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通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)的研究

文檔作者：王聯(lián)合文檔來(lái)源：陜西陜煤彬長(zhǎng)礦業(yè)公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)的研究
王聯(lián)合
(陜西陜煤彬長(zhǎng)礦業(yè)公司，陜西成陽(yáng)712000)
摘要：介紹了目前礦井所使用的“通風(fēng)管理軟件”以及用通風(fēng)技術(shù)來(lái)解決井下瓦斯問(wèn)題的方法。
從通風(fēng)瓦斯綜合分析的角度，以大量的通風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論、瓦斯分析的引導(dǎo)下，
針對(duì)瓦斯涌出分布及全礦瓦斯流動(dòng)狀況建立起定量分析模型，從整體層面上分析并確定通風(fēng)瓦斯的危
險(xiǎn)區(qū)域、瓦斯涌出的狀態(tài)、瓦斯涌出的規(guī)律，以及通風(fēng)系統(tǒng)所有風(fēng)道的風(fēng)流和瓦斯流的波動(dòng)規(guī)律，對(duì)日常
瓦斯安全管理中顯現(xiàn)的異常發(fā)展趨勢(shì)及瓦斯災(zāi)害預(yù)警作出指示。
關(guān)鍵詞：礦井；通風(fēng)管理；瓦斯分析；瓦斯預(yù)警
中圖分類(lèi)號(hào)：TD724 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：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(dǎo)致瓦斯涌出并影響到瓦斯涌出的波動(dòng)，而通風(fēng)
瓦斯的異常波動(dòng)變化進(jìn)入到相關(guān)致災(zāi)因素的不利組
合則可能導(dǎo)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(dāng)其沖，瓦斯事故的起因及其
發(fā)展，與礦井通風(fēng)狀況及通風(fēng)系統(tǒng)密不可分。當(dāng)前
礦井通常利用風(fēng)流稀釋瓦斯，然后通過(guò)風(fēng)流把瓦斯
排出礦井外的通風(fēng)技術(shù)來(lái)解決瓦斯問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)外許多科研院所相繼開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的礦井通
風(fēng)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(tǒng)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(jī)運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸處理。此外，還存
在操作復(fù)雜，數(shù)據(jù)輸入繁瑣等缺點(diǎn)，所以這些系統(tǒng)雖
然在一定程度上解決了礦井通風(fēng)的一些問(wèn)題，但隨
著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，迫切需要一種新的基于網(wǎng)絡(luò)
的操作簡(jiǎn)便、功能完善的礦井通風(fēng)分析軟件。
針對(duì)以上問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析
系統(tǒng)。該系統(tǒng)從通風(fēng)瓦斯綜合分析的角度，以大量
的通風(fēng)瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論? 、瓦
斯分析模型和通風(fēng)敏感度分析的引導(dǎo)下，針對(duì)瓦斯
涌出分布及全礦瓦斯流動(dòng)狀況建立起定量分析模
型，從整體層面上分析并確定通風(fēng)瓦斯的危險(xiǎn)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(fēng)系統(tǒng)所有風(fēng)道的風(fēng)流和瓦斯流的波動(dòng)規(guī)律，對(duì)日
常通風(fēng)、瓦斯安全管理中顯現(xiàn)的異常發(fā)展趨勢(shì)及瓦
收稿日期：2010—01—09；2010—09—10修訂
作者簡(jiǎn)介：王聯(lián)合(1967一)，男，陜西銅川人，畢業(yè)于華東
地質(zhì)學(xué)院，現(xiàn)主要從事煤礦技術(shù)管理工作。
斯災(zāi)害預(yù)警作出指示。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)主要是以通風(fēng)理論和先
進(jìn)的瓦斯預(yù)測(cè)分析模型為基礎(chǔ)，集遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)
控、數(shù)據(jù)采集、安全預(yù)警和決策分析為一體的通風(fēng)瓦
斯安全信息分析與預(yù)警平臺(tái)，以煤礦通風(fēng)瓦斯安全
分析、監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)分析，以及日常報(bào)表、圖紙、文檔
