淺談煤礦瓦斯與火災動態辨識與預警技術

孟 潔

0 引言

瓦斯和火災是煤礦中最為嚴重的兩種安全隱患，是我國礦業發展中亟待解決的重大問題。對煤炭企業而言，主要通過提高自身的管理水平、加強職工的技術培訓、改善生產設備的現狀等措施實現對瓦斯、火災的治理。然而這并不是最有效最直接的方法，而應運用科學技術方法實現對煤礦瓦斯與火災事故危險源的辨識與預警。風險預警是指將系統中所有可能出現的或者潛在的能夠導致事故發生的危險狀態加以分析、辨識，進而進行評價，得出一定的評價結果，通過預警管理系統將相應的預警結果展示出來，以此減少煤礦瓦斯與火災事故。

1 系統構架總體思路

煤礦瓦斯與火災危險源動態辨識與預警技術的實現是通過相應的管理信息系統完成的。管理信息系統應能夠實現對煤礦瓦斯爆炸事故、煤礦火災事故重大危險源的風險評價與辨識，對煤礦瓦斯涌出重大危險源的辨識與動態臨界界限預警、預警信息的實時提示與動態修正、相關預測與預警數據的存儲與查詢、監測數據報表管理等一系列功能。

系統構架旨在合理劃分子系統，以達到子系統之間的高內聚低耦合，最終達到提高軟件可理解性和可維護性的目的。同時，系統構架是問題求解及建立解答的一種高級策略，其總體構架的主要任務是將系統分解成各個子系統，以使其易于管理，最終得到系統體系結構設計模型。煤礦瓦斯與火災危險源動態臨界神經網絡預警系統的設計，必須既能滿足用戶進行日常管理的全部功能需求，又要最大程度地為用戶提供最便捷的操作處理。系統從實現的功能出發，以此為依據進行構架。

1.1 系統體系結構

煤礦瓦斯與火災危險源動態辨識與預警系統在體系結構上將整體劃分為5 個子系統與模塊：煤礦瓦斯爆炸事故風險評價預警子系統、煤礦自燃火災事故風險評價預警子系統、煤礦瓦斯涌出異常的神經網絡預警子系統、數據庫維護與管理和其他功能管理模塊。其中，數據庫是整個系統的基礎，包含了系統日常運行所必須的所有數據信息、維護與管理信息等。數據庫維護與管理中除自身維護與管理外，還鑲嵌人機交互接口模塊，主要為用戶圖形接口與操作界面，為用戶與系統內部數據之間提供了一個信息交換的通道。通過這一模塊，操作用戶可以對其輸入更新信息、維護與管理指令和所需要的信息進行查詢、分析，并且可以獲得詳細、直觀的結果，而不僅僅是龐大的數據表。煤礦瓦斯與火災危險源動態辨識與預警系統體系結構見第8 頁圖1。

1.2 系統原理

在煤礦瓦斯與火災危險源動態辨識與預警系統中采用“評價-預警-反饋”模式，使得各個過程之間相對獨立、相互承接。每個過程在完成自己功能的同時，相互銜接組成整個系統的核心評價與預警功能。在各個過程內部，系統把對數據的操作按照相應方法封裝起來，形成獨立的子系統與模塊。這些子系統與模塊對外部僅保留必須進行輸入輸出數據的接口；而在各個子系統與模塊之間通過相應數據接口進行通信，實現各個獨立功能的銜接。

圖1 系統體系結構和系統功能

在操作上，針對煤礦瓦斯與火災事故重大危險源辨識與預警的每一輪須從評價過程開始。系統首先獲取相應的風險評價表的信息，包括評價指標、評價細則、相應的權值、是否為否決指標等，在前端生成具體的風險評價表；然后由用戶根據實際情況進行分析與評價；完成評價后，系統自動實現危險源危險等級的評定，并相應地做出靜態、動態預警，發布預警信息。預警結論應當作為歷史數據存入數據庫中，供用戶進行查詢，以及數據報表的導出與管理。另外，當前的預警信息應能夠與歷史預警信息數據匯總而生成趨勢分析圖。

針對煤礦瓦斯涌出事故重大危險源辨識與預警，在每一輪的辨識與預警工作之初，應首先獲取煤礦瓦斯涌出量的歷史數據（可以通過數據接口從實時監測系統中導入，也可以由用戶手動輸入或從數據文件導入）；接下來應當由用戶輸入預期時間內影響瓦斯涌出量的各個指標的具體預期值；系統在得到這些預期值后，調用歷史數據庫中相應指標的歷史數據，分析預測在這種影響條件下的瓦斯涌出量，同時也對可接受的安全狀態臨界界限做出動態預測；通過分析對比預測值與臨界值，得出相應預警結論，并依照預警信息的發布準則進行信息發布。當獲得實際瓦斯涌出量值的時候，應當根據需要對預警值與預警界限做出修正，實現對輸入數據的反饋。同樣，這一部分的預警結論也要存入數據庫中歸檔處理。系統的運行流程見圖2。

圖2 系統流程

2 應用實例

同忻礦井是大同煤礦集團公司建設的千萬噸級一井一面礦井，采用主副井斜井后期增加副立井的混合開拓和通風方式，對特厚煤層進行放頂煤開采，屬于低瓦斯礦井但具有高瓦斯涌出特征，煤的自燃傾向性等級為易自燃。以2012 年9 月26 日當天晚班預警數據為例。由于同忻礦瓦斯含量及涌出量較大，瓦斯涌出這項指標的得分相對偏低，但由于治理措施合理，管理到位，瓦斯涌出、瓦斯爆炸、自然火災3 項指標均未出現危險情況。再如2012 年10 月30 日，8103工作面瓦斯涌出指標危險等級為很危險報警，原因在于該采面接近斷層構造帶，且探測到自燃指標氣體乙烯，危險級別上升。因此，放慢采掘速度，做到安全度過危險期，避免事故發生，保證安全生產。

存在的問題：預警指標不可能一次性羅列完整，有待完善，需根據不斷出現的新情況增加新的重要指標，刪除影響不明顯的指標；同時，預警指標的權重也不可能最貼近同忻煤礦的實際情況，需根據系統報警的嚴重等級和礦井實際危險程度，調節各預警指標的權重，使預警系統更貼近同忻礦的實際情況，做到不漏報，不誤報，及時準確報警。

3 結語

我國火災、瓦斯事故是煤礦事故中最嚴重的兩類。礦井火災、瓦斯事故發生后，災情發展迅猛，變化復雜，影響范圍廣，往往造成嚴重的人員傷亡和財產損失，還可誘發更大次生災害，因此煤礦火災、瓦斯危險源預警技術便顯得十分重要。煤礦瓦斯與火災動態辨識與預警技術是項先進和有效的方法，可將事故消滅在萌芽狀態，具有十分重要的意義及推廣前景。