淺談煤礦瓦斯與火災動態(tài)辨識與預警技術(shù)

孟 潔

0 引言

瓦斯和火災是煤礦中最為嚴重的兩種安全隱患，是我國礦業(yè)發(fā)展中亟待解決的重大問題。對煤炭企業(yè)而言，主要通過提高自身的管理水平、加強職工的技術(shù)培訓、改善生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)狀等措施實現(xiàn)對瓦斯、火災的治理。然而這并不是最有效最直接的方法，而應運用科學技術(shù)方法實現(xiàn)對煤礦瓦斯與火災事故危險源的辨識與預警。風險預警是指將系統(tǒng)中所有可能出現(xiàn)的或者潛在的能夠?qū)е率鹿拾l(fā)生的危險狀態(tài)加以分析、辨識，進而進行評價，得出一定的評價結(jié)果，通過預警管理系統(tǒng)將相應的預警結(jié)果展示出來，以此減少煤礦瓦斯與火災事故。

1 系統(tǒng)構(gòu)架總體思路

煤礦瓦斯與火災危險源動態(tài)辨識與預警技術(shù)的實現(xiàn)是通過相應的管理信息系統(tǒng)完成的。管理信息系統(tǒng)應能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦瓦斯爆炸事故、煤礦火災事故重大危險源的風險評價與辨識，對煤礦瓦斯涌出重大危險源的辨識與動態(tài)臨界界限預警、預警信息的實時提示與動態(tài)修正、相關(guān)預測與預警數(shù)據(jù)的存儲與查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)報表管理等一系列功能。

系統(tǒng)構(gòu)架旨在合理劃分子系統(tǒng)，以達到子系統(tǒng)之間的高內(nèi)聚低耦合，最終達到提高軟件可理解性和可維護性的目的。同時，系統(tǒng)構(gòu)架是問題求解及建立解答的一種高級策略，其總體構(gòu)架的主要任務是將系統(tǒng)分解成各個子系統(tǒng)，以使其易于管理，最終得到系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計模型。煤礦瓦斯與火災危險源動態(tài)臨界神經(jīng)網(wǎng)絡預警系統(tǒng)的設(shè)計，必須既能滿足用戶進行日常管理的全部功能需求，又要最大程度地為用戶提供最便捷的操作處理。系統(tǒng)從實現(xiàn)的功能出發(fā)，以此為依據(jù)進行構(gòu)架。

1.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

煤礦瓦斯與火災危險源動態(tài)辨識與預警系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上將整體劃分為5 個子系統(tǒng)與模塊：煤礦瓦斯爆炸事故風險評價預警子系統(tǒng)、煤礦自燃火災事故風險評價預警子系統(tǒng)、煤礦瓦斯涌出異常的神經(jīng)網(wǎng)絡預警子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫維護與管理和其他功能管理模塊。其中，數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包含了系統(tǒng)日常運行所必須的所有數(shù)據(jù)信息、維護與管理信息等。數(shù)據(jù)庫維護與管理中除自身維護與管理外，還鑲嵌人機交互接口模塊，主要為用戶圖形接口與操作界面，為用戶與系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)之間提供了一個信息交換的通道。通過這一模塊，操作用戶可以對其輸入更新信息、維護與管理指令和所需要的信息進行查詢、分析，并且可以獲得詳細、直觀的結(jié)果，而不僅僅是龐大的數(shù)據(jù)表。煤礦瓦斯與火災危險源動態(tài)辨識與預警系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)見第8 頁圖1。

1.2 系統(tǒng)原理

在煤礦瓦斯與火災危險源動態(tài)辨識與預警系統(tǒng)中采用“評價-預警-反饋”模式，使得各個過程之間相對獨立、相互承接。每個過程在完成自己功能的同時，相互銜接組成整個系統(tǒng)的核心評價與預警功能。在各個過程內(nèi)部，系統(tǒng)把對數(shù)據(jù)的操作按照相應方法封裝起來，形成獨立的子系統(tǒng)與模塊。這些子系統(tǒng)與模塊對外部僅保留必須進行輸入輸出數(shù)據(jù)的接口；而在各個子系統(tǒng)與模塊之間通過相應數(shù)據(jù)接口進行通信，實現(xiàn)各個獨立功能的銜接。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能