管理為基礎(chǔ)資料。系統(tǒng)由服務(wù)器、通風(fēng)工作站、監(jiān)控
系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳軟件、動(dòng)態(tài)解算服務(wù)軟件等四部分組
成，是一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)運(yùn)行的軟件系統(tǒng)。通風(fēng)工
作站主要負(fù)責(zé)通風(fēng)系統(tǒng)圖的繪制、通風(fēng)參數(shù)的設(shè)置，
然后送交服務(wù)器，服務(wù)器結(jié)合由監(jiān)控系統(tǒng)采集的實(shí)
時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行不問(wèn)斷的風(fēng)網(wǎng)解算及風(fēng)
網(wǎng)中的瓦斯流分析，最后將風(fēng)網(wǎng)解算結(jié)果和瓦斯分
析結(jié)果發(fā)至客戶(hù)端供工作人員及時(shí)查看。若風(fēng)網(wǎng)解
算結(jié)果或瓦斯分析結(jié)果出現(xiàn)異常，服務(wù)器發(fā)至客戶(hù)
端的是帶報(bào)警效果的解算結(jié)果。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如
圖1所示。
2 系統(tǒng)功能架構(gòu)
通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)集礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案
編制與分析、數(shù)據(jù)采集分析、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警和輔
助決策功能于一體，功能架構(gòu)如圖2所示，有利于
對(duì)礦井各致災(zāi)因素及其消長(zhǎng)規(guī)律、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與隱患
辨識(shí)等進(jìn)行分析，以及致災(zāi)因素耦合致災(zāi)的預(yù)警與
控制，提高礦井安全保障水平，構(gòu)建煤礦系統(tǒng)安全
的技術(shù)體系，推動(dòng)煤礦安全的技術(shù)管理邁向本質(zhì)安
全管理。
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2010年10月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第37卷第5期
圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖
圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖
系統(tǒng)方案編制：實(shí)現(xiàn)礦井圖形的快速繪制和各
類(lèi)通風(fēng)參數(shù)的設(shè)置。
通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析：利用風(fēng)網(wǎng)解算，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)礦井
通風(fēng)狀況的分析，并支持對(duì)生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)新建
或改造方案的模擬。
瓦斯數(shù)據(jù)分析：對(duì)巷道系統(tǒng)內(nèi)瓦斯的當(dāng)前狀態(tài)
和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，提前進(jìn)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(yù)演、異常
問(wèn)題處理支持工具，輔助管理層進(jìn)行礦井安全的決
策及方案評(píng)估。
系統(tǒng)從本質(zhì)上區(qū)別于基于單點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)的瓦斯
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，融預(yù)防和整治于一體，具有極高的客觀(guān)準(zhǔn)
確性，預(yù)測(cè)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(jù)，可以有效地分析確
定礦井通風(fēng)瓦斯的危險(xiǎn)區(qū)域、瓦斯涌出狀態(tài)、瓦斯涌
出規(guī)律，以及通風(fēng)系統(tǒng)所有風(fēng)道的風(fēng)流和瓦斯流的
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波動(dòng)規(guī)律，建立全礦井安全評(píng)價(jià)的定量分析。內(nèi)嵌
先進(jìn)的通風(fēng)瓦斯預(yù)測(cè)分析算法和豐富的行業(yè)圖元
庫(kù)，可以無(wú)縫集成并分析 66，KJ95等多種監(jiān)控系
統(tǒng) 的數(shù)據(jù)，并以手機(jī)短信、安全警示燈、實(shí)時(shí)標(biāo)簽
