浅谈煤矿瓦斯与火灾动态辨识与预警技术

孟 洁

0 引言

瓦斯和火灾是煤矿中最为严重的两种安全隐患，是我国矿业发展中亟待解决的重大问题。对煤炭企业而言，主要通过提高自身的管理水平、加强职工的技术培训、改善生产设备的现状等措施实现对瓦斯、火灾的治理。然而这并不是最有效最直接的方法，而应运用科学技术方法实现对煤矿瓦斯与火灾事故危险源的辨识与预警。风险预警是指将系统中所有可能出现的或者潜在的能够导致事故发生的危险状态加以分析、辨识，进而进行评价，得出一定的评价结果，通过预警管理系统将相应的预警结果展示出来，以此减少煤矿瓦斯与火灾事故。

1 系统构架总体思路

煤矿瓦斯与火灾危险源动态辨识与预警技术的实现是通过相应的管理信息系统完成的。管理信息系统应能够实现对煤矿瓦斯爆炸事故、煤矿火灾事故重大危险源的风险评价与辨识，对煤矿瓦斯涌出重大危险源的辨识与动态临界界限预警、预警信息的实时提示与动态修正、相关预测与预警数据的存储与查询、监测数据报表管理等一系列功能。

系统构架旨在合理划分子系统，以达到子系统之间的高内聚低耦合，最终达到提高软件可理解性和可维护性的目的。同时，系统构架是问题求解及建立解答的一种高级策略，其总体构架的主要任务是将系统分解成各个子系统，以使其易于管理，最终得到系统体系结构设计模型。煤矿瓦斯与火灾危险源动态临界神经网络预警系统的设计，必须既能满足用户进行日常管理的全部功能需求，又要最大程度地为用户提供最便捷的操作处理。系统从实现的功能出发，以此为依据进行构架。

1.1 系统体系结构

煤矿瓦斯与火灾危险源动态辨识与预警系统在体系结构上将整体划分为5 个子系统与模块：煤矿瓦斯爆炸事故风险评价预警子系统、煤矿自燃火灾事故风险评价预警子系统、煤矿瓦斯涌出异常的神经网络预警子系统、数据库维护与管理和其他功能管理模块。其中，数据库是整个系统的基础，包含了系统日常运行所必须的所有数据信息、维护与管理信息等。数据库维护与管理中除自身维护与管理外，还镶嵌人机交互接口模块，主要为用户图形接口与操作界面，为用户与系统内部数据之间提供了一个信息交换的通道。通过这一模块，操作用户可以对其输入更新信息、维护与管理指令和所需要的信息进行查询、分析，并且可以获得详细、直观的结果，而不仅仅是庞大的数据表。煤矿瓦斯与火灾危险源动态辨识与预警系统体系结构见第8 页图1。

1.2 系统原理

在煤矿瓦斯与火灾危险源动态辨识与预警系统中采用“评价-预警-反馈”模式，使得各个过程之间相对独立、相互承接。每个过程在完成自己功能的同时，相互衔接组成整个系统的核心评价与预警功能。在各个过程内部，系统把对数据的操作按照相应方法封装起来，形成独立的子系统与模块。这些子系统与模块对外部仅保留必须进行输入输出数据的接口；而在各个子系统与模块之间通过相应数据接口进行通信，实现各个独立功能的衔接。

图1 系统体系结构和系统功能

在操作上，针对煤矿瓦斯与火灾事故重大危险源辨识与预警的每一轮须从评价过程开始。系统首先获取相应的风险评价表的信息，包括评价指标、评价细则、相应的权值、是否为否决指标等，在前端生成具体的风险评价表；然后由用户根据实际情况进行分析与评价；完成评价后，系统自动实现危险源危险等级的评定，并相应地做出静态、动态预警，发布预警信息。预警结论应当作为历史数据存入数据库中，供用户进行查询，以及数据报表的导出与管理。另外，当前的预警信息应能够与历史预警信息数据汇总而生成趋势分析图。

针对煤矿瓦斯涌出事故重大危险源辨识与预警，在每一轮的辨识与预警工作之初，应首先获取煤矿瓦斯涌出量的历史数据（可以通过数据接口从实时监测系统中导入，也可以由用户手动输入或从数据文件导入）；接下来应当由用户输入预期时间内影响瓦斯涌出量的各个指标的具体预期值；系统在得到这些预期值后，调用历史数据库中相应指标的历史数据，分析预测在这种影响条件下的瓦斯涌出量，同时也对可接受的安全状态临界界限做出动态预测；通过分析对比预测值与临界值，得出相应预警结论，并依照预警信息的发布准则进行信息发布。当获得实际瓦斯涌出量值的时候，应当根据需要对预警值与预警界限做出修正，实现对输入数据的反馈。同样，这一部分的预警结论也要存入数据库中归档处理。系统的运行流程见图2。

图2 系统流程

2 应用实例

同忻矿井是大同煤矿集团公司建设的千万吨级一井一面矿井，采用主副井斜井后期增加副立井的混合开拓和通风方式，对特厚煤层进行放顶煤开采，属于低瓦斯矿井但具有高瓦斯涌出特征，煤的自燃倾向性等级为易自燃。以2012 年9 月26 日当天晚班预警数据为例。由于同忻矿瓦斯含量及涌出量较大，瓦斯涌出这项指标的得分相对偏低，但由于治理措施合理，管理到位，瓦斯涌出、瓦斯爆炸、自然火灾3 项指标均未出现危险情况。再如2012 年10 月30 日，8103工作面瓦斯涌出指标危险等级为很危险报警，原因在于该采面接近断层构造带，且探测到自燃指标气体乙烯，危险级别上升。因此，放慢采掘速度，做到安全度过危险期，避免事故发生，保证安全生产。

存在的问题：预警指标不可能一次性罗列完整，有待完善，需根据不断出现的新情况增加新的重要指标，删除影响不明显的指标；同时，预警指标的权重也不可能最贴近同忻煤矿的实际情况，需根据系统报警的严重等级和矿井实际危险程度，调节各预警指标的权重，使预警系统更贴近同忻矿的实际情况，做到不漏报，不误报，及时准确报警。

3 结语

我国火灾、瓦斯事故是煤矿事故中最严重的两类。矿井火灾、瓦斯事故发生后，灾情发展迅猛，变化复杂，影响范围广，往往造成严重的人员伤亡和财产损失，还可诱发更大次生灾害，因此煤矿火灾、瓦斯危险源预警技术便显得十分重要。煤矿瓦斯与火灾动态辨识与预警技术是项先进和有效的方法，可将事故消灭在萌芽状态，具有十分重要的意义及推广前景。