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通風安全動態(tài)分析系統的研究

文檔作者：王聯合文檔來源：陜西陜煤彬長礦業(yè)公司		點擊數：	更新時間： 2021年01月09日
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2010年1O月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第37卷第5期
通風安全動態(tài)分析系統的研究
王聯合
(陜西陜煤彬長礦業(yè)公司，陜西成陽712000)
摘要：介紹了目前礦井所使用的“通風管理軟件”以及用通風技術來解決井下瓦斯問題的方法。
從通風瓦斯綜合分析的角度，以大量的通風瓦斯監(jiān)測數據為基礎，在通風網絡理論、瓦斯分析的引導下，
針對瓦斯涌出分布及全礦瓦斯流動狀況建立起定量分析模型，從整體層面上分析并確定通風瓦斯的危
險區(qū)域、瓦斯涌出的狀態(tài)、瓦斯涌出的規(guī)律，以及通風系統所有風道的風流和瓦斯流的波動規(guī)律，對日常
瓦斯安全管理中顯現的異常發(fā)展趨勢及瓦斯災害預警作出指示。
關鍵詞：礦井；通風管理；瓦斯分析；瓦斯預警
中圖分類號：TD724 文獻標志碼：B 文章編號：1008—4495(2010)O5—0043—03
煤礦的采掘作業(yè)引起圍巖狀態(tài)的不斷變化，由
此導致瓦斯涌出并影響到瓦斯涌出的波動，而通風
瓦斯的異常波動變化進入到相關致災因素的不利組
合則可能導致事故。在煤礦所發(fā)生的重大及特別重
大事故中，瓦斯事故首當其沖，瓦斯事故的起因及其
發(fā)展，與礦井通風狀況及通風系統密不可分。當前
礦井通常利用風流稀釋瓦斯，然后通過風流把瓦斯
排出礦井外的通風技術來解決瓦斯問題。
國內外許多科研院所相繼開發(fā)了專用的礦井通
風管理軟件，但這些軟件在可視化性能方面都存在
著不同程度的缺陷。大多系統只能顯示柵格圖形，
不能顯示矢量圖形，或者能顯示矢量圖形但只能在
單機運行，無法實現網絡信息傳輸處理。此外，還存
在操作復雜，數據輸入繁瑣等缺點，所以這些系統雖
然在一定程度上解決了礦井通風的一些問題，但隨
著計算機網絡的發(fā)展，迫切需要一種新的基于網絡
的操作簡便、功能完善的礦井通風分析軟件。
針對以上問題，筆者設計了通風安全動態(tài)分析
系統。該系統從通風瓦斯綜合分析的角度，以大量
的通風瓦斯監(jiān)測數據為基礎，在通風網絡理論? 、瓦
斯分析模型和通風敏感度分析的引導下，針對瓦斯
涌出分布及全礦瓦斯流動狀況建立起定量分析模
型，從整體層面上分析并確定通風瓦斯的危險區(qū)域、
瓦斯涌出的狀態(tài)、礦井分區(qū)的瓦斯涌出規(guī)律，以及通
風系統所有風道的風流和瓦斯流的波動規(guī)律，對日
常通風、瓦斯安全管理中顯現的異常發(fā)展趨勢及瓦
收稿日期：2010—01—09；2010—09—10修訂
作者簡介：王聯合(1967一)，男，陜西銅川人，畢業(yè)于華東
地質學院，現主要從事煤礦技術管理工作。
斯災害預警作出指示。
1 系統總體結構設計
通風安全動態(tài)分析系統主要是以通風理論和先
進的瓦斯預測分析模型為基礎，集遠程實時監(jiān)測監(jiān)
控、數據采集、安全預警和決策分析為一體的通風瓦
斯安全信息分析與預警平臺，以煤礦通風瓦斯安全
分析、監(jiān)控系統聯機分析，以及日常報表、圖紙、文檔
管理為基礎資料。系統由服務器、通風工作站、監(jiān)控
系統數據上傳軟件、動態(tài)解算服務軟件等四部分組
成，是一個基于網絡平臺運行的軟件系統。通風工
作站主要負責通風系統圖的繪制、通風參數的設置，
然后送交服務器，服務器結合由監(jiān)控系統采集的實
時數據對整個通風系統進行不問斷的風網解算及風
網中的瓦斯流分析，最后將風網解算結果和瓦斯分
析結果發(fā)至客戶端供工作人員及時查看。若風網解
算結果或瓦斯分析結果出現異常，服務器發(fā)至客戶
端的是帶報警效果的解算結果。其網絡拓撲結構如
圖1所示。
2 系統功能架構
通風安全動態(tài)分析系統集礦井通風系統方案
編制與分析、數據采集分析、實時監(jiān)測與報警和輔
助決策功能于一體，功能架構如圖2所示，有利于
對礦井各致災因素及其消長規(guī)律、風險辨識與隱患
辨識等進行分析，以及致災因素耦合致災的預警與
控制，提高礦井安全保障水平，構建煤礦系統安全
的技術體系，推動煤礦安全的技術管理邁向本質安
全管理。
· 43 ·
2010年10月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第37卷第5期
圖1 系統網絡拓撲結構圖
圖2 系統功能架構圖
系統方案編制：實現礦井圖形的快速繪制和各
類通風參數的設置。
通風網絡分析：利用風網解算，實現對生產礦井
通風狀況的分析，并支持對生產礦井通風系統新建
或改造方案的模擬。
瓦斯數據分析：對巷道系統內瓦斯的當前狀態(tài)
和發(fā)展趨勢進行分析，提前進行巷道瓦斯?jié)舛茸兓?