和預(yù)測(cè)分析圖等多種方式展現(xiàn)預(yù)警信息。
3 系統(tǒng)原理
礦井瓦斯是煤礦必須充分重視的潛在危險(xiǎn)，因
此，在煤礦所有采掘作業(yè)地點(diǎn)和其他重要部位都采
取了周密的瓦斯監(jiān)控措施，定時(shí)測(cè)取瓦斯數(shù)據(jù)以了
解生產(chǎn)作業(yè)的安全程度，因而煤礦現(xiàn)場(chǎng)積累的瓦斯
數(shù)據(jù)是十分豐富的。一方面，瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)十分重
要，煤礦通常有安全監(jiān)控系統(tǒng)和人工檢測(cè)這兩套瓦
斯測(cè)定系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行；另一方面，所測(cè)定的瓦斯數(shù)據(jù)
進(jìn)入安全技術(shù)管理的生命周期又十分短，僅用來(lái)判
斷數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝咚故欠癯抟詻Q定是否允
許正常作業(yè)，其后即被保存起來(lái)而很少再用。將煤
礦日常瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所隱含的瓦斯涌出規(guī)律提取出
來(lái)，即是瓦斯數(shù)據(jù)分析的基本目標(biāo)。
人們對(duì)煤礦瓦斯蘊(yùn)藏和涌出規(guī)律的認(rèn)識(shí)主要是
通過(guò)對(duì)鉆孔資料的分析和對(duì)瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析得
到的。其中對(duì)地質(zhì)資料和鉆孔資料的分析推動(dòng)了瓦
斯地質(zhì)的形成和發(fā)展，其目標(biāo)在于對(duì)整個(gè)井田或煤
田的瓦斯賦存規(guī)律形成整體的概念；而對(duì)于礦井日
常的瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)目前尚無(wú)有效的分析手段，大量
瓦斯數(shù)據(jù)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(cè)點(diǎn)積累的瓦斯數(shù)據(jù)形成了當(dāng)?shù)赝咚箶?shù)
據(jù)的時(shí)問(wèn)序列。由于礦井風(fēng)流主要服務(wù)于井下的作
業(yè)地點(diǎn)，因此為測(cè)定風(fēng)流瓦斯?jié)舛榷O(shè)立的瓦斯測(cè)
點(diǎn)大體上將礦井通風(fēng)系統(tǒng)分割成了一個(gè)個(gè)相鄰的
“隔離區(qū)”。從風(fēng)量平衡? 和瓦斯平衡? 的角度而
言，隔離區(qū)將通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分割成了隔離區(qū)內(nèi)和隔
離區(qū)外兩部分，越過(guò)隔離區(qū)邊界的風(fēng)流相對(duì)于該隔
離區(qū)可分為流人和流出2類(lèi)。由于風(fēng)流所攜帶的瓦
斯流量可由風(fēng)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(dá)了該隔離區(qū)內(nèi)的瓦斯
涌出量。依據(jù)一定的規(guī)律，可將各隔離區(qū)的瓦斯涌
出轉(zhuǎn)換為通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各條風(fēng)道的瓦斯涌出。經(jīng)過(guò)這
樣的轉(zhuǎn)換，將通風(fēng)系統(tǒng)中與某些固定點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的瓦
斯?jié)舛葦?shù)據(jù)轉(zhuǎn)為了井巷系統(tǒng)瓦斯涌出數(shù)據(jù)。毫無(wú)疑
問(wèn)，這對(duì)礦井安全生產(chǎn)管理是十分重要的信息。
通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)把每一條巷道作為一個(gè)
“隔離區(qū)”，對(duì)全礦井所有“隔離區(qū)”實(shí)行不問(wèn)斷的網(wǎng)
絡(luò)解算 J，對(duì)網(wǎng)絡(luò)解算的結(jié)果采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(gè)“隔離區(qū)”的瓦斯波動(dòng)曲線(xiàn)，
也就是每一條巷道中的瓦斯涌出量大小以及波動(dòng)情
況。通過(guò)觀(guān)察巷道過(guò)去一段時(shí)間瓦斯涌出量的大小
以及曲線(xiàn)的走勢(shì)，可判斷該巷道未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的
瓦斯涌出情況。而且該數(shù)據(jù)分析過(guò)程能夠跟蹤礦井
瓦斯的日常檢測(cè)而不斷進(jìn)行，并隨著礦井瓦斯和通
風(fēng)數(shù)據(jù)的不斷積累而變得更加準(zhǔn)確，進(jìn)而在跟蹤瓦
斯通風(fēng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立起礦井的瓦斯流量動(dòng)
