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對礦井通風的預警系統(tǒng)研究

文檔作者：楊運良陳胤程磊文檔來源：河南理工大學安全學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月16日
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第17卷第11期
2008年11月
中 國 礦 業(yè)
CHINA M INING M AGAZINE
V01．17．No．11
November 2008
對礦井通風的預警系統(tǒng)研究
楊運良，陳胤，程磊
(河南理工大學安全學院， 河南焦作454000)
摘要：采用B／s模式設計了礦井通風信息的預警系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的系統(tǒng)原理、功能模塊以及關鍵
技術作了詳細的說明，系統(tǒng)將完成數(shù)據(jù)采集、分析和處理，實現(xiàn)遠程監(jiān)測和故障診斷、告警，具有很強
的實際應用價值。
關鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；預警系統(tǒng)；礦井通風
中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A 文章編號：1OO4—4051 (2008)11-0093-02
Based on the mine ventilation system of early warning inform ation
YANG Yun—liang，CHEN Yin，CHENG Lei
(School of Sofety Science and Engineering of Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，China)
Abstract：The design of the remote monitoring system for mine is based on B／s mode1．The system
function modal，configuration project，as well as the key technique have been described in detail in this pa—
per．This system will be used in some projects and its functions will be well performed，such as data acqui—
sition，data analysis and data processing，which show that this system has practicability．
Key words：monitoring system；early warning system；mine ventilation
目前，我國大中型煤礦均裝備了安全監(jiān)測系
統(tǒng)，但大量的應用實踐表明，其信息處理手段落
后，對災害監(jiān)測信息僅能作簡單的統(tǒng)計報表、預測
預報和動態(tài)圖像顯示，功能較少，不能有效、及
時、準確地預測預報事故；而且由于它們不具有網(wǎng)
絡共享和遠程監(jiān)控功能，使它們對存在的安全隱患
和已經(jīng)發(fā)生的事故，不能做出及時地判斷并進行有
效的處理，從而造成決策失誤和管理不當口]。隨著
煤礦生產(chǎn)的信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化，研制具有災
變預測預報動態(tài)化、決策可靠性高的煤礦安全監(jiān)測
可視化信息處理系統(tǒng)，必將提高我國煤礦安全生產(chǎn)
信息化水平，并為我國煤礦的安全生產(chǎn)提供可靠的
保證 。
1 系統(tǒng)原理
該系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、分站、通
信接口、監(jiān)控終端、Web服務器、客戶機等構成。
數(shù)據(jù)采集器和傳感器安裝在井下，數(shù)據(jù)采集器采集
NO 濃度、H 濃度、NH。濃度、C0 濃度、CO
濃度、CH 濃度、溫度、風門開啟狀態(tài)、風機開
收稿日期：2008—07—05
作者簡介：楊運良(1953一)，男，河南盂津人，教授，碩導。
關等傳感器信號，通過井下分站、通信電纜、地面
通信接口和監(jiān)控終端，把采集到的實時數(shù)據(jù)保存到
Web服務器上，即可實現(xiàn)報表顯示、查詢、統(tǒng)計、
打印及圖形分析、預警提示等功能。
數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器的主要功能，是通過
幾個不同的傳感器，實時采集CH 濃度、COz濃
度、CO體濃度、CH濃度、溫度等參數(shù)。數(shù)據(jù)采
