瓦斯灾害区域安全态势预警技术

为进一步提高我国煤矿瓦斯灾害区域防控能力、提升监管监察执法效能,研究了瓦斯灾害区域安全态势预警技术。根据我国煤矿监管监察行政管理模式,将预警区域划分为全国区域、省(市)级区域、煤监分局管辖区域、地市级行政区域4个区域层级,并根据分级管控的需要将预警划分为蓝色、黄色、橙色、红色4个等级,其对应的风险程度依次升高;从区域煤矿固有自然属性、矿井布局及采掘条件、事故的时空规律、宏观技术和经济政策、矿井重大隐患5个方面建立了瓦斯灾害区域安全态势预警指标体系,并构建了基于层次分析法的预警模型,实现了多指标的融合分析与决策;设计、开发了瓦斯灾害区域安全态势预警软件系统,实现了数据的动态采集与存储、综合分析和实时预警。     

煤矿安全监控系统与“一通三防”管理的预警联动

针对目前煤矿安全监控系统因人工应急不及时而导致无法很好地发挥其预警作用的问题,探讨了安全监控系统与煤矿"一通三防"管理的预警联动机制,从而实现了对重点区域超前监控、提前预警、过程控制、联动分析、数据搜集等功能。实际应用表明,该预警联动机制能够充分利用煤矿安全监控系统的实时数据采集、分析及反馈功能,及时发现并消除瓦斯事故隐患,对保障矿井安全、提升矿井"一通三防"管理和技术水平、提升矿井防灾抗灾能力发挥了重要作用。     

数据点表在远程监管系统中的应用研究*

针对煤矿监测系统存在网络瓶颈、采集终端不兼容的现状,提出了一种基于数据点表的矿井瓦斯远程多级监控监管网络系统构架平台。该平台集成了远程监控系统的数据点表的结构、数据采集的文件格式、数据传输的数据格式、基础数据的生成和上传等核心技术。利用数据点表规定的标准接口消息方式实现系统远程监测和监控的数据传递及命令传达,使整个系统很好地解决了低投入与高效率之间的矛盾,具有远程监控、监管、维护、故障诊断和事故预警与决策功能。通过煤矿瓦斯监测监控工程实际应用说明,这种通信方式不受系统地理条件的限制,在数据传递过程中能够确     

基于采掘工作面瓦斯涌出特征的瓦斯灾害精准预警系统

乌东煤矿为近直立特厚煤层、分层放顶煤开采方式,工作面瓦斯涌出来源及特征较为复杂,当前采取的瓦斯防治措施虽有效降低了回采期间工作面瓦斯涌出异常风险,但其经济性、合理性、安全性无法统筹兼顾,在瓦斯灾害风险管控的时空衔接上缺乏瓦斯涌出异常预警机制及配套技术手段。为了填补乌东煤矿瓦斯灾害预警空白,基于对乌东煤矿井下工作面空气瓦斯来源、采掘工作面瓦斯涌出特征的分析,将综放工作面瓦斯浓度超阈值预警模块与掘进工作面瓦斯涌出特征预警模块相结合,构建了乌东煤矿采掘工作面瓦斯灾害精准预警模型。在此基础上,采用B/S架构开发模式,基于矿井工业环网设计开发了乌东煤矿瓦斯灾害精准预警系统,并在井下各主要工作面应用。考察结果表明,该系统运行稳定,预警准确率较高。     

煤矿瓦斯异动预警系统的设计

针对煤矿安全监控系统因无瓦斯变化趋势分析功能,当瓦斯浓度处于较低水平时,即使瓦斯有异常变化也无法及时提醒的问题,设计了一种煤矿瓦斯异动预警系统。该系统采用文件方式和OPC方式接入安全监控系统及综合自动化系统的监测数据;结合矿井实际通风状况,采用固定门限模型、均方差预警模型和分时均方差模型等三种预警模型计算得出测点的预警参考值及预警状态;通过消息客户端、短信等多种方式发布预警信息。实际应用表明,该系统实现了对瓦斯灾害的有效预防,为保证井下作业人员的安全提供了参考依据。     

基于异构数据集成的煤与瓦斯突出监控预警系统

针对煤与瓦斯突出监控预警系统研发中面临的异构数据集成难题,分析了煤与瓦斯突出监控预警数据的异构特征及典型异构数据集成技术,设计了基于异构数据集成的煤与瓦斯突出监控预警系统。该系统采用Web服务数据集成模式和面向服务构架,通过WCF设计开发数据集成Web服务,实现了煤与瓦斯突出监控预警信息的可靠采集和深度集成。现场试验表明,该系统实现了各类预警信息的自动上传,与原有煤与瓦斯突出综合预警系统相比,数据采集和上传的效率、可靠性、准确率均大幅提高。     

基于粗糙集和神经网络的煤矿瓦斯预报方法研究

瓦斯灾害监测数据是煤矿瓦斯监控和预测的基础;采用现代信息处理技术和人工智能理论对每个监测平台的多传感器检测数据,主要包括井下温度、通风景、瓦斯浓度等进行挖掘、分析、处理、综合,提取出瓦斯灾害征兆信息,并用特征矩阵表示这些征兆信息;在利用最大熵方法进行特征提取的基础上,对多源数据进行多平台信息融合,提出粗糙集和神经网络融合算法,实现了煤矿瓦斯数据预报方法,增加了矿井状态监测置信度,提高了环境监测的准确率,具有实际应用意义.     