的判定。
輔助決策支持：提供便捷高效的方案預演、異常
問題處理支持工具，輔助管理層進行礦井安全的決
策及方案評估。
系統從本質上區(qū)別于基于單點測量數據的瓦斯
監(jiān)測系統，融預防和整治于一體，具有極高的客觀準
確性，預測范圍大到全礦，小到具體巷道，為事故防
范和瓦斯治理提供明確的依據，可以有效地分析確
定礦井通風瓦斯的危險區(qū)域、瓦斯涌出狀態(tài)、瓦斯涌
出規(guī)律，以及通風系統所有風道的風流和瓦斯流的
· 44 ·
波動規(guī)律，建立全礦井安全評價的定量分析。內嵌
先進的通風瓦斯預測分析算法和豐富的行業(yè)圖元
庫，可以無縫集成并分析 66，KJ95等多種監(jiān)控系
統 的數據，并以手機短信、安全警示燈、實時標簽
和預測分析圖等多種方式展現預警信息。
3 系統原理
礦井瓦斯是煤礦必須充分重視的潛在危險，因
此，在煤礦所有采掘作業(yè)地點和其他重要部位都采
取了周密的瓦斯監(jiān)控措施，定時測取瓦斯數據以了
解生產作業(yè)的安全程度，因而煤礦現場積累的瓦斯
數據是十分豐富的。一方面，瓦斯監(jiān)測數據十分重
要，煤礦通常有安全監(jiān)控系統和人工檢測這兩套瓦
斯測定系統同時運行；另一方面，所測定的瓦斯數據
進入安全技術管理的生命周期又十分短，僅用來判
斷數據監(jiān)測的當時當地瓦斯是否超限以決定是否允
許正常作業(yè)，其后即被保存起來而很少再用。將煤
礦日常瓦斯監(jiān)測數據所隱含的瓦斯涌出規(guī)律提取出
來，即是瓦斯數據分析的基本目標。
人們對煤礦瓦斯蘊藏和涌出規(guī)律的認識主要是
通過對鉆孔資料的分析和對瓦斯監(jiān)測數據的分析得
到的。其中對地質資料和鉆孔資料的分析推動了瓦
斯地質的形成和發(fā)展，其目標在于對整個井田或煤
田的瓦斯賦存規(guī)律形成整體的概念；而對于礦井日
常的瓦斯監(jiān)測數據目前尚無有效的分析手段，大量
瓦斯數據所反映的礦井瓦斯涌出規(guī)律并未得到充分
分析和利用。
井下各測點積累的瓦斯數據形成了當地瓦斯數
據的時問序列。由于礦井風流主要服務于井下的作
業(yè)地點，因此為測定風流瓦斯?jié)舛榷O立的瓦斯測
點大體上將礦井通風系統分割成了一個個相鄰的
“隔離區(qū)”。從風量平衡? 和瓦斯平衡? 的角度而
言，隔離區(qū)將通風網絡系統分割成了隔離區(qū)內和隔
離區(qū)外兩部分，越過隔離區(qū)邊界的風流相對于該隔
離區(qū)可分為流人和流出2類。由于風流所攜帶的瓦
斯流量可由風量和瓦斯?jié)舛认喑说玫?，流人和流?
