煤礦安全智能化體系建設(shè)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(shè)思路不明確的問題，以《智能化煤礦（井工）分類、分級技術(shù)條件與評價》《智能化采煤工作面分類、分級技術(shù)條件與評價指標(biāo)體系》為基礎(chǔ)，對標(biāo)3個階段建設(shè)目標(biāo)，按照災(zāi)害感知、災(zāi)害分析和災(zāi)害管控3個方面對災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測防控建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)化，按照通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)感知技術(shù)及裝備、通風(fēng)解算系統(tǒng)、通風(fēng)控制平臺和災(zāi)變通風(fēng)應(yīng)急體系4個方面對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化的建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)化，從煤礦安全智能化建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)3個方面為煤礦安全智能化建設(shè)提供了較為明確的建設(shè)思路。

［關(guān)鍵詞］安全智能化；災(zāi)害監(jiān)測；智能通風(fēng)；建設(shè)內(nèi)容；建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

0引言

煤礦安全智能化是煤礦智能化建設(shè)的核心內(nèi)容之一，目前國內(nèi)煤礦智能化建設(shè)主要集中在煤礦生產(chǎn)、運輸?shù)扰c生產(chǎn)直接相關(guān)的系統(tǒng)上［1］，煤礦安全智能化建設(shè)相對滯后。在煤礦災(zāi)害監(jiān)測防控中，瓦斯、水、火、頂板、沖擊地壓及粉塵等災(zāi)害仍處在災(zāi)害參數(shù)實時監(jiān)測及相關(guān)信息超限報警的初級階段，災(zāi)害防治尚未達(dá)到超前預(yù)控、精準(zhǔn)防范、區(qū)域治理的智能化水平［2－4］。在煤礦通風(fēng)方面，目前主要采用人工和半人工管理方式，通風(fēng)系統(tǒng)的自動化、智能化水平較低，與煤礦智能化建設(shè)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(dāng)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(shè)總體規(guī)劃中，王國法等［7］提出了智能化礦山建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)體系框架與建設(shè)思路，在中國煤炭學(xué)會批準(zhǔn)的《智能化煤礦（井工）分類、分級技術(shù)條件與評價》《智能化采煤工作面分類、分級技術(shù)條件與評價指標(biāo)體系》中［8－9］，將智能化工作面生產(chǎn)系統(tǒng)和智能化工作面輔助生產(chǎn)系統(tǒng)分為14個子系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化約束。其中，工作面通風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了細(xì)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?qū)崿F(xiàn)對瓦斯災(zāi)害、水害、火災(zāi)、頂板災(zāi)害、沖擊地壓災(zāi)害等監(jiān)測、分析、預(yù)測與預(yù)警，并與相關(guān)防災(zāi)技術(shù)與裝備實現(xiàn)智能聯(lián)動［10－11］。因此，本文圍繞災(zāi)害智能化防控和煤礦智能化通風(fēng)2個方面，按照智能化建設(shè)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(shè)目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更為深入地細(xì)化和討論。

1煤礦安全智能化建設(shè)目標(biāo)

煤礦安全智能化建設(shè)主要包括煤礦災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測防控和煤礦通風(fēng)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(shè)目標(biāo)進(jìn)行細(xì)化。

1.1災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測防控

（1）初級階段。實現(xiàn)瓦斯災(zāi)害、水災(zāi)、火災(zāi)、頂板災(zāi)害、沖擊地壓和粉塵災(zāi)害自適應(yīng)門限的分級報警。（2）中級階段。在初級目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)單一災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)警和事故報警；②完成各類災(zāi)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(yù)警，建立煤礦災(zāi)害綜合監(jiān)測、報警和預(yù)警平臺。（3）高級階段。在中級目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)災(zāi)害本源參數(shù)的實時反演和精準(zhǔn)定位；②實現(xiàn)主要災(zāi)害超前預(yù)警、預(yù)測和預(yù)報，為災(zāi)害防治提供輔助決策。

1.2通風(fēng)系統(tǒng)

（1）初級階段。①實現(xiàn)煤礦通風(fēng)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的自動測定；②實現(xiàn)通風(fēng)仿真軟件的實時解算和調(diào)風(fēng)方案優(yōu)化；③實現(xiàn)主要通風(fēng)動力及通風(fēng)設(shè)施的無人值守、有人巡視。（2）中級階段。在初級目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實現(xiàn)煤礦通風(fēng)、環(huán)境自動測定參數(shù)與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件集成運行；②實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)的自動識別，及時判斷煤礦災(zāi)變通風(fēng)狀態(tài)；③實現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實時解算及災(zāi)變狀態(tài)下的風(fēng)流模擬仿真；④實現(xiàn)主要通風(fēng)動力及通風(fēng)設(shè)施的無人值守、遠(yuǎn)程控制。（3）高級階段。在中級目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(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(fēng)點需風(fēng)量的超前預(yù)測并實現(xiàn)智能配風(fēng)；②自動優(yōu)化常態(tài)通風(fēng)和災(zāi)變通風(fēng)下的調(diào)風(fēng)、控風(fēng)方案，實現(xiàn)通風(fēng)設(shè)施、通風(fēng)動力的遠(yuǎn)程智能控制。

