瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

王立廷，白小宗

(山西焦煤西山煤電集團公司總調(diào)度室，山西 太原 030053)

我國煤礦開采條件復(fù)雜，自然災(zāi)害嚴重，煤炭企業(yè)生產(chǎn)力水平整體偏低，為保障煤礦的安全生產(chǎn)，我國煤礦均已裝備了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，極大地改善了煤礦安全生產(chǎn)狀況。西山煤電集團于2003年建立了瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，2009年進行了全面的升級改造。是礦—集團—山西焦煤—省局四級全方位對煤礦井下作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的全面動態(tài)實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。它是利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在煤礦安全生產(chǎn)中筑起一道重要防線，也是領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場管理決策、指導(dǎo)安全生產(chǎn)的重要依據(jù)。同時為井下瓦斯、CO、局扇、主扇情況進行分析，為預(yù)防瓦斯事故并及時、超前、正確地決策提供了第一手詳實、準確的技術(shù)數(shù)據(jù)信息。通過系統(tǒng)可實時監(jiān)控各礦井各工作點瓦斯動態(tài)變化及井下各設(shè)備的運行情況，并能及時將瓦斯超限信息通過手機短信自動通知相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，極大地增強了各級管理人員對井下瓦斯情況掌握的及時性和透明度，真正做到了“超前預(yù)防，安全生產(chǎn)”的重要作用。

1 監(jiān)測監(jiān)控硬件及網(wǎng)絡(luò)配置

1．1 硬件配置

西山煤電集團公司瓦斯監(jiān)測中心使用4臺服務(wù)器運行瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，1臺為Web服務(wù)器，各級管理人員可以在不同的地點對Web服務(wù)器進行訪問，實時監(jiān)測各生產(chǎn)礦井監(jiān)控數(shù)據(jù);1臺為Ftp服務(wù)器，各生產(chǎn)礦井通過Ftp將礦井實時監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到集團中心;2臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，采用雙機容錯系統(tǒng)構(gòu)成服務(wù)器集群，由2臺獨立的主機和共享磁盤陣列柜的方式，提供不間斷的服務(wù)給前端的使用者，容錯軟件通過2條以上的容錯偵測信號線定期自動偵測，當任一主機有故障發(fā)生時，容錯軟件會迅速加以判斷和分析，確認該主機的錯誤狀況，一旦主機出現(xiàn)停機、網(wǎng)絡(luò)接口異常、數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)異常、系統(tǒng)程序異常等情況，容錯軟件會自動結(jié)束異常主機的工作，由另一臺主機按設(shè)定的程序來接管異常主機的所有任務(wù)，從而極大地提高服務(wù)系統(tǒng)的可用性。所有單位采集到的數(shù)據(jù)都集中在集團數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，數(shù)據(jù)的集中存儲保護和完善的備份措施可以把因人為的誤操作、物理損壞、自然災(zāi)害所引起的數(shù)據(jù)丟失的危害性降到最低程度。此模式最大化地實現(xiàn)了監(jiān)控數(shù)據(jù)的不丟失，故障歸“零”的技術(shù)創(chuàng)新。

1．2 網(wǎng)絡(luò)配置

礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，分為不同的安全域，各個安全域的級別不同，具有的權(quán)限也不相同，通過防火墻來隔離各個安全域，通過嚴密包過濾和訪問控制技術(shù)來保護各個安全域，使用VPN和加密的用戶認證技術(shù)來保證遠程用戶信息聯(lián)動，集團公司與各礦井建立了雙通道聯(lián)網(wǎng)，避免了人為破壞及自然災(zāi)害導(dǎo)致光纜中斷監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸中斷。網(wǎng)絡(luò)拓撲圖見圖1。

圖1 西山煤電瓦斯監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2 系統(tǒng)功能

西山煤電瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)全部采用B/S的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只需在服務(wù)器端安裝一套軟件，無需在各工作站安裝。系統(tǒng)在功能需求和系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上分為：數(shù)據(jù)采集、顯示;數(shù)據(jù)分析、監(jiān)管模塊;瓦斯報警信息發(fā)布;綜采開機率;管理信息查詢模塊等。