集器電路由數(shù)據(jù)采集電路、A／D轉換電路、顯示
電路和通信電路組成。
數(shù)據(jù)傳送。監(jiān)控系統(tǒng)傳感器采集的數(shù)據(jù)，通過
傳輸系統(tǒng)進入監(jiān)控主機，由監(jiān)控主機生成實時監(jiān)控
數(shù)據(jù)庫，達到報警條件時，系統(tǒng)立即進行報警，同
時，將警情在企業(yè)局域網(wǎng)進行分發(fā)、傳遞。
體系結構與技術支持。本系統(tǒng)采用ASP．NET
和WEBGIS技術開發(fā)，平臺選擇Windows平臺，
數(shù)據(jù)庫選擇Microsoft SQL Server， 系統(tǒng)采用
JavaScript和VBScript腳本語言開發(fā)；在體系結構
上，采用B／S模式，系統(tǒng)服務器端采用C／S架構，
服務端完成數(shù)據(jù)庫的生成、維護及客戶端請求的響
應，客戶端完成數(shù)據(jù)瀏覽，監(jiān)控中心服務器完成報
警及實時監(jiān)控功能。
94 中國礦業(yè) 第17卷
2 系統(tǒng)功能分析 通過區(qū)分用戶權限，提供不同的功能模塊。系統(tǒng)主
系統(tǒng)采用B／S結構，支持多用戶并發(fā)訪問， 要分為以下幾個模塊，如圖1所示。
權
限
管
理
通
風
安
全
管
理
礦井通風預警系統(tǒng)
在
線
分
析
管
理
安
全
預
警
管
理
值閾 Il Il異常
置設 Il I據(jù)數(shù)
圖1 礦井通風預警系統(tǒng)
安全管理模塊。權限管理將用戶等級分為3
個，即普通用戶等級、一般管理員等級和高級用戶
等級。用戶需要身份登錄來確定管理等級：普通用
戶等級能夠通過網(wǎng)絡瀏覽數(shù)據(jù)(包括實時數(shù)據(jù)和歷
史記錄)進行查看、瀏覽；一般管理員等級能夠對
報警參數(shù)進行修改，能夠瀏覽數(shù)據(jù)(包括實時數(shù)據(jù)
和歷史記錄)，能夠對突發(fā)情況進行手動指揮控制；
高級用戶等級能夠通過網(wǎng)絡瀏覽數(shù)據(jù)(包括實時數(shù)
據(jù)和歷史記錄)，能夠向管理員發(fā)出控制指令，具
有對數(shù)據(jù)庫修改的權限_3]。
實時數(shù)據(jù)查看。具有單礦、多礦多點定位監(jiān)測
功能，能夠直接在礦道圖上顯示傳感器及控制設備
的位置，實時顯示各監(jiān)控設備狀態(tài)；能夠查看各監(jiān)
控點實時的測量數(shù)據(jù)(如瓦斯?jié)舛?、溫度、風速、
有毒有害氣體濃度，風門開啟狀態(tài)等)，可以對同
一種傳感器實時數(shù)據(jù)進行比較，同時可查看當天每
一個傳感器測量數(shù)據(jù)的走勢情況，可以為管理層決
策提供依據(jù)。
查看數(shù)據(jù)報表，信息查詢。查詢過去某一時間
段的某一傳感器的走勢情況；具有數(shù)據(jù)匯總、分類
查詢、報警查詢的功能；可以形成以年、月、日為
時間單位的礦井數(shù)據(jù)監(jiān)測報表。
在線分析?！霸诰€分析”是根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)自
動生成的“趨勢圖”、“比較圖”等，它包括歷史數(shù)
據(jù)趨勢圖、歷史數(shù)據(jù)柱狀圖、實時數(shù)據(jù)趨勢圖、實
時數(shù)據(jù)柱狀圖、異常數(shù)據(jù)趨勢圖、異常數(shù)據(jù)柱狀圖
等，并為相關人員提供決策支持。
閾值編輯?？删庉嬙O置每一個傳感器的預警
值，包括紅、橙、黃、綠4種預警等級。實時數(shù)據(jù)
基
礎
數(shù)
據(jù)
管
理
根據(jù)報警參數(shù)的數(shù)值改變顯示的顏色，并可以提供
聲音，圖像同步表示。
基礎數(shù)據(jù)模塊。主要負責基礎信息的采集和處
理，將實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行篩選、整理，分析
出異常數(shù)據(jù)，為實時數(shù)據(jù)顯示和預警模塊構建做準
備。
3 系統(tǒng)核心技術
實時數(shù)據(jù)庫負責整個系 實時數(shù)據(jù)的搜集、處
理、存儲，負責歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、報警管理、數(shù)
據(jù)分析等需求。地面監(jiān)控室將傳感器采集到的數(shù)據(jù)
處理并存儲在分散的數(shù)據(jù)服務器中，應用服務器與
數(shù)據(jù)庫服務器之間進行通訊，經(jīng)過處理分析后，通
過網(wǎng)絡將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理結果顯示給用
戶。因而，實時數(shù)據(jù)庫為監(jiān)控系統(tǒng)提供了基礎數(shù)據(jù)
和基礎信息保證，它的安全性、準確性、快速性直
接影響到整個煤礦安全實時監(jiān)測系統(tǒng)的功能。
