煤礦安全智能化體系建設(shè)思路淺議

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［摘要］針對(duì)煤礦安全智能化發(fā)展相對(duì)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(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)》《智能化采煤工作面分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》為基礎(chǔ)，對(duì)標(biāo)3個(gè)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(gè)方面對(duì)災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)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(tái)和災(zāi)變通風(fēng)應(yīng)急體系4個(gè)方面對(duì)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(gè)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(cè)；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(guó)內(nèi)煤礦智能化建設(shè)主要集中在煤礦生產(chǎn)、運(yùn)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(duì)滯后。在煤礦災(zāi)害監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及相關(guān)信息超限報(bào)警的初級(jí)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(dòng)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(guó)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(guó)煤炭學(xué)會(huì)批準(zhǔn)的《智能化煤礦（井工）分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)》《智能化采煤工作面分類、分級(jí)技術(shù)條件與評(píng)價(jià)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(gè)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(cè)子系統(tǒng)主要對(duì)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(duì)安全監(jiān)測(cè)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(duì)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(cè)、分析、預(yù)測(cè)與預(yù)警，并與相關(guān)防災(zāi)技術(shù)與裝備實(shí)現(xiàn)智能聯(lián)動(dòng)［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(gè)方面，按照智能化建設(shè)的初級(jí)階段、中級(jí)階段和高級(jí)階段3種類型，對(duì)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(cè)防控和煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化2個(gè)方面。按照煤礦智能化總體發(fā)展思路，對(duì)初級(jí)階段、中級(jí)階段和高級(jí)階段3個(gè)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(cè)防控

（1）初級(jí)階段。實(shí)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(jí)報(bào)警。（2）中級(jí)階段。在初級(jí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實(shí)現(xiàn)單一災(zāi)害精準(zhǔn)預(yù)警和事故報(bào)警；②完成各類災(zāi)害監(jiān)測(cè)信息和報(bào)警信息的融合，實(shí)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(cè)、報(bào)警和預(yù)警平臺(tái)。（3）高級(jí)階段。在中級(jí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實(shí)現(xiàn)災(zāi)害本源參數(shù)的實(shí)時(shí)反演和精準(zhǔn)定位；②實(shí)現(xiàn)主要災(zāi)害超前預(yù)警、預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，為災(zāi)害防治提供輔助決策。

1.2通風(fēng)系統(tǒng)

（1）初級(jí)階段。①實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的自動(dòng)測(cè)定；②實(shí)現(xiàn)通風(fēng)仿真軟件的實(shí)時(shí)解算和調(diào)風(fēng)方案優(yōu)化；③實(shí)現(xiàn)主要通風(fēng)動(dòng)力及通風(fēng)設(shè)施的無(wú)人值守、有人巡視。（2）中級(jí)階段。在初級(jí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)、環(huán)境自動(dòng)測(cè)定參數(shù)與通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件集成運(yùn)行；②實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別，及時(shí)判斷煤礦災(zāi)變通風(fēng)狀態(tài)；③實(shí)現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算及災(zāi)變狀態(tài)下的風(fēng)流模擬仿真；④實(shí)現(xiàn)主要通風(fēng)動(dòng)力及通風(fēng)設(shè)施的無(wú)人值守、遠(yuǎn)程控制。（3）高級(jí)階段。在中級(jí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：①實(shí)現(xiàn)人員、車輛位置的信息集成，實(shí)現(xiàn)用風(fēng)點(diǎn)需風(fēng)量的超前預(yù)測(cè)并實(shí)現(xiàn)智能配風(fēng)；②自動(dòng)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(shí)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)施、通風(fēng)動(dòng)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(lái)看，在安全智能化初級(jí)階段、中級(jí)階段和高級(jí)階段，對(duì)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(gè)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(bǔ)充或完善的硬件裝置、軟件系統(tǒng)和平臺(tái)。按照災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)、礦井通風(fēng)和安全智能化輔助機(jī)器人研發(fā)3個(gè)方面，分別對(duì)3個(gè)建設(shè)階段對(duì)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(shuō)明。

