煤礦“一通三防”智能化技術(shù)問題研究

趙永剛

中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司銀星二號煤礦 寧夏 靈武 751400

引言

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快，使得煤炭產(chǎn)量日益提高。就目前煤炭資源市場的發(fā)展來看，國內(nèi)對煤炭資源的需求逐漸提升，煤礦企業(yè)為了能夠在市場上獲得更大的利益，會使得自身的煤礦工廠負(fù)荷生產(chǎn)，忽視了煤礦“一通三防”的問題，以至于提升了安全事故發(fā)生的概率。而為了保證煤礦生產(chǎn)的安全性，一些煤礦企業(yè)會采用人工巡視檢查的方式，以便能夠排除安全隱患，但是人工排查會耗費(fèi)大量的人力物力財力，其無法保證排查做到全面覆蓋。

1 煤礦“一通三防”智能化技術(shù)概況

煤礦“一通三防”主要指的是，在對煤礦進(jìn)行回采和掘進(jìn)的過程中極易產(chǎn)生粉塵和瓦斯氣體，如在此過程中出現(xiàn)操作不規(guī)范的問題，就會發(fā)生安全事故，對于井下作業(yè)人員的生命安全產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，因此為了保證礦下作業(yè)的安全一定要采取“一通三防”措施。

1.1 礦井通風(fēng)技術(shù)

煤礦通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)能夠?qū)伦鳂I(yè)人員的生命安全產(chǎn)生直接的影響，就現(xiàn)今通風(fēng)系統(tǒng)的情況來看，時常被應(yīng)用的井下通風(fēng)技術(shù)，其一是下行通風(fēng)技術(shù)，采用這種通風(fēng)方式能夠降低巷道內(nèi)的風(fēng)流量，從而降低運(yùn)行設(shè)備的表面溫度，但是采用這種通風(fēng)技術(shù)極易出現(xiàn)設(shè)備短路的情況。其二，災(zāi)變通風(fēng)技術(shù)，該種通風(fēng)技術(shù)主要是通過對風(fēng)向的控制來判斷巷道內(nèi)的安全性，利用工作面巷道的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對風(fēng)向進(jìn)行調(diào)控，以便降低礦井出現(xiàn)爆炸事故的可能性，保證井下作業(yè)人員的生命安全。

1.2 礦井瓦斯防治技術(shù)

通過對礦井事故的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)井下發(fā)生的安全事故都與礦井瓦斯存在直接的聯(lián)系，在礦井作業(yè)的過程中，需要提前明確瓦斯的成分，濃度以及涌出量，并采用儀器對于井下瓦斯的能力強(qiáng)弱進(jìn)行檢測，以便判斷井下瓦斯對于礦井工作人員操作的影響[1]。通過提前對瓦斯的預(yù)測，基于巷道內(nèi)瓦斯的實際情況對通風(fēng)裝置進(jìn)行布置，以便能夠在最大程度上降低礦井安全事故發(fā)生的概率。瓦斯預(yù)測技術(shù)則可以通過對周邊圍巖縫隙以及結(jié)構(gòu)的判斷預(yù)測出瓦斯排放的分布空隙和濃度。另外，瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)今通過對瓦斯的調(diào)查取樣已經(jīng)較為完備，井下工作人員能夠基于對現(xiàn)場實際情況的判斷，在巷道內(nèi)布置瓦斯抽放設(shè)備，以便實施抽放操作，而且隨著瓦斯抽放設(shè)備的不斷升級，還能夠有效規(guī)避瓦斯超限所帶來的問題。瓦斯突出防治技術(shù)，則主要是利用深孔松動爆破以及水鉆來解決瓦斯突發(fā)的問題。

1.3 粉塵及火災(zāi)防治技術(shù)

