新景矿巷道智能抗灾应急控制系统研究

任宏伟

（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）

矿井火灾作为影响煤矿安全生产的重要因素之一，如何实现灾情的快速预警及有效抗灾措施的即时响应，一直是科研工作者和工程技术人员追求的目标。当前我国煤矿都要求安装井下安全监控系统，以保障煤矿安全生产，但各煤矿安装的监控系统的功能各不相同，加之煤矿井下需监测的参数众多，很难将井下参数进行系统整合优化，导致智能抗灾功能实现效果不佳。基于上述问题，本文以新景矿二号井为研究对象，整合监测监控技术、数据传送技术、系统控制技术和自动风门技术，结合新景矿二号井防灾抗灾的现实需求，研究了一套巷道智能抗灾应急控制系统。

1 概 况

1.1 矿井概况

新景矿二号井位于山西阳泉境内，矿区内现有2 个主立井，1 个副立井，2 个回风井。经鉴定该矿井为低瓦斯矿井，可采储量667.99 Mt，3-1 煤层和3-1上煤层为易自燃煤层，煤尘具有爆炸性。

二号井设计年产量800 万t，主要运输巷道胶带输送机运量大，运距长达5 800 m，井下联络巷道多，中央带式输送机大巷与辅运大巷的联络巷多达21 条，通风条件复杂。因此为保障井下安全生产，进行二号井巷道智能抗灾应急控制系统研究。

1.2 智能抗灾系统架构

矿井智能抗灾系统的核心是实现抗灾救灾过程的信息化和自动化控制，灾变时能提供完全自动抗灾措施和辅助抗灾方案，供决策者和救援人员使用。新景矿二号井的智能抗灾主要包括地面计算机组和配套的数据采集控制管理软件、千兆/光兆以太网、光纤转换器、防火救灾反风风门、风门状态信号采集控制主机、图像监控设备以及环境质量监测传感器等，可实现井下各项气体数据智能采集、彩色低照高清摄像头持续监控、语音灯光连锁报警和最佳路线指示等功能，如图1、图2 所示。

图1 系统设备组成示意Fig.1 System equipment composition

图2 系统可实现功能示意Fig.2 Function of the system can be realized

2 灾变智能抗灾应急控制系统

2.1 智能抗灾风门工作原理及技术要求

根据井下不同巷道通风实际情况安装不同类型的抗灾智能风门。未发生灾变时，人车通行且通风需隔离的巷道安设全自动智能风门，进回风巷道之间的风门使用手动反风风门，人车通行但通风不需隔离的巷道安设手动控制救灾风门。当井下发生灾变时，通过多个智能风门开启和关闭的组合，实现风流短路或者断路并隔离危险区域。

智能风门的技术要求主要包括控制类型和风门选型。智能风门的控制类型包括调度中心远程控制、遥控器远距离控制和本地救灾按钮控制。调度中心远程控制是指通过授权调度中心操作人员，调度中心人员通过全自动/半自动/手动等方式执行系统预设的抢险救灾预案；遥控器远距离控制是指人员可在距离风门50 m 处的上风流中携带手持式遥控器控制抗灾风门的动作；本地救灾按钮控制是指当前两项控制手段在特殊原因下失效时，救灾人员可通过井下风门处的“救灾”按钮进行风门的动作的控制，可根据实际情况选择在10～255 s 后风门进行动作。

2.2 智能抗灾风门的选型及安装

对新景矿二号井生产、安全情况进行分析，具有以下特点：①主要主运巷道长，带式输送机运量大，新景矿二号矿井中央带式输送机大巷全长5 800 m，承担着全矿井的煤炭运输任务，年输送煤炭量逾1 000 万t；②联络巷道多，中央带式输送机大巷与辅运大巷联络巷道有21 条。

根据该矿井生产现状和实际生产情况，结合实际巷道尺寸、行人通车、巷道通风量、风门承受的风压以及风门在整个通风系统中的安设位置等因素进行综合考虑，在井下中央带式输送机大巷及相关巷道安装12 套抗灾装置，具体型号及布置位置见表1。

