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)條件與評價指標體系》為基礎(chǔ)，對標3個階段建設(shè)目標，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)害精準監(jiān)測防控建設(shè)內(nèi)容進行了細化，按照通風基礎(chǔ)參數(shù)感知技術(shù)及裝備、通風解算系統(tǒng)、通風控制平臺和災(zāi)變通風應(yīng)急體系4個方面對煤礦通風系統(tǒng)智能化的建設(shè)內(nèi)容進行了細化，從煤礦安全智能化建設(shè)目標、建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)標準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；建設(shè)內(nèi)容；建設(shè)標準

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)害防治尚未達到超前預(yù)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(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)的標準體系框架與建設(shè)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(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?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、建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)標準進行更為深入地細化和討論。

1煤礦安全智能化建設(shè)目標

煤礦安全智能化建設(shè)主要包括煤礦災(zāi)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(shè)目標進行細化。

1.1災(zāi)害精準監(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(diào)風方案優(yōu)化；③實現(xiàn)主要通風動力及通風設(shè)施的無人值守、有人巡視。（2）中級階段。在初級目標的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(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(wǎng)絡(luò)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(zāi)變通風狀態(tài)；③實現(xiàn)通風網(wǎng)絡(luò)實時解算及災(zāi)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(shè)施的無人值守、遠程控制。（3）高級階段。在中級目標的基礎(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)用風點需風量的超前預(yù)測并實現(xiàn)智能配風；②自動優(yōu)化常態(tài)通風和災(zāi)變通風下的調(diào)風、控風方案，實現(xiàn)通風設(shè)施、通風動力的遠程智能控制。

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(shè)階段對應(yīng)的建設(shè)內(nèi)容應(yīng)該達到的建設(shè)標準進行說明。

2.1災(zāi)害精準監(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)害精準防控數(shù)據(jù)中心；②災(zāi)害分析：實現(xiàn)單一災(zāi)害精準仿真和反演，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，提供當前災(zāi)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(wǎng)絡(luò)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(zāi)變通風：通風網(wǎng)絡(luò)解算能夠?qū)崿F(xiàn)災(zāi)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(wǎng)絡(luò)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(diào)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(zāi)風流應(yīng)急控制；實現(xiàn)工作面區(qū)域反風智能控制；④災(zāi)變通風：實現(xiàn)災(zāi)變條件下通風系統(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(diào)節(jié)；④災(zāi)變通風：實現(xiàn)災(zāi)變條件下通風系統(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(shè)目標。對標3個階段建設(shè)目標，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)害精準監(jiān)測防控建設(shè)內(nèi)容進行了細化，按照通風基礎(chǔ)參數(shù)感知技術(shù)及裝備、通風解算系統(tǒng)、通風控制平臺和災(zāi)變通風應(yīng)急體系4個方面對煤礦通風系統(tǒng)智能化的建設(shè)內(nèi)容進行了細化，對3個建設(shè)階段對應(yīng)的建設(shè)內(nèi)容應(yīng)該達到的建設(shè)標準進行了明確。從煤礦安全智能化建設(shè)目標、建設(shè)內(nèi)容和建設(shè)標準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:中煤科工集團常州研究院有限公司 天地（常州）自動化股份有限公司