在礦井生產(chǎn)的過程中，會不可避免地產(chǎn)生粉塵，但是要想在生產(chǎn)的過程中，將產(chǎn)生的粉塵數(shù)量降到最低則是必須實現(xiàn)的目標(biāo)。就目前我國粉塵防治技術(shù)的發(fā)展情況來看，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)步，粉塵濃度監(jiān)測系統(tǒng)成為最常使用的粉塵防治技術(shù)，該系統(tǒng)主要是通過與降塵除塵設(shè)備相連接監(jiān)測粉塵濃度，一旦粉塵濃度超出應(yīng)有的范圍則會觸發(fā)報警裝置，并立即啟動除塵噴霧裝置。而在對工作面進(jìn)行回采的過程中，煤炭自燃也極為可能出現(xiàn)，此時在井下的橡膠制品會隨著設(shè)備長時間的運(yùn)行產(chǎn)生過多的熱量進(jìn)而出現(xiàn)引燃的風(fēng)險[2]。另外，一旦出現(xiàn)線路老化的情況還會出現(xiàn)漏電自燃的情況，這些潛在的風(fēng)險使得礦下作業(yè)更具危險性，因此礦下人員在進(jìn)行工作的過程中一定要嚴(yán)格地檢測設(shè)備裝置，抑或是采用防止自燃的手段，如利用s值法與雙氧水結(jié)合的方式降低自燃的可能。

2 煤礦“一通三防”智能化技術(shù)應(yīng)用問題

雖然“一通三防”技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低井下作業(yè)的危險性，但是在實際應(yīng)用的過程中仍舊存在一定的問題，由于一些管理人員經(jīng)驗的欠缺，施工技術(shù)無法達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致“一通三防”技術(shù)并未達(dá)到應(yīng)有的效果。

2.1 礦井智能通風(fēng)應(yīng)用問題

礦井智能通風(fēng)設(shè)施的建設(shè)主要需要參照三方面因素。其一，礦井參數(shù)的精確感知。現(xiàn)今在礦井中已經(jīng)出現(xiàn)了智能通風(fēng)設(shè)施建設(shè)的雛形，但是由于過度地依賴監(jiān)測系統(tǒng)，其需要利用監(jiān)測傳感器對風(fēng)速以及瓦斯參數(shù)進(jìn)行判斷，并借助于人機(jī)界面顯示參數(shù)情況。一旦在感知過程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)速超出應(yīng)有的感知范圍，就會將相關(guān)的預(yù)警信息報送至通風(fēng)系統(tǒng)中，以便能夠?qū)崿F(xiàn)對于對應(yīng)區(qū)域風(fēng)門以及風(fēng)窗的控制，在遠(yuǎn)程實現(xiàn)對于風(fēng)速的調(diào)節(jié)，進(jìn)而實現(xiàn)智能通風(fēng)的目標(biāo)[3]。而如果出現(xiàn)礦井內(nèi)瓦斯?jié)舛冗^高的情況，如果只利用監(jiān)測系統(tǒng)無法解決瓦斯?jié)舛冗^高的問題。其二，通風(fēng)管理智能決策，雖然通風(fēng)監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對于礦井24h不間斷的監(jiān)測，保證做到瓦斯、風(fēng)速等通風(fēng)因素的零延遲，但是仍舊存在治理緩慢的問題，就目前來看尚未形成有效完整的技術(shù)集成，通風(fēng)智能決策體系與建設(shè)目標(biāo)存在較大差異。一些核心算法需要突破，物聯(lián)網(wǎng)以及云平臺的建設(shè)水平較低，不能完全達(dá)到智能化建設(shè)程度。其三，智能通風(fēng)遠(yuǎn)程設(shè)備的建立。現(xiàn)今智能通風(fēng)系統(tǒng)缺乏定量化建設(shè)抗災(zāi)模型的分析和解決能力。

2.2 防降塵技術(shù)應(yīng)用問題

就目前來看，粉塵治理仍舊處于防治階段，不同的粉塵濃度需要在不同工藝和技術(shù)的開采下，因此對于粉塵的防治效果極為有效。同時，因為粉塵除塵設(shè)備具有一定的專用性，相較于采煤機(jī)以及掘進(jìn)機(jī)而言，設(shè)備的智能化程度存在較大的差異，在智能化方面仍舊存在較大的提升空間?，F(xiàn)今粉塵治理的核心主要是利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對粉塵進(jìn)行防治，通過采掘?qū)嶒灩ぷ?，分析粉塵中的基礎(chǔ)理化物質(zhì)，并計算粉塵耦合流動矢量和粉塵擴(kuò)散規(guī)律，進(jìn)而搭建粉塵運(yùn)動試驗平臺，實現(xiàn)對于粉塵處理的目標(biāo)，但是由于技術(shù)水平的限制，粉塵處理平臺的搭設(shè)并不完善。