2．1 監(jiān)控數(shù)據(jù)收集、顯示、查詢模塊

數(shù)據(jù)收集、顯示、查詢模塊是基于《AQ6201－2006》、《AQ1029 －2007》標準的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集通信系統(tǒng)在原有數(shù)據(jù)采集通信協(xié)議基礎(chǔ)上，新增各種操作記錄上傳、安全措施上傳、采掘工程圖與通風(fēng)系統(tǒng)圖、監(jiān)測隱患處理、避災(zāi)路線圖等相關(guān)功能，進一步優(yōu)化了數(shù)據(jù)通信傳輸方法、數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)。安全監(jiān)控系統(tǒng)誤報警技術(shù)，可剔除不可靠和誤報警數(shù)據(jù)，如傳感器的校驗、超限斷電試驗、變頻設(shè)備干擾數(shù)據(jù)以及人為因素等，保證了監(jiān)控數(shù)據(jù)的可靠性與效能發(fā)揮。主要特點如下：

1)所有操作都采用普通瀏覽器窗口操作，包括復(fù)雜的數(shù)字礦圖編輯更新，系統(tǒng)操作簡便，避免了以往同類系統(tǒng)復(fù)雜的軟件管理，大大減少了系統(tǒng)維護工作量。

2)數(shù)字礦圖創(chuàng)建與動態(tài)編輯、圖形轉(zhuǎn)換接口、圖層管理、圖層查詢顯示、放大、縮小、移動、信息圖形可視化查詢顯示、信息查詢、匯總、統(tǒng)計分析、專題圖制作，圖形打印輸出等，可直接利用CAD格式數(shù)字礦圖。

3)區(qū)域斷電網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)測、監(jiān)控、監(jiān)管系統(tǒng)。針對不同的隱患類型實現(xiàn)區(qū)域斷電實時自動跟蹤定位監(jiān)測監(jiān)管是系統(tǒng)的核心技術(shù)。基于煤礦測控單元網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)互控關(guān)聯(lián)設(shè)置，實現(xiàn)的核心技術(shù)是實時海量監(jiān)測數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的搜索算法。相關(guān)系統(tǒng)包括通風(fēng)系統(tǒng)、測控單元布局、測控單元互聯(lián)互控區(qū)域斷電設(shè)置和區(qū)域斷電自動跟蹤監(jiān)測監(jiān)管。主要功能包括：a)利用遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，能夠自動跟蹤并實時圖形定位全面監(jiān)測區(qū)域斷電狀態(tài)，所有未斷電狀態(tài)用圖形直觀展示，為解決各種超限而不斷電的重大安全隱患實時監(jiān)測監(jiān)管提供了先進有效的技術(shù)手段。系統(tǒng)能夠根據(jù)瓦斯超限、停風(fēng)、煤與瓦斯突出、風(fēng)流反向、風(fēng)流逆轉(zhuǎn)、災(zāi)變影響區(qū)域等各種隱患設(shè)置預(yù)案，自動跟蹤監(jiān)測目標區(qū)域超限與斷電狀態(tài)，能夠自動跟蹤及實時圖形定位并報警顯示。b)系統(tǒng)與煤礦地面遠程手動斷電配合使用，可彌補現(xiàn)有煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)測控單元難以實現(xiàn)互聯(lián)互控的缺陷。c)可直觀顯示區(qū)域斷電測控單元短缺問題、檢測出不間斷電控制裝置的違章問題、檢測出煤礦監(jiān)測人員關(guān)于斷電相關(guān)設(shè)置方面的錯誤。在目前技術(shù)水平下實現(xiàn)整個區(qū)域安全，特別是涉及異地斷電情況下，需要增加監(jiān)測監(jiān)控分站和測控傳感器，本系統(tǒng)區(qū)域斷電自動跟蹤定位技術(shù)，可發(fā)現(xiàn)目標區(qū)域的設(shè)備布局;有的單位為了逃避超限斷電影響生產(chǎn)，故意不接斷電裝置，使得超限斷電形同虛設(shè)。系統(tǒng)能夠檢測出是否安裝了饋電裝置，如果瓦斯超限而饋電裝置顯示有電或饋電裝置根本不存在，則顯示報警。d)直觀可視化功能有全面的分類報警、分級報警、歷史報警、圖形定位、曲線跟蹤、查詢顯示、分類匯總、趨勢分析、報表等功能。e)完善的數(shù)據(jù)安全與權(quán)限管理功能，每個煤礦、每個用戶甚至每個功能都有獨立操作權(quán)限控制，從而保證了數(shù)據(jù)安全與共享的合理應(yīng)用。