2.1災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)防控

（1）初級(jí)階段。①災(zāi)害感知：實(shí)現(xiàn)水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過有線或者無(wú)線方式上傳至各個(gè)災(zāi)害分析、報(bào)警系統(tǒng)；②災(zāi)害分析：實(shí)現(xiàn)災(zāi)害報(bào)警門限值的自適應(yīng)調(diào)節(jié)分析，為分級(jí)報(bào)警提供依據(jù)；③災(zāi)害管控：實(shí)現(xiàn)單一災(zāi)害的自動(dòng)分級(jí)報(bào)警，為現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害管控提供技術(shù)支持。（2）中級(jí)階段。①災(zāi)害感知：在各災(zāi)害垂直監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立災(zāi)害綜合監(jiān)測(cè)平臺(tái)，建成水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合災(zāi)害精準(zhǔn)防控?cái)?shù)據(jù)中心；②災(zāi)害分析：實(shí)現(xiàn)各單一災(zāi)害分析、預(yù)警和報(bào)警，實(shí)現(xiàn)多災(zāi)害綜合分析預(yù)警；③實(shí)現(xiàn)單一災(zāi)害監(jiān)測(cè)及隱患預(yù)警，自動(dòng)生成隱患處置參考方案，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害隱患的信息化閉環(huán)管理，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行災(zāi)害安全管控。（3）高級(jí)階段。①災(zāi)害感知：打破各災(zāi)害垂直監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)壁壘，利用物聯(lián)網(wǎng)、邊緣網(wǎng)關(guān)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水、火、瓦斯、頂板、沖擊地壓和粉塵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一的綜合實(shí)時(shí)采集，建成具備物聯(lián)感知功能的綜合災(zāi)害精準(zhǔn)防控?cái)?shù)據(jù)中心；②災(zāi)害分析：實(shí)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(shí)現(xiàn)主要災(zāi)害超前預(yù)警、預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)；③實(shí)現(xiàn)單一災(zāi)害隱患超前精準(zhǔn)預(yù)警，自動(dòng)生產(chǎn)隱患處置優(yōu)選方案，實(shí)現(xiàn)災(zāi)害隱患的智能管理，提供當(dāng)前災(zāi)害防治的對(duì)策意見。

2.2通風(fēng)系統(tǒng)

（1）初級(jí)階段。①參數(shù)感知：實(shí)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(cè)；實(shí)現(xiàn)礦井測(cè)風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)主要用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度、CH4、CO、煙霧的監(jiān)測(cè)；②仿真系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算；③通風(fēng)控制：實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程控制；實(shí)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(jí)階段。①參數(shù)感知：實(shí)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(cè)；實(shí)現(xiàn)礦井測(cè)風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)；實(shí)現(xiàn)主要用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)速、絕壓、溫度、濕度、CH4、CO、煙霧的監(jiān)測(cè)；②仿真系統(tǒng)：實(shí)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(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)報(bào)表與通風(fēng)阻力分布報(bào)告的自動(dòng)生成；③通風(fēng)控制：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗協(xié)同控制；實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)風(fēng)門協(xié)同控制；實(shí)現(xiàn)皮帶火災(zāi)風(fēng)流應(yīng)急控制；實(shí)現(xiàn)工作面區(qū)域反風(fēng)智能控制；④災(zāi)變通風(fēng)：實(shí)現(xiàn)災(zāi)變條件下通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)急自動(dòng)調(diào)節(jié)。（3）高級(jí)階段。①參數(shù)感知：實(shí)現(xiàn)全礦井“一通三防”多源數(shù)據(jù)集成；實(shí)現(xiàn)影響通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的人員、車輛位置參數(shù)的監(jiān)測(cè)；②仿真系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與仿真模擬；實(shí)現(xiàn)通風(fēng)仿真系統(tǒng)的人員、車輛等動(dòng)目標(biāo)等多參數(shù)的綜合仿真模擬；③通風(fēng)控制：實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)按需供風(fēng)動(dòng)態(tài)評(píng)估下的遠(yuǎn)程通風(fēng)調(diào)節(jié)；④災(zāi)變通風(fēng)：實(shí)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(cè)防控和煤礦通風(fēng)系統(tǒng)智能化初級(jí)階段、中級(jí)階段和高級(jí)階段各自建設(shè)目標(biāo)。對(duì)標(biāo)3個(gè)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(gè)方面對(duì)災(zāi)害精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)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(tái)和災(zāi)變通風(fēng)應(yīng)急體系4個(gè)方面對(duì)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(duì)3個(gè)建設(shè)階段對(duì)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(gè)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(dòng)化股份有限公司