2.3 內(nèi)因火災(zāi)防治技術(shù)問題

對于采空區(qū)的遺煤自燃隱蔽火源進(jìn)行檢測，需要采用探測預(yù)警技術(shù)，在探測的過程中進(jìn)行黃泥灌漿，并在采空區(qū)噴灑阻化劑和移動式注氮，實現(xiàn)對采空區(qū)自燃情況的防治[4]。同時，在井上和井下安裝相應(yīng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)，以便滿足礦井安全監(jiān)測的需要。但是就目前采空區(qū)監(jiān)測的情況來看，并未能實現(xiàn)對于采空區(qū)氣體的實時監(jiān)測，無法做到對于采空區(qū)火災(zāi)的有效防范和識別。因此，對于內(nèi)因火災(zāi)的防治一定要建立采空區(qū)火災(zāi)防范預(yù)警系統(tǒng)，以便能夠有效保障井下作業(yè)的安全性?，F(xiàn)今常規(guī)的探測技術(shù)防范效果不強(qiáng)，需要集中對采空區(qū)智能監(jiān)測分級技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，以便實現(xiàn)對于安全高效開采的目標(biāo)，提升采礦的現(xiàn)代化程度。

2.4 外因火災(zāi)防治技術(shù)問題

目前，外因火災(zāi)主要采用的是煙感法、氣體分析法以及測溫法。其中煙感法以及測溫法是最為實用的方法，對于外因火災(zāi)的防治也能起到關(guān)鍵的作用。但是由于外因火災(zāi)的突發(fā)性較強(qiáng)，影響范圍較大，極易發(fā)生火災(zāi)事故，而如果采用智能監(jiān)測法對火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測，則缺乏一定的針對性，應(yīng)急處理也較為滯后，無法有效地降低火災(zāi)的影響范圍。待至火災(zāi)發(fā)生后，如果要想抑制火災(zāi)的影響范圍，只能對火災(zāi)區(qū)域的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，但也無法起到預(yù)防外因火災(zāi)的效果，指導(dǎo)火災(zāi)人員安全撤離和快速救災(zāi)仍舊是一個問題。總之，目前對于外因火災(zāi)的監(jiān)測并未找到有效的方法，感知手段單一，火災(zāi)監(jiān)測的盲區(qū)較大，漏報誤報的概率較高，無法精準(zhǔn)地預(yù)測外因火災(zāi)指標(biāo)，如果一直采用火災(zāi)智能控制水平較低的手段，則會出現(xiàn)風(fēng)險預(yù)測模型缺失的問題。

2.5 瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)問題

瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要存在三方面的問題，首先設(shè)備連接不順暢，如煤礦出現(xiàn)超長掘進(jìn)工作面，其巷道長度達(dá)4000m，一旦出現(xiàn)粉塵、瓦斯以及一氧化碳等，就需要啟用過多的監(jiān)測設(shè)備，由于線纜結(jié)構(gòu)連接之間的復(fù)雜性，隨著供電傳輸距離的延長，會出現(xiàn)電壓受損的情況，一旦最遠(yuǎn)傳輸距離超出2000m，就造成過大的維護(hù)量。其次，通風(fēng)系統(tǒng)信息的缺失，由于在通風(fēng)系統(tǒng)建設(shè)初期，并未針對各個區(qū)域的重點(diǎn)部位進(jìn)行設(shè)計，一旦采掘工作面出現(xiàn)風(fēng)險，雖然能夠憑借監(jiān)測系統(tǒng)的高可靠性以及獨(dú)立性監(jiān)測到風(fēng)險，但是由于通信系統(tǒng)之間的兼容性較差，反而會制約智能通風(fēng)系統(tǒng)的發(fā)展，影響通風(fēng)系統(tǒng)之間的溝通。最后，現(xiàn)階段連接瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器會不可避免地出現(xiàn)使用壽命較短的問題，甚至一些傳感器存在穩(wěn)定性差、靈敏度低的情況，會嚴(yán)重影響井下有害氣體的檢測結(jié)果。另外，一些傳感器在工作的過程中，還需要工作人員對其進(jìn)行定期校對和調(diào)試，如果無法達(dá)到監(jiān)測井下氣體的要求，則會在一定程度上影響礦井瓦斯的監(jiān)測效果。

