煤礦安全智能化體系建設思路淺議

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［摘要］針對煤礦安全智能化發(fā)展相對滯后，建設思路不明確的問題，以《智能化煤礦（井工）分類、分級技術條件與評價》《智能化采煤工作面分類、分級技術條件與評價指標體系》為基礎，對標3個階段建設目標，按照災害感知、災害分析和災害管控3個方面對災害精準監(jiān)測防控建設內容進行了細化，按照通風基礎參數(shù)感知技術及裝備、通風解算系統(tǒng)、通風控制平臺和災變通風應急體系4個方面對煤礦通風系統(tǒng)智能化的建設內容進行了細化，從煤礦安全智能化建設目標、建設內容和建設標準3個方面為煤礦安全智能化建設提供了較為明確的建設思路。

［關鍵詞］安全智能化；災害監(jiān)測；智能通風；建設內容；建設標準

0引言

煤礦安全智能化是煤礦智能化建設的核心內容之一，目前國內煤礦智能化建設主要集中在煤礦生產、運輸?shù)扰c生產直接相關的系統(tǒng)上［1］，煤礦安全智能化建設相對滯后。在煤礦災害監(jiān)測防控中，瓦斯、水、火、頂板、沖擊地壓及粉塵等災害仍處在災害參數(shù)實時監(jiān)測及相關信息超限報警的初級階段，災害防治尚未達到超前預控、精準防范、區(qū)域治理的智能化水平［2－4］。在煤礦通風方面，目前主要采用人工和半人工管理方式，通風系統(tǒng)的自動化、智能化水平較低，與煤礦智能化建設要求有較大差距［5－6］，如何提高煤礦安全智能化水平成為當前煤礦安全科研工作者和管理者的重大難題。在智能化礦山建設總體規(guī)劃中，王國法等［7］提出了智能化礦山建設的標準體系框架與建設思路，在中國煤炭學會批準的《智能化煤礦（井工）分類、分級技術條件與評價》《智能化采煤工作面分類、分級技術條件與評價指標體系》中［8－9］，將智能化工作面生產系統(tǒng)和智能化工作面輔助生產系統(tǒng)分為14個子系統(tǒng)進行標準化約束。其中，工作面通風防滅火監(jiān)控子系統(tǒng)和智能安全監(jiān)測子系統(tǒng)主要對安全智能化的標準做了要求，按照一般要求和智能化要求對安全監(jiān)測子系統(tǒng)需要具備的功能進行了細化；在智能安全監(jiān)控系統(tǒng)要求中，明確了智能安全監(jiān)控系統(tǒng)必須能夠實現(xiàn)對瓦斯災害、水害、火災、頂板災害、沖擊地壓災害等監(jiān)測、分析、預測與預警，并與相關防災技術與裝備實現(xiàn)智能聯(lián)動［10－11］。因此，本文圍繞災害智能化防控和煤礦智能化通風2個方面，按照智能化建設的初級階段、中級階段和高級階段3種類型，對煤礦智能化建設目標、建設內容和建設標準進行更為深入地細化和討論。

1煤礦安全智能化建設目標

煤礦安全智能化建設主要包括煤礦災害精準監(jiān)測防控和煤礦通風系統(tǒng)智能化2個方面。按照煤礦智能化總體發(fā)展思路，對初級階段、中級階段和高級階段3個階段各自建設目標進行細化。

1.1災害精準監(jiān)測防控

（1）初級階段。實現(xiàn)瓦斯災害、水災、火災、頂板災害、沖擊地壓和粉塵災害自適應門限的分級報警。（2）中級階段。在初級目標的基礎上，還能夠實現(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)單一災害精準預警和事故報警；②完成各類災害監(jiān)測信息和報警信息的融合，實現(xiàn)多系統(tǒng)、多參量模態(tài)化預警，建立煤礦災害綜合監(jiān)測、報警和預警平臺。（3）高級階段。在中級目標的基礎上，還能夠實現(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)災害本源參數(shù)的實時反演和精準定位；②實現(xiàn)主要災害超前預警、預測和預報，為災害防治提供輔助決策。

1.2通風系統(tǒng)

（1）初級階段。①實現(xiàn)煤礦通風參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的自動測定；②實現(xiàn)通風仿真軟件的實時解算和調風方案優(yōu)化；③實現(xiàn)主要通風動力及通風設施的無人值守、有人巡視。（2）中級階段。在初級目標的基礎上，還能夠實現(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)煤礦通風、環(huán)境自動測定參數(shù)與通風網絡解算軟件集成運行；②實現(xiàn)通風系統(tǒng)狀態(tài)的自動識別，及時判斷煤礦災變通風狀態(tài)；③實現(xiàn)通風網絡實時解算及災變狀態(tài)下的風流模擬仿真；④實現(xiàn)主要通風動力及通風設施的無人值守、遠程控制。（3）高級階段。在中級目標的基礎上，還能夠實現(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)人員、車輛位置的信息集成，實現(xiàn)用風點需風量的超前預測并實現(xiàn)智能配風；②自動優(yōu)化常態(tài)通風和災變通風下的調風、控風方案，實現(xiàn)通風設施、通風動力的遠程智能控制。