表1 抗灾风门的安装位置及规格型号Table 1 Installation location and specifications of anti-disaster wind door

根据二号井中央带式输送机大巷长度以及两部胶带的分布，将救灾系统划分为5 个分区，分别为抗灾A 区、抗灾B 区、抗灾C 区、抗灾D 区和抗灾E 区，如图3 所示。抗灾A 区范围为1 号主回联巷至胶带机头部分，抗灾B 区范围为4 号主回联巷至中央1 号主回联巷，抗灾C 区范围为2 号检修处主回联巷至4 号主回联巷，抗灾D 区范围为21 号主回联巷至2 号检修处主回联巷，抗灾E区范围为中央带式输送机末端大巷位置至21 号主回联巷。

图3 新景矿二号井系统区域救灾及抗灾风门布置Fig.3 The layout of disaster relief and anti-disaster air doors in No.2 well system area of Xinjing Mine

2.3 多元信息实时监测

智能风门附近关键点的位置安设粉尘浓度、温度、风速、烟雾、CO 等传感器，用于在线监测巷道的环境变量；每套风门安装2 套高清低照防爆摄像头，实现音/ 视频的24 h 实时持续监控；设置智能风门故障可视化系统，自动显示故障类型和故障含义，帮助技术人员快速进行风门维修和故障排除。

2.4 智能风门的救灾特性

每台风门配套1 套喷雾系统，具有灾变时除尘降温，阻止火灾蔓延的作用。该喷雾系统可以提前设置温度、烟雾等各种报警条件，达到条件后自动开启喷雾，也可以通过操作人员在地面通过软件系统的界面主动进行喷雾动作。喷雾系统连接的水电联动箱具有缺水欠压自动报警和补水功能，具体如图4 所示。

图4 智能风门喷雾系统连接示意Fig.4 Intelligent air door spray system connection

2.5 抗灾系统软件

智能风门抗灾系统软件采用Microsoft Visual Studio 和Java 编制设计，网络客户端部分采用JavaScript 编制设计，数据存储采用Microsoft SQL SERVER 编制设计。依靠软件控制实现整个井下智能风门抗灾控制，软件界面如图5 所示。

图5 救灾系统软件界面Fig.5 Disaster relief system software interface

当井下发生灾变时，该软件控制系统可提供完全自动救灾、自动救灾辅助方案和手动救灾3 种方式供决策者选择。完全自动救灾是按照提前编制的救灾预案应对各种情况，一般情况下不使用；自动救灾辅助方案是系统提供若干救灾方案，决策者可根据井下实际情况进行判断和选择；手动救灾是指救灾人员资助规划救灾路线和风流切换路线，自主设计方案，然后通过系统控制进行方案的实施。

当井下发生灾变时，该软件控制系统可提供完全自动救灾、自动救灾辅助方案和手动救灾3 种方式供决策者选择。完全自动救灾是按照提前编制的救灾预案应对各种情况，一般情况下不使用；自动救灾辅助方案是系统提供若干救灾方案，决策者可根据井下实际情况进行判断和选择；手动救灾是指救灾人员资助规划救灾路线和风流切换路线，自主设计方案，然后通过系统控制进行方案的实施。

3 结 语

根据新景矿二号井的实际情况，研究了巷道智能抗灾应急控制系统，从灾变应急控制硬件和软件系统两方面描述了整个系统构架，旨在实现灾变区域控风设施的自动化、信息化、网络化。研究的巷道智能抗灾应急控制系统在新景矿二号井应用后，对运行情况进行了观察。实践表明，设计的巷道智能抗灾应急控制系统科学合理，工作过程稳定、可靠，可以实现井下风门现场环境参数的自动监测及抗灾救灾风智能门的远程控制；巷道火灾时，用户界面可以显示当前风流方向、逃生路线、各风门的开闭情况和是否发生灾变信息等，同时提供手动救灾、完全自动救灾和辅助救灾方案等选择，达到安全、快速、精准、有效的抗灾救灾效果，保障了巷道的安全生产。