3 煤礦“一通三防”智能化技術(shù)應(yīng)用措施

為了能夠有效解決“一通三防”智能化技術(shù)應(yīng)用存在的問題，需要加大對于智能化系統(tǒng)的研發(fā)力度，通過獲取粉塵等信息，做到對粉塵、瓦斯以及火災(zāi)的有效監(jiān)測，提升煤礦生產(chǎn)的安全性，保障井下施工人員的生命安全。

3.1 加大礦井智能開發(fā)力度

在進(jìn)行井下施工作業(yè)的過程中，必須要采用有效的保障手段來進(jìn)行最高效的礦井通風(fēng)，尤其是要將現(xiàn)代智能控制技術(shù)應(yīng)用其中，提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的智能化程度，實現(xiàn)對于礦井環(huán)境的實時動態(tài)監(jiān)測。同時，要利用監(jiān)測系統(tǒng)對井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，以便為決策者提供數(shù)據(jù)支持和參考。由于井下作業(yè)環(huán)境的差異性，通風(fēng)系統(tǒng)的安裝也會存在一定的差異性，只有通過建設(shè)更為智能化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，利用傳感技術(shù)才能夠?qū)ν饨绛h(huán)境做出正確的預(yù)測，進(jìn)而采用最佳的通風(fēng)措施，提升井下工作的安全性和可靠性。

3.2 獲取粉塵防治數(shù)據(jù)

為了能夠?qū)蜻M(jìn)區(qū)域粉塵分源進(jìn)行處理，應(yīng)當(dāng)采用高效防控技術(shù)，檢測粉塵的濕潤程度數(shù)據(jù)面，并利用粉塵監(jiān)測系統(tǒng)的分子層面創(chuàng)建煙塵分子，構(gòu)建物理噴霧模型以及數(shù)值模型，基于濕式除塵器的理論結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多向旋流風(fēng)幕，以便實現(xiàn)對于粉塵的處理。通過對礦井粉塵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，構(gòu)建接塵量模型，從而進(jìn)一步探究井下作業(yè)人員可能吸入的粉塵數(shù)量，來為井下工作人員打造安全的工作環(huán)境。

3.3 智能機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展大幅提升了“一通三防”的應(yīng)用效果，而智能機(jī)器人的應(yīng)用也大幅提升了井下作業(yè)的安全性，提升了井下作業(yè)的工作效率。首先，視頻采集技術(shù)，智能機(jī)器人所配備的高清攝像頭，能夠?qū)颅h(huán)境進(jìn)行全方位的監(jiān)測，并將監(jiān)測的信號傳輸至數(shù)據(jù)中心，以便實現(xiàn)對于井下動態(tài)的監(jiān)測。其次，音頻采集系統(tǒng)，在井下作業(yè)需要調(diào)動大量的機(jī)械設(shè)備，通過音頻采集系統(tǒng)對井下聲音進(jìn)行分析，能夠判斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，監(jiān)測設(shè)備的異常響動，從而對設(shè)備進(jìn)行檢修，以便提升設(shè)備的運(yùn)行效率，盡可能延長設(shè)備的使用時間。再次，則是溫度采集系統(tǒng)的應(yīng)用，在井下作業(yè)時，如可燃?xì)怏w遇到高溫環(huán)境則會極易發(fā)生火災(zāi)，但是通過對溫度系統(tǒng)的應(yīng)用，則能夠監(jiān)測井下環(huán)境的溫度，如溫度過高則可以采用降溫措施對其進(jìn)行處理，降低火災(zāi)發(fā)生的可能性。最后，瓦斯采集系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的算法，將瓦斯?jié)舛茸兓D(zhuǎn)化成數(shù)字信號，一旦瓦斯?jié)舛瘸鰬?yīng)有的限值，則會對井下施工人員發(fā)出預(yù)警提醒，以便井下人員能夠及時處理。

4 結(jié)束語

總而言之，“一通三防”技術(shù)是目前我國煤礦井下作業(yè)應(yīng)用最為重要的技術(shù)，其對于維護(hù)我國煤礦生產(chǎn)能夠產(chǎn)生重要的意義，因此為了能夠保障井下作業(yè)的安全性，應(yīng)當(dāng)落實“一通三防”技術(shù)，提升現(xiàn)代科技監(jiān)測防治體系的監(jiān)測力度，保證煤礦生產(chǎn)以及井下作業(yè)人員的生命安全。