在操作上，針對煤礦瓦斯與火災事故重大危險源辨識與預警的每一輪須從評價過程開始。系統(tǒng)首先獲取相應的風險評價表的信息，包括評價指標、評價細則、相應的權(quán)值、是否為否決指標等，在前端生成具體的風險評價表；然后由用戶根據(jù)實際情況進行分析與評價；完成評價后，系統(tǒng)自動實現(xiàn)危險源危險等級的評定，并相應地做出靜態(tài)、動態(tài)預警，發(fā)布預警信息。預警結(jié)論應當作為歷史數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，供用戶進行查詢，以及數(shù)據(jù)報表的導出與管理。另外，當前的預警信息應能夠與歷史預警信息數(shù)據(jù)匯總而生成趨勢分析圖。

針對煤礦瓦斯涌出事故重大危險源辨識與預警，在每一輪的辨識與預警工作之初，應首先獲取煤礦瓦斯涌出量的歷史數(shù)據(jù)（可以通過數(shù)據(jù)接口從實時監(jiān)測系統(tǒng)中導入，也可以由用戶手動輸入或從數(shù)據(jù)文件導入）；接下來應當由用戶輸入預期時間內(nèi)影響瓦斯涌出量的各個指標的具體預期值；系統(tǒng)在得到這些預期值后，調(diào)用歷史數(shù)據(jù)庫中相應指標的歷史數(shù)據(jù)，分析預測在這種影響條件下的瓦斯涌出量，同時也對可接受的安全狀態(tài)臨界界限做出動態(tài)預測；通過分析對比預測值與臨界值，得出相應預警結(jié)論，并依照預警信息的發(fā)布準則進行信息發(fā)布。當獲得實際瓦斯涌出量值的時候，應當根據(jù)需要對預警值與預警界限做出修正，實現(xiàn)對輸入數(shù)據(jù)的反饋。同樣，這一部分的預警結(jié)論也要存入數(shù)據(jù)庫中歸檔處理。系統(tǒng)的運行流程見圖2。

圖2 系統(tǒng)流程

2 應用實例

同忻礦井是大同煤礦集團公司建設(shè)的千萬噸級一井一面礦井，采用主副井斜井后期增加副立井的混合開拓和通風方式，對特厚煤層進行放頂煤開采，屬于低瓦斯礦井但具有高瓦斯涌出特征，煤的自燃傾向性等級為易自燃。以2012 年9 月26 日當天晚班預警數(shù)據(jù)為例。由于同忻礦瓦斯含量及涌出量較大，瓦斯涌出這項指標的得分相對偏低，但由于治理措施合理，管理到位，瓦斯涌出、瓦斯爆炸、自然火災3 項指標均未出現(xiàn)危險情況。再如2012 年10 月30 日，8103工作面瓦斯涌出指標危險等級為很危險報警，原因在于該采面接近斷層構(gòu)造帶，且探測到自燃指標氣體乙烯，危險級別上升。因此，放慢采掘速度，做到安全度過危險期，避免事故發(fā)生，保證安全生產(chǎn)。

存在的問題：預警指標不可能一次性羅列完整，有待完善，需根據(jù)不斷出現(xiàn)的新情況增加新的重要指標，刪除影響不明顯的指標；同時，預警指標的權(quán)重也不可能最貼近同忻煤礦的實際情況，需根據(jù)系統(tǒng)報警的嚴重等級和礦井實際危險程度，調(diào)節(jié)各預警指標的權(quán)重，使預警系統(tǒng)更貼近同忻礦的實際情況，做到不漏報，不誤報，及時準確報警。

3 結(jié)語

我國火災、瓦斯事故是煤礦事故中最嚴重的兩類。礦井火災、瓦斯事故發(fā)生后，災情發(fā)展迅猛，變化復雜，影響范圍廣，往往造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，還可誘發(fā)更大次生災害，因此煤礦火災、瓦斯危險源預警技術(shù)便顯得十分重要。煤礦瓦斯與火災動態(tài)辨識與預警技術(shù)是項先進和有效的方法，可將事故消滅在萌芽狀態(tài)，具有十分重要的意義及推廣前景。