本系統(tǒng)對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示包括3種：一種是
在礦圖上顯示每個監(jiān)測點的實時數(shù)據(jù)；第二種是用
柱狀圖顯示同一類傳感器在同一時間所監(jiān)測到的數(shù)
據(jù)對比，紅色代表報警；第三種顯示方法是某一個
傳感器隨時間變化的曲線圖，紅色直線代表報警
線。
報表查詢、統(tǒng)計。報表查詢可以通過點擊礦圖
上的空間位置和時間，查詢該測點的歷史數(shù)據(jù)，可
實現(xiàn)日報表、月報表、年報表和任意所需數(shù)據(jù)的打
??；統(tǒng)計每一個傳感器在這段時間內(nèi)的最大值、最
小值、平均值，可與正常值進行比較，報警查詢能
夠根據(jù)監(jiān)測設備地理位置、時間段來查看報警記錄。
(下轉第98頁)
中國礦業(yè) 第l7卷
氣性較大，煤體中的瓦斯放散速度較快，煤體中的
瓦斯能較小。由于開采的持續(xù)進行，煤體上部形成
集中的剪切應力，使煤體發(fā)生剪切破壞，由于瓦斯
壓力較小，沒有足夠大的瓦斯膨脹能使煤體拋出，
煤體只發(fā)生傾出或擠出，未形成瓦斯突出。此時，
在瓦斯突出過程中，地應力起主導作用，瓦斯膨脹
能使煤體被拋出，當瓦斯膨脹能較低時，煤體則發(fā)
生傾出或擠出。
通過觀察滲透性系數(shù)為lm ／(MPa ·d)的
瓦斯壓力分布圖可以發(fā)現(xiàn)，此模型在開采初期，即
開挖3步后，煤體發(fā)生破裂并形成突出。此時，煤
體中的應力較開采初期增大，存在一定的瓦斯壓
力，煤體發(fā)生拉伸破壞，瓦斯突出在瓦斯壓力和地
應力共同作用下發(fā)生。隨著開采的進行，瓦斯壓力
逐漸減小，小到已經(jīng)不能使煤體產(chǎn)生破碎并被拋
出，煤體中應力集中程度逐漸變大，使煤體最終形
成剪切破壞。
3 結論
(1)煤體的透氣性對瓦斯壓力的分布有明顯
的影響。透氣性較小時，工作面前方形成較大的瓦
斯壓力，由于啟動壓力梯度較大，并未形成瓦斯流
動，在瓦斯突出及開采過程中，一直保持著較高的
瓦斯壓力；透氣性較大時，啟動壓力梯度減小，瓦
斯擴散速度變快，工作面前方形成明顯的瓦斯壓力
梯度。
(2)當透氣性較小時，煤體發(fā)生拉伸破壞，
瓦斯突出發(fā)生在整個采高的中部，此時，瓦斯在瓦
斯突出中起主導作用；當煤體透氣性較大時，煤體
發(fā)生剪切破壞，初始破壞及瓦斯突出從整個采高的
上部開始，地應力在瓦斯突出中起主導作用。
(3)煤體透氣性不同，突出形成的煤體破壞
形狀也不同。透氣性較小時，突出煤體形成圓錐形
的突出孔洞；透氣性較大時，煤體的最終破壞形狀
為剪切破壞，煤體發(fā)生傾出后擠出，并未發(fā)生真正
的瓦斯突出。 _
參考文獻
(13 徐濤，郝天軒，唐春安，等．含瓦斯煤巖突出過程數(shù)值模
擬[J]． 中國安全科學學報，2005，15 (1)：107一l1O．
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(33 梁 冰，章夢濤，王泳嘉．煤層瓦斯?jié)B流與煤體變形的耦合
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[4] 唐春安，芮勇勤，劉紅元，等．含瓦斯試樣突出現(xiàn)象的RF—
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E5] 彭蘇萍，區(qū)洪亮，羅立平，等．沉積巖石全應力應變過程的
滲透性試驗研究[J]．煤炭學報，2000，25 (2)：113—
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(83 錢鳴高，石平武．礦山壓力與巖層控制[M]．徐州：中國
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米米米米栗米米米米米米米米米米米米米栗米米米來米米栗米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米
(上接第94頁)
4 結論
本系統(tǒng)操作方便，準確及時，節(jié)省了大量的人
力物力財力，使監(jiān)測人員和相關管理人員能夠及時
準確的了解礦井生產(chǎn)情況，為調(diào)度和管理提供了依
據(jù)和保證_4]。同時，系統(tǒng)充分利用數(shù)據(jù)庫海量數(shù)
據(jù)，進行分析、提取異常數(shù)據(jù)信息，提前采取相應
的預防保護措施，避免重大事故的發(fā)生。 _
參考文獻
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(23 梁偉文． 基于組態(tài)軟件的能源計量點數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研
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東科技，2007，(2)．
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