態(tài)平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)日常瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可信度分析
和日常監(jiān)測(cè)異常值的因果分析。
網(wǎng)絡(luò)解算的數(shù)學(xué)模型可描述為以下3個(gè)方程：
1)節(jié)點(diǎn)風(fēng)量平衡方程
Ⅳ
Σ6 =0 (k=1，2，?，J一1) (1)
式中 Q _ 分支的風(fēng)量；
6 —— 風(fēng)流方向的符號(hào)函數(shù)，當(dāng)風(fēng)流方向從
節(jié)點(diǎn)K到節(jié)點(diǎn)I，時(shí)取值一1，否則取值1。
2)回路風(fēng)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(fēng)量，m ／s；
分支的風(fēng)阻，N·S2／m。；
P —— 回路的自然風(fēng)壓，Pa；
F (Q )— — 號(hào)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓，Pa；
o —— 風(fēng)流方向的符號(hào)函數(shù)，當(dāng)分支 在回
路i中且風(fēng)流方向與該回路余樹(shù)分支風(fēng)流方
向相同時(shí)取值1，否則取值一1；當(dāng)分支 不在
回路i中時(shí)取值0。
3)通風(fēng)阻力特征方程
風(fēng)網(wǎng)中的風(fēng)流，絕大多數(shù)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(fēng)網(wǎng)中的i條風(fēng)路的風(fēng)壓或阻力，Pa。
4 系統(tǒng)的應(yīng)用效果
1)當(dāng)井下正常情況下應(yīng)該關(guān)閉的某一風(fēng)門(mén)由
于受損或人為原因不能關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)致用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量急
劇下降，通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警并準(zhǔn)
確地指出發(fā)生故障的風(fēng)門(mén)位置，礦調(diào)度中心接到報(bào)
警信號(hào)后及時(shí)發(fā)出指令修復(fù)或關(guān)閉風(fēng)門(mén)，保證礦井
的安全生產(chǎn)。
2)通風(fēng)安全動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)能夠勾畫(huà)小到巷道、
大到采區(qū)，乃至全礦的通風(fēng)瓦斯涌出分布及波動(dòng)情
況，并進(jìn)一步作出對(duì)巷道安全等級(jí)及瓦斯?jié)舛茸兓?
情況的判定，為指示潛在危險(xiǎn)源和危險(xiǎn)區(qū)域提供明
確的數(shù)據(jù)支持。
3)為瓦斯異常排查和治理輔助決策提供了諸
如：風(fēng)流瓦斯流分析、通風(fēng)方案對(duì)比、瓦斯超限需風(fēng)量
計(jì)算等多種手段，突破性地將以往過(guò)于原則和空泛的
礦井災(zāi)害預(yù)防處理計(jì)劃定量化、精細(xì)化推進(jìn)了一大
步，打破了礦井災(zāi)害預(yù)防處理計(jì)劃編制的技術(shù)瓶頸。
5 結(jié)語(yǔ)
礦井通風(fēng)安全分析系統(tǒng)將豐富的瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與
礦井通風(fēng)理論辯證統(tǒng)一結(jié)合起來(lái)，采取數(shù)理統(tǒng)計(jì)與礦井
通風(fēng)計(jì)算的聯(lián)合應(yīng)用，最終將瓦斯、通風(fēng)、安全管理、信
息網(wǎng)絡(luò)等功能集成化，大大增強(qiáng)了其適用性，極大地提
高了礦井安全預(yù)警能力和事故防范能力。
參考文獻(xiàn)：
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(責(zé)任編輯：李琴)
(上接第42頁(yè))
重要的，往往一個(gè)連接的損耗相當(dāng)于幾公里甚至幾
十公里光纖的損耗。因此要構(gòu)成有效的光纖通信
網(wǎng)，必須精確地進(jìn)行光纖之間的對(duì)接，以便使通信網(wǎng)
中的光功率損耗盡可能小。
光纖對(duì)接過(guò)程中產(chǎn)生的軸向分離、橫向錯(cuò)位和
軸線(xiàn)傾斜是直接影響光纖通信系統(tǒng)無(wú)中繼傳輸?shù)闹?
要因數(shù)，并且該損耗與光信號(hào)的傳輸方向無(wú)關(guān)。為
提高通信質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制這三種情況在對(duì)接過(guò)程
中產(chǎn)生的損耗。
參考文獻(xiàn)：
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出版社，2009．
(責(zé)任編輯：吳自立)
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