4)網(wǎng)絡(luò)可視化通風(fēng)瓦斯信息管理系統(tǒng)。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)圖動態(tài)編輯與通風(fēng)系統(tǒng)屬性數(shù)據(jù)錄入、編輯、查詢、匯總、統(tǒng)計分析等。通風(fēng)系統(tǒng)圖是區(qū)域斷電設(shè)置與跟蹤監(jiān)測的基礎(chǔ)，通過通風(fēng)系統(tǒng)圖可得到超限瓦斯流經(jīng)的區(qū)域，從而劃定隱患區(qū)域。

5)超限、斷電、撤人一體化監(jiān)測監(jiān)管系統(tǒng)。在區(qū)域斷電超限、斷電跟蹤基礎(chǔ)上增加人員網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，從而實現(xiàn)超限、斷電、撤人聯(lián)動監(jiān)測監(jiān)管。

6)煤礦通風(fēng)瓦斯流動數(shù)值模擬與綜合預(yù)測系統(tǒng)(含通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算模擬、采場流態(tài)模擬、瓦斯綜合預(yù)測、可燃性氣體爆炸危險性判定等子系統(tǒng))。該系統(tǒng)首次將采空區(qū)漏風(fēng)滲流場流態(tài)模擬這些十分復(fù)雜的解算問題，變成用戶通過在流覽器上輸入漏風(fēng)數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)，為解決尾巷通風(fēng)、頂板巷道抽放、工作面通風(fēng)方式模擬、防止上隅角瓦斯超限和防治采空區(qū)自然發(fā)火等提供了數(shù)字模擬工具。采用先進的數(shù)學(xué)地質(zhì)優(yōu)化趨勢面方法、距離密次反比法、分源預(yù)測法等先進的預(yù)測方法，提供了瓦斯區(qū)域預(yù)測技術(shù)。可包括瓦斯含量、抽放量、涌出量和突出預(yù)測參數(shù)等各種涉及區(qū)域分布的預(yù)測參數(shù)，通過給定有限個基礎(chǔ)參數(shù)，系統(tǒng)自動給出分布等值線圖和區(qū)域分布專題圖。

7)數(shù)字礦圖格式轉(zhuǎn)換接口。目前支持CAD格式和Map Info格式圖的自動轉(zhuǎn)入。

8)基于系統(tǒng)的信息化系統(tǒng)建設(shè)自動生成系統(tǒng)。信息化系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用往往隨時間和需求變化而不斷變化，本系統(tǒng)提供了自動化實現(xiàn)功能，一些專業(yè)應(yīng)用，譬如采掘生產(chǎn)管理、通風(fēng)管理、機電設(shè)備管理等各種應(yīng)用子系統(tǒng)，僅僅需要用戶建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，其它應(yīng)用功能系統(tǒng)能夠自動完成，如錄入編輯界面、查詢、匯總、統(tǒng)計分析、曲線分析、專題圖分析、報表等應(yīng)用都能夠自動實現(xiàn)。用戶可以創(chuàng)建自己的應(yīng)用系統(tǒng)，如果應(yīng)用發(fā)生變化用戶通過更改基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)。

9)一通三防知識庫網(wǎng)絡(luò)在線查詢支持系統(tǒng)。提供煤礦一通三防技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)在線查詢，可在隱患發(fā)生時查詢對策和在日常查詢有關(guān)技術(shù)，方便應(yīng)用并可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)，能顯著提高煤礦人員的技術(shù)水平。

10)網(wǎng)絡(luò)可視化地質(zhì)測量信息管理系統(tǒng)。可實現(xiàn)地質(zhì)測量圖形與屬性信息的管理，創(chuàng)建圖層、編輯、查詢顯示、分析、匯總打印輸出等。

11)網(wǎng)絡(luò)可視化機電設(shè)備管理信息系統(tǒng)。可實現(xiàn)機電設(shè)備在采掘圖上的布局分布功能，設(shè)備管理、租賃管理、設(shè)備查詢、匯總統(tǒng)計分析等等。

