是煤与瓦斯突出事故最严重的国家之一，突出矿井多、分布广、突出事故多，重特大突出事故时有发生。通过大量突出事故调查发现，防突措施落实不到位和防突管理不到位是突出事故的主要直接原因。实践证明，通过多种途径实现突出危险性、隐患的超前预警和强化防突管理是有效防突的重要手段1-5。煤与瓦斯突出是煤炭采掘过程中易发生的一种大型动力灾害，其突出能量大，破坏能力强，易导致大规模的人员伤亡，严重影响着煤矿的安全生产和经济效益。要对煤与瓦斯突出进行有效的预防和治理，首先要进行有效的预警6。目前突出危险性预测的常用指标主要包括区域预测指标和工作面预测指标，
8、区域预测指标分为单因素指标法(瓦斯压力或瓦斯含量)和综合指标D和K等，工作面预测指标（钻屑瓦斯解吸指标、钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标等）。常规的煤与瓦斯突出预测技术是抽检式、不连续、局部的预测，具有相当大的局限性7-8，这种传统的煤与瓦斯突出预测技术是一种抽检式的、不连续的、局部突出危险性预测方法，某一预测指标只能间接和部分的反映影响突出危险某一因素，没有从大的区域角度提前对瓦斯灾害及严重程度进行提前预警，并建议矿井采取相应的措施，具有相当大的局限性。煤与瓦斯突出综合预警系统利用智能信息化装备和技术，将灾害预警理论运用于矿井瓦斯灾害防治领域，实现了矿井瓦斯灾害的超前预警9 1煤与瓦斯突出综合
9、预警系统的建立1.1 预警系统的基本原理及流程煤与瓦斯突出综合管理及预警平台一方面要把采掘部署、瓦斯地质分析、预测预报、防突措施、效果检验、安全防护措施等信息录入到预警平台的中央数据库。在这些信息的收集、录入的过程中把设计、施工、监督、反馈、措施调整、评价、确认等各个环节融入到预警体系中，实现安全信息集中管理与共享，同时也实现了防突的精细化和规化的管理，加强了对防突的设计、施工、验收等环节的监管；另一方面煤与瓦斯突出综合管理及预警平台实时、连续的采集安全监控实时数据。然后通过计算机系统及预警平台各专业的软件进行对数据进行挖掘与分析，依据矿井实际制定的预警规则库，确定预警等级，最后通过局域网发布
10、预警结果。从而实现了对突出危险性、隐患的超前预警，实时预警，为矿井进行瓦斯突出灾害的防治提供决策依据10。其系统基本原理流程图如图1所示。图1系统基本原理流程图1.2 系统功能设计及作用根据该矿各职能部门的特点将系统划分为6个子系统：地质测量管理系统、瓦斯地质动态分析系统、防突动态管理及分析系统、采掘进度管理系统、瓦斯涌出动态分析系统、及突出预警信息管理平台；地质测量管理系统是进行矿井基础信息的数字化，为整个预警功能的实现提供数字化平台，为突出预警功能的实现提供地质构造、工作面空间位置信息，同时为地测部门的日常管理工作提供先进的工具；瓦斯地质动态分析系统是进行矿井瓦斯地质的分析与管理，为突出预
11、警提供工作面的瓦斯地质信息。其核心功能是矿井煤层瓦斯基本参数的管理与维护、瓦斯赋存特征的智能预测、煤层瓦斯地质图的自动生成与动态更新，使得瓦斯地质图不再像以前一旦绘制完成就一成不变，而是可以根据这些因素做出科学分析，进行动态变化；防突动态管理及分析系统是进行矿井日常防突工作的精细化管理，其核心功能是进行井下日常预测指标实测数据、井下实际施工的防突措施信息的管理、矿井工作面防突措施的智能化设计等，为突出预警提供日常预测指标数据以及防突措施存在的缺陷信息；采掘进度管理系统为预警工作面空间位置分析提供基础数据；瓦斯涌出动态分析系统是对矿井监控系统的瓦斯浓度监测数据进行综合分析，为突出预警提供瓦斯涌出