該隔離區(qū)的瓦斯流量差即表達了該隔離區(qū)內的瓦斯
涌出量。依據一定的規(guī)律，可將各隔離區(qū)的瓦斯涌
出轉換為通風網絡內各條風道的瓦斯涌出。經過這
樣的轉換，將通風系統中與某些固定點相關聯的瓦
斯?jié)舛葦祿D為了井巷系統瓦斯涌出數據。毫無疑
問，這對礦井安全生產管理是十分重要的信息。
通風安全動態(tài)分析系統把每一條巷道作為一個
“隔離區(qū)”，對全礦井所有“隔離區(qū)”實行不問斷的網
絡解算 J，對網絡解算的結果采用數理統計的方法
2010年10月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第37卷第5期
分析就可以得出每一個“隔離區(qū)”的瓦斯波動曲線，
也就是每一條巷道中的瓦斯涌出量大小以及波動情
況。通過觀察巷道過去一段時間瓦斯涌出量的大小
以及曲線的走勢，可判斷該巷道未來一段時間內的
瓦斯涌出情況。而且該數據分析過程能夠跟蹤礦井
瓦斯的日常檢測而不斷進行，并隨著礦井瓦斯和通
風數據的不斷積累而變得更加準確，進而在跟蹤瓦
斯通風監(jiān)測數據的基礎上建立起礦井的瓦斯流量動
態(tài)平衡關系，實現日常瓦斯監(jiān)測數據的可信度分析
和日常監(jiān)測異常值的因果分析。
網絡解算的數學模型可描述為以下3個方程：
1)節(jié)點風量平衡方程
Ⅳ
Σ6 =0 (k=1，2，?，J一1) (1)
式中 Q _ 分支的風量；
6 —— 風流方向的符號函數，當風流方向從
節(jié)點K到節(jié)點I，時取值一1，否則取值1。
2)回路風壓平衡方程
Ⅳ
Σo l f —P 一Fi(Qi)=0 ( =1，2，
』=1
3，? ，M；M =N—J+1) (2)
式中 Q 分支的風量，m ／s；
分支的風阻，N·S2／m。；
P —— 回路的自然風壓，Pa；
F (Q )— — 號風機的風壓，Pa；
o —— 風流方向的符號函數，當分支 在回
路i中且風流方向與該回路余樹分支風流方
向相同時取值1，否則取值一1；當分支 不在
回路i中時取值0。
3)通風阻力特征方程
風網中的風流，絕大多數處于完全紊流的狀態(tài)，
故其阻力定律為
h ：R Q (3)
式中h 為風網中的i條風路的風壓或阻力，Pa。
4 系統的應用效果
1)當井下正常情況下應該關閉的某一風門由
于受損或人為原因不能關閉時，導致用風點風量急
劇下降，通風安全動態(tài)分析系統能夠及時報警并準
確地指出發(fā)生故障的風門位置，礦調度中心接到報
警信號后及時發(fā)出指令修復或關閉風門，保證礦井
的安全生產。
2)通風安全動態(tài)分析系統能夠勾畫小到巷道、
大到采區(qū)，乃至全礦的通風瓦斯涌出分布及波動情
況，并進一步作出對巷道安全等級及瓦斯?jié)舛茸兓?
情況的判定，為指示潛在危險源和危險區(qū)域提供明
確的數據支持。
3)為瓦斯異常排查和治理輔助決策提供了諸
如：風流瓦斯流分析、通風方案對比、瓦斯超限需風量
計算等多種手段，突破性地將以往過于原則和空泛的
礦井災害預防處理計劃定量化、精細化推進了一大
步，打破了礦井災害預防處理計劃編制的技術瓶頸。
5 結語
礦井通風安全分析系統將豐富的瓦斯監(jiān)測數據與
礦井通風理論辯證統一結合起來，采取數理統計與礦井
通風計算的聯合應用，最終將瓦斯、通風、安全管理、信
息網絡等功能集成化，大大增強了其適用性，極大地提
高了礦井安全預警能力和事故防范能力。
參考文獻：
[1]張國樞．通風安全學[M]．徐州：中國礦業(yè)大學出版社，
20o0．
[2]錢春麗，張興敢．用于礦井環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網絡
[J]．電子技術應用，2oo6(9)：21—23．
[3]文再根．計算機模擬和蒙特卡羅方法[M]．北京：北京工
業(yè)學院出版社，1988．
(責任編輯：李琴)
(上接第42頁)
重要的，往往一個連接的損耗相當于幾公里甚至幾
十公里光纖的損耗。因此要構成有效的光纖通信
網，必須精確地進行光纖之間的對接，以便使通信網
中的光功率損耗盡可能小。
光纖對接過程中產生的軸向分離、橫向錯位和
軸線傾斜是直接影響光纖通信系統無中繼傳輸的重
要因數，并且該損耗與光信號的傳輸方向無關。為
提高通信質量，應嚴格控制這三種情況在對接過程
中產生的損耗。
參考文獻：
[1]姜宇．工程電磁場與電磁波[M]．武漢：華中科技大學
出版社，2009．
(責任編輯：吳自立)
· 45 ·

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