2煤礦安全智能化建設(shè)要求

綜合煤礦安全智能化建設(shè)目標(biāo)和建設(shè)內(nèi)容來看，在安全智能化初級階段、中級階段和高級階段，對應(yīng)的技術(shù)要求是有所不同的。建設(shè)目標(biāo)明確了各個階段需要發(fā)展的方向，建設(shè)內(nèi)容給出了要完成目標(biāo)需要補充或完善的硬件裝置、軟件系統(tǒng)和平臺。按照災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測、礦井通風(fēng)和安全智能化輔助機(jī)器人研發(fā)3個方面，分別對3個建設(shè)階段對應(yīng)的建設(shè)內(nèi)容應(yīng)該達(dá)到的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行說明。

2.1災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測防控

（1）初級階段。①災(zāi)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(zāi)害分析、報警系統(tǒng)；②災(zāi)害分析：實現(xiàn)災(zāi)害報警門限值的自適應(yīng)調(diào)節(jié)分析，為分級報警提供依據(jù)；③災(zāi)害管控：實現(xiàn)單一災(zāi)害的自動分級報警，為現(xiàn)場災(zāi)害管控提供技術(shù)支持。（2）中級階段。①災(zāi)害感知：在各災(zāi)害垂直監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立災(zāi)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(jù)的綜合災(zāi)害精準(zhǔn)防控數(shù)據(jù)中心；②災(zāi)害分析：實現(xiàn)各單一災(zāi)害分析、預(yù)警和報警，實現(xiàn)多災(zāi)害綜合分析預(yù)警；③實現(xiàn)單一災(zāi)害監(jiān)測及隱患預(yù)警，自動生成隱患處置參考方案，實現(xiàn)災(zāi)害隱患的信息化閉環(huán)管理，協(xié)助現(xiàn)場進(jìn)行災(zāi)害安全管控。（3）高級階段。①災(zāi)害感知：打破各災(zāi)害垂直監(jiān)測的系統(tǒng)壁壘，利用物聯(lián)網(wǎng)、邊緣網(wǎng)關(guān)等技術(shù)，實現(xiàn)水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵監(jiān)測數(shù)據(jù)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(zāi)害精準(zhǔn)防控數(shù)據(jù)中心；②災(zāi)害分析：實現(xiàn)單一災(zāi)害精準(zhǔn)仿真和反演，利用大數(shù)據(jù)、專家決策等技術(shù)實現(xiàn)主要災(zāi)害超前預(yù)警、預(yù)測和預(yù)報；③實現(xiàn)單一災(zāi)害隱患超前精準(zhǔn)預(yù)警，自動生產(chǎn)隱患處置優(yōu)選方案，實現(xiàn)災(zāi)害隱患的智能管理，提供當(dāng)前災(zāi)害防治的對策意見。

2.2通風(fēng)系統(tǒng)

（1）初級階段。①參數(shù)感知：實現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)最大阻力路線的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度的監(jiān)測；實現(xiàn)礦井測風(fēng)點的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測；實現(xiàn)主要用風(fēng)地點的風(fēng)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(fēng)網(wǎng)絡(luò)實時解算；③通風(fēng)控制：實現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制；實現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制；④災(zāi)變通風(fēng)：通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)變條件下的通風(fēng)系統(tǒng)模擬。（2）中級階段。①參數(shù)感知：實現(xiàn)主要通風(fēng)機(jī)最大阻力路線的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度的監(jiān)測；實現(xiàn)礦井測風(fēng)點的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測；實現(xiàn)主要用風(fēng)地點的風(fēng)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(fēng)仿真網(wǎng)絡(luò)風(fēng)流與氣體、煙霧等參數(shù)的仿真模擬；實現(xiàn)礦井通風(fēng)報表與通風(fēng)阻力分布報告的自動生成；③通風(fēng)控制：實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動調(diào)節(jié)風(fēng)窗協(xié)同控制；實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動風(fēng)門協(xié)同控制；實現(xiàn)皮帶火災(zāi)風(fēng)流應(yīng)急控制；實現(xiàn)工作面區(qū)域反風(fēng)智能控制；④災(zāi)變通風(fēng)：實現(xiàn)災(zāi)變條件下通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)急自動調(diào)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(jù)集成；實現(xiàn)影響通風(fēng)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(zāi)害監(jiān)測與仿真模擬；實現(xiàn)通風(fēng)仿真系統(tǒng)的人員、車輛等動目標(biāo)等多參數(shù)的綜合仿真模擬；③通風(fēng)控制：實現(xiàn)礦井通風(fēng)按需供風(fēng)動態(tài)評估下的遠(yuǎn)程通風(fēng)調(diào)節(jié)；④災(zāi)變通風(fēng)：實現(xiàn)災(zāi)變條件下通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)急智能調(diào)控。

3結(jié)論

結(jié)合煤礦安全智能化發(fā)展思路，提出了災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測防控和煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化初級階段、中級階段和高級階段各自建設(shè)目標(biāo)。對標(biāo)3個階段建設(shè)目標(biāo)，按照瓦斯、水、火、頂板、沖擊地壓和粉塵各自災(zāi)害感知、災(zāi)害分析和災(zāi)害管控3個方面對災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測防控建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)化，按照通風(fēng)基礎(chǔ)參數(shù)感知技術(shù)及裝備、通風(fēng)解算系統(tǒng)、通風(fēng)控制平臺和災(zāi)變通風(fēng)應(yīng)急體系4個方面對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化的建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)化，對3個建設(shè)階段對應(yīng)的建設(shè)內(nèi)容應(yīng)該達(dá)到的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確。從煤礦安全智能化建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)3個方面為煤礦安全智能化建設(shè)提供了較為明確的建設(shè)思路。

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