12、动态指标信息，实现工作面突出危险性的实时、动态及智能预警；突出预警信息管理平台根据研究建立的实施矿井煤与瓦斯突出预警指标体系及预警模型方法，利用上述子系统提供的相关数据，实现工作面突出危险性的实时、智能及超前性的综合预警，进行预警信息的管理与发布。，各个子系统在向综合预警平台提供各个部门监测的相关信息资料的同时，提供了专业的辅助分析、设计功能，如图2所示。图2 煤与瓦斯突出预警系统配套软件结构及其功能2煤与瓦斯突出综合预警系统的应用2.1 龙山煤矿概况鑫龙煤业龙山煤矿为严重煤与瓦斯突出矿井，所开采的二1煤层地质结构复杂，断层褶曲发育，属于缓倾斜突出厚煤层，实测瓦斯最大压力为1.89 MPa，实
13、测瓦斯最高含量为23.51 m3/t。建矿至今共发生煤与瓦斯突出事故110多次，平均突出煤量为107.95 t，涌出瓦斯量为18179.3 m3。突出均发生在掘进工作面，回采工作面未发生过动力现象。2.2 系统应用流程龙山煤矿煤与瓦斯突出综合预警系统终端分布如图3所示。图3 龙山煤矿煤与瓦斯突出综合预警系统终端分布安全生产基础数据是瓦斯突出灾害预警的基础，而基础数据的采集与分析需要“一通三防”、地测、调度、监测等多个部门协同作业，因此必须要有严格的系统应用流程。系统应用流程： 生产技术部绘制采掘巷道图并建立档案通风防突部根据本矿特点设置工作面预警指标和临界值通风区队将传感器布置在指定位置并反馈
14、给通风防突部。 生产技术部录入地质构造、巷道进尺等信息，通风防突部录入校检指标、防突措施、煤层及瓦斯基本测定参数等基础数据信息。 预警系统实时分析处理基础数据，当出现异常数据或趋势时及时预警，总工、安全矿长、通风副总等矿领导的设备终端会在第一时间发出警报信息。 矿领导介入进行指挥，并及时停止工作面施工，召开紧急会议分析问题，采取相应的安全技术措施。 警报解除后，继续施工。 撤回传感器，准备下一个工作面的安装使用工作。2.3 应用结果龙山煤矿煤与瓦斯突出综合预警系统建成后，综合预警系统在11011上顺槽反掘头、11071上顺槽、11101工作面、23043工作面共触发状态预警和趋势预警各1575
15、次，其中状态预警正确1544次，趋势预警正确1563次，平均准确率达到97%，状态预警出错率高于趋势预警的出错率。其中11011上顺槽反掘头总预警次数92次，状态预警次数正确88次，错误3次，趋势预警次数正确90次，错误1次，可靠率96%；11071上顺槽总预警次数566次，状态预警次数正确554次，错误12次，趋势预警次数正确560次，错误6次，可靠率97%；11101工作面总预警次数452次，状态预警次数正确436次，错误16次，趋势预警次数正确447次，错误5次，可靠率95%；23043工作面总预警次数466次，状态预警次数正确466次，错误0次，趋势预警次数正确446次，错误0次，可靠
16、率100%；预警结果准确性统计主要就突出危险性比较大的11071上顺槽和11101工作面预警结果进行统计分析，预警系统分析结果与实际工作面突出危险情况基本一致，预警系统能准确给出预警信息，部分错误报警主要是由系统维护初期的数据录入错误或瓦斯涌出数据受井下风筒移动、调校调校等干扰情况所致。综合统计11071上顺槽、11101工作面、11011上顺槽反掘头等作面的预警准确率和区域效检、瓦斯地质等6个方面的专项预警准率，可以看出，龙山煤矿预警结果准确率约在82.190.2%之间，平均83.9%；瓦斯涌出专项预警准确率在74%以上，其他专项预警准确率在88%，瓦斯涌出专项预警准确率偏低，这与风筒移动、风机调试、传感器调校、井下采掘活动影响等有很大关系。3结论龙山矿使用的煤与瓦斯突出综合预警系统从突出防治工作涉及的生产、地测、防突、措施、施工、监督、预测预报、监测监控等各个环节入手，利用现代信息技术，