2煤礦安全智能化建設要求

綜合煤礦安全智能化建設目標和建設內容來看，在安全智能化初級階段、中級階段和高級階段，對應的技術要求是有所不同的。建設目標明確了各個階段需要發(fā)展的方向，建設內容給出了要完成目標需要補充或完善的硬件裝置、軟件系統(tǒng)和平臺。按照災害精準監(jiān)測、礦井通風和安全智能化輔助機器人研發(fā)3個方面，分別對3個建設階段對應的建設內容應該達到的建設標準進行說明。

2.1災害精準監(jiān)測防控

（1）初級階段。①災害感知：實現(xiàn)水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵的自動化實時監(jiān)測，通過有線或者無線方式上傳至各個災害分析、報警系統(tǒng)；②災害分析：實現(xiàn)災害報警門限值的自適應調節(jié)分析，為分級報警提供依據；③災害管控：實現(xiàn)單一災害的自動分級報警，為現(xiàn)場災害管控提供技術支持。（2）中級階段。①災害感知：在各災害垂直監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上建立災害綜合監(jiān)測平臺，建成水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵監(jiān)測數(shù)據的綜合災害精準防控數(shù)據中心；②災害分析：實現(xiàn)各單一災害分析、預警和報警，實現(xiàn)多災害綜合分析預警；③實現(xiàn)單一災害監(jiān)測及隱患預警，自動生成隱患處置參考方案，實現(xiàn)災害隱患的信息化閉環(huán)管理，協(xié)助現(xiàn)場進行災害安全管控。（3）高級階段。①災害感知：打破各災害垂直監(jiān)測的系統(tǒng)壁壘，利用物聯(lián)網、邊緣網關等技術，實現(xiàn)水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵監(jiān)測數(shù)據統(tǒng)一的綜合實時采集，建成具備物聯(lián)感知功能的綜合災害精準防控數(shù)據中心；②災害分析：實現(xiàn)單一災害精準仿真和反演，利用大數(shù)據、專家決策等技術實現(xiàn)主要災害超前預警、預測和預報；③實現(xiàn)單一災害隱患超前精準預警，自動生產隱患處置優(yōu)選方案，實現(xiàn)災害隱患的智能管理，提供當前災害防治的對策意見。

2.2通風系統(tǒng)

（1）初級階段。①參數(shù)感知：實現(xiàn)主要通風機最大阻力路線的風速、絕壓、溫度、濕度的監(jiān)測；實現(xiàn)礦井測風點的風速、絕壓、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測；實現(xiàn)主要用風地點的風速、絕壓、溫度、濕度、CH4、CO、煙霧的監(jiān)測；②仿真系統(tǒng)：實現(xiàn)煤礦通風網絡實時解算；③通風控制：實現(xiàn)主通風機遠程控制；實現(xiàn)局部通風機遠程控制；④災變通風：通風網絡解算能夠實現(xiàn)災變條件下的通風系統(tǒng)模擬。（2）中級階段。①參數(shù)感知：實現(xiàn)主要通風機最大阻力路線的風速、絕壓、溫度、濕度的監(jiān)測；實現(xiàn)礦井測風點的風速、絕壓、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測；實現(xiàn)主要用風地點的風速、絕壓、溫度、濕度、CH4、CO、煙霧的監(jiān)測；②仿真系統(tǒng)：實現(xiàn)通風仿真網絡風流與氣體、煙霧等參數(shù)的仿真模擬；實現(xiàn)礦井通風報表與通風阻力分布報告的自動生成；③通風控制：實現(xiàn)遠程自動調節(jié)風窗協(xié)同控制；實現(xiàn)遠程自動風門協(xié)同控制；實現(xiàn)皮帶火災風流應急控制；實現(xiàn)工作面區(qū)域反風智能控制；④災變通風：實現(xiàn)災變條件下通風系統(tǒng)應急自動調節(jié)。（3）高級階段。①參數(shù)感知：實現(xiàn)全礦井“一通三防”多源數(shù)據集成；實現(xiàn)影響通風系統(tǒng)運行的人員、車輛位置參數(shù)的監(jiān)測；②仿真系統(tǒng)：實現(xiàn)災害監(jiān)測與仿真模擬；實現(xiàn)通風仿真系統(tǒng)的人員、車輛等動目標等多參數(shù)的綜合仿真模擬；③通風控制：實現(xiàn)礦井通風按需供風動態(tài)評估下的遠程通風調節(jié)；④災變通風：實現(xiàn)災變條件下通風系統(tǒng)應急智能調控。

3結論

結合煤礦安全智能化發(fā)展思路，提出了災害精準監(jiān)測防控和煤礦通風系統(tǒng)智能化初級階段、中級階段和高級階段各自建設目標。對標3個階段建設目標，按照瓦斯、水、火、頂板、沖擊地壓和粉塵各自災害感知、災害分析和災害管控3個方面對災害精準監(jiān)測防控建設內容進行了細化，按照通風基礎參數(shù)感知技術及裝備、通風解算系統(tǒng)、通風控制平臺和災變通風應急體系4個方面對煤礦通風系統(tǒng)智能化的建設內容進行了細化，對3個建設階段對應的建設內容應該達到的建設標準進行了明確。從煤礦安全智能化建設目標、建設內容和建設標準3個方面為煤礦安全智能化建設提供了較為明確的建設思路。

作者:邢呈呈 單位:中煤科工集團常州研究院有限公司 天地（常州）自動化股份有限公司