12)網(wǎng)絡(luò)可視化供電管理信息系統(tǒng)。基于數(shù)字礦圖的供電系統(tǒng)圖創(chuàng)建與動態(tài)編輯、各種供電設(shè)備的分布查詢、顯示、匯總統(tǒng)計、供電線路跟蹤、故障跟蹤分析、斷電控制范圍查詢等。

13)網(wǎng)絡(luò)可視化采掘管理信息系統(tǒng)。可實現(xiàn)采掘位置與采掘相關(guān)設(shè)備、計劃、進度、產(chǎn)量等圖形化查詢管理等。

2．2 數(shù)據(jù)分析瓦斯監(jiān)測模塊

數(shù)據(jù)分析模塊是通過網(wǎng)絡(luò)自動化手段實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)可靠與穩(wěn)定的監(jiān)測。對井下總回風(fēng)、采區(qū)回風(fēng)、主要供風(fēng)巷道進行瓦斯監(jiān)測。對各地點的核定風(fēng)量供應(yīng)不足、風(fēng)流路線不穩(wěn)定、無計劃停風(fēng)或微風(fēng)作業(yè)、風(fēng)流短路的地點、線路、區(qū)域預(yù)警斷電。配合短信報警系統(tǒng)，技術(shù)人員可在第一時間根據(jù)預(yù)警信息迅速作出判斷，節(jié)省時間，盡早發(fā)現(xiàn)問題，保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。

利用監(jiān)控系統(tǒng)實時、連續(xù)、不間斷地采集環(huán)境參數(shù)、對瓦斯是否異常進行分析判斷。在日常生產(chǎn)過程中，采掘工作面等各測點的瓦斯?jié)舛仍?～1的范圍內(nèi)小幅波動。每當發(fā)生瓦斯超限或異常涌出后，各測點的瓦斯值在特定的時間范圍內(nèi)瞬時成倍升高，隨即執(zhí)行瓦斯電閉鎖，由此根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和曲線的異常變化可判定作業(yè)地點瓦斯異常情況。

利用監(jiān)測系統(tǒng)可以實時的監(jiān)測各礦主扇、局扇運行情況。由于故障及人為破壞、突然停電，引起主扇停風(fēng)，與主扇相通的各工作面局扇隨即停風(fēng)。這時，監(jiān)測可以直接地反映出各個停風(fēng)點瓦斯情況，為及時排除故障提供了重要的依據(jù)。

2．3 瓦斯報警短信信息發(fā)布模塊

瓦斯報警短信信息發(fā)布模塊包括短信管理和無線交互控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)除了提供微機瀏覽器操作外，也能夠提供基于手機或掌上電腦的實時移動監(jiān)測監(jiān)管，而且無需在用戶設(shè)備上安裝任何應(yīng)用軟件，全部采用瀏覽器操作，也支持數(shù)字礦圖功能。同時支持上Internet網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)移動監(jiān)測監(jiān)管與移動辦公。集團領(lǐng)導(dǎo)可以隨時隨地利用手機終端動態(tài)地監(jiān)測當前各礦的瓦斯?jié)舛龋€變化情況及歷史數(shù)據(jù)。自動接收監(jiān)控中心發(fā)現(xiàn)的各種報警信息，全面實現(xiàn)了“時刻報警、時刻分析、時刻決策”的管理目標。

2．4 管理信息查詢模塊

管理信息查詢模塊收集了有關(guān)煤炭方面的法律法規(guī)及AQ標準，以及各礦井瓦斯治理和安全生產(chǎn)的規(guī)章制度，規(guī)程措施全部規(guī)范化、制度化，做到有章可循，并根據(jù)井下條件的變化和隨時出現(xiàn)的新情況、新問題，不斷修改，充實和完善規(guī)章制度。確保國家安全生產(chǎn)法律法規(guī)及上級指示指令貫徹落實。

3 綜采開機率實時在線監(jiān)測與統(tǒng)計分析

綜采開機率可實現(xiàn)綜放工作面的生產(chǎn)過程自動化，以減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率。利用現(xiàn)有監(jiān)測聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)煤礦工作面綜采開機率實時監(jiān)測與統(tǒng)計分析，為生產(chǎn)管理提供先進的技術(shù)手段。實現(xiàn)對主要生產(chǎn)設(shè)備工況的實時在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患、及時采取措施避免設(shè)備損壞，提高設(shè)備正常率和開機率。將工作面的相關(guān)信息及時傳輸?shù)降孛妫⑼ㄟ^計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)共享，達到生產(chǎn)管理的信息化。

4 典型事例

1)根據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)提供的環(huán)境安全參數(shù)分析確定瓦斯探頭故障或超限報警。2010年8月27日19∶07分，西銘礦胡沙帽發(fā)生一起落雷引起的停電停風(fēng)事故。胡沙帽1#、2#主扇全部停止運轉(zhuǎn)，集團調(diào)度指揮中心安全監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示：胡沙帽1#、2#主扇停風(fēng)、49208副巷瓦斯超限報警，最高濃度1．35%;48204綜采面瓦斯超限報警，最高濃度2．75%，見圖 2。

圖2 西銘礦48204工作面瓦斯超限濃度示意圖

發(fā)生超限報警后安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)自動切斷工作面全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備。調(diào)度管理人員根據(jù)井下瓦斯檢查員匯報，隨即下達對該綜采面斷電、撤人、停產(chǎn)的命令，啟動了《西銘礦事故應(yīng)急救援預(yù)案》，并派技術(shù)人員到現(xiàn)場查看、搶修。經(jīng)與井下核實，瓦斯?jié)舛扰c系統(tǒng)采集相吻合，為預(yù)防發(fā)生進一步的重大隱患事故提供了寶貴時間和準確可靠信息。

2)依據(jù)CO傳感器采集的數(shù)據(jù)判別易自燃煤層發(fā)火情況。2010年8月9日馬蘭礦井下綜三10503工作面發(fā)生瓦斯燃燒事故，綜三10503工作面T0最高濃度2．09%，見圖3。T1瓦斯?jié)舛雀哌_4%，持續(xù)時間長，見圖4。

圖3 馬蘭礦綜三18503工作面T0瓦斯超限濃度示意圖

瓦斯電閉鎖全部斷電并切斷工作面全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備電源。CO濃度持續(xù)升高。自動短信報警裝置即時把有關(guān)信息數(shù)據(jù)傳給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)，調(diào)度指揮中心立即下令撤人，并立即通知專業(yè)技術(shù)人員進行處理。為及時排除事故隱患提供了寶貴的時間。

3)依據(jù)通風(fēng)監(jiān)測，開停傳感器監(jiān)測主扇停風(fēng)原因。2010年9月20日下午14∶15分，屯蘭礦后風(fēng)坪嶺35 kV電站停電，由于1回路405線路終端室外臨時電纜頭有放電、冒煙現(xiàn)象，斷1回路進線545開關(guān)時，兩回進線全部停電，造成后風(fēng)坪嶺35 kV站全站停電，同時后風(fēng)坪嶺主扇1#、2#全部停風(fēng)。集團調(diào)度指揮中心安全監(jiān)控系統(tǒng)實時顯示后風(fēng)坪嶺主扇全部停止運行，受影響隊組瓦斯?jié)舛燃斌E升高。立即啟動《屯蘭礦臨時停電停風(fēng)應(yīng)急預(yù)案》，這起停電事故體現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)“電子眼”的作用，利用監(jiān)控系統(tǒng)的斷電功能阻止了事故的進一步擴大。

圖4 馬蘭礦綜三18503工作面T1瓦斯超限濃度示意圖

5 結(jié)論

西山煤電瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行平穩(wěn)正常，系統(tǒng)提供的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)及時、準確，為公司的安全生產(chǎn)起到了積極的作用。通過理論與實踐相結(jié)合，熟練運用監(jiān)控系統(tǒng)，能夠準確地發(fā)現(xiàn)煤礦井下生產(chǎn)過程中的不安全因素，為各級領(lǐng)導(dǎo)作出正確決策、現(xiàn)場指揮、隱患排查提供了第一手技術(shù)資料。

［1］ 程德強，李世銀，李 鵬，等．礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)［J］．視頻技術(shù)應(yīng)用與工程，2007(2)：58－59．

［2］ 李玉國．礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要問題分析及解決方法［J］．煤炭工程，2008，27(1)：115－117．

［3］ 韓 寧，燕 飛，杜廣微，等．數(shù)字化瓦斯遠程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計［J］．煤礦安全，2008(3)：11－13．