煤矿灾害智能预警架构及关键技术研究

我国已初步实现对煤矿瓦斯、火灾、水害、顶板、粉尘五大灾害的监测报警或预警,但智能化水平较低,不具备自我分析和决策能力。在智慧矿山概念框架下,阐述了煤矿灾害智能预警的内涵,提出了灾害智能预警的感知数据精准化、预警模型智能化、预警防灾协同化、应急决策高效化4个方面的特征。设计了煤矿灾害智能预警总体架构：由感知控制层、传输层、存储分析层和应用层4个层级组成,可实现对各类灾害的智能预警和智能管控;采用统一标准、统一采集、统一存储、统一分析、统一展现的数据处理原则,实现灾害智能预警多源异构数据共享与深度挖掘利用,从而解决数据孤岛、数据烟囱等问题。基于煤矿灾害智能预警总体架构,设计了灾害智能预警业务流程,为灾害智能预警设计提供参考。总结了煤矿灾害智能预警关键技术,包括瓦斯、火灾、水害、顶板、粉尘精准监测预警技术和灾害融合智能预警技术,分析了各关键技术难点及发展方向。以青龙寺煤矿灾害智能预警平台为实例,展示了灾害智能预警技术在监测监控、灾害预警、应急救援、分级管控等方面的应用效果。提出应深入研究灾害精准感知技术及装备、多场耦合致灾机理、预警模型自学习自适应技术,以实现高级阶段的灾害智能化预警。     

通风安全动态分析系统研究

针对现有矿井通风管理软件存在图形显示单一、无法实现网络信息传输处理、操作复杂、数据输入繁琐等缺点,提出了一种矿井通风安全动态分析系统软件的设计方案,介绍了该系统的结构组成、功能架构和系统原理。该系统集远程实时监测监控、数据采集、安全预警和决策分析为一体,以煤矿通风瓦斯安全分析、监控系统联机分析以及日常报表、图纸、文档管理为基础资料,可预测大到全矿、小到具体巷道的通风瓦斯涌出分布及波动规律,提高了矿井安全预警能力和事故防范能力。     

基于大数据技术的区域煤矿监管数据服务平台设计

针对煤矿监管体系中安全风险监测预警系统联网数据多级重复上传、数据不一致现象,各级安全监管机构数据存储计算资源缺乏、关联分析和数据挖掘困难等问题,设计了基于大数据技术的区域煤矿监管数据服务平台。该平台采用Kafka分布式消息队列,将区域内煤矿监测监控数据生成标准化Kafka数据体,批量上传至云平台Kafka集群;通过发布-订阅模式提供监测监控实时数据消费服务,减轻了网络传输开销,避免了联网数据多级上传和过滤带来的不利影响;采用Spark Structured Streaming计算引擎和Spark SQL进行数据实时计算和历史数据统计分析,通过集成的各类数据分析挖掘算法,为数据挖掘和预测预警提供支持;采用HBase列存储数据库实现海量历史数据的可靠存储,通过与HBase相关联的Hive数据仓库建立各类主题数据模型库,满足数据的多维关联分析需求;通过统一安全权限认证的数据订阅服务为各级监管机构提供所需的煤矿监测监控数据、统计分析数据和数据挖掘结果,将后台数据服务中心与前端监管监察业务系统解耦,通过数据服务为各级监管机构提供数据定制和消费服务,提高了数据利用效率。应用结果表明,平台可满足区域煤矿监测监控数据的存储、分析计算和数据共享需求。     

煤矿自动化与信息化技术回顾与展望

目前,煤炭在我国能源生产结构中的占比为74.29%,在我国能源消费结构中的占比为71.26%,又是廉价、供应可靠、可洁净利用的能源,它与石油、天然气相比储产比最大,而核电、水电、风电等能源规模又无法与其相比,因此,煤炭仍将是我国的主要能源。"十一五"期间,煤矿安全监控、煤矿井下人员位置监测、煤炭产量远程监测、全矿井移动通信、无人值守远程监控技术及系统取得了突破和快速发展,在煤矿安全生产工作中发挥着重要作用。今后还需进一步加强传感器无盲区布置方法,基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等煤矿重大灾害预警技术,无人工作面遥控技术,本质安全无线通信与光纤通信技术,煤矿井下人员精确定位技术,煤矿井下生命探测技术,基于3D GIS的煤矿安全生产管理信息系统等的研究。     

煤矿井下安全避险“六大系统”的作用和配置方案

研究了煤矿安全监控系统在瓦斯、火灾等重特大事故监控与预警和事故调查中的作用,提出了系统的配置方案及基于煤矿安全监控系统的煤矿瓦斯爆炸等事故直接原因的认定方法;研究了煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产、事故应急救援等方面的作用,提出了系统设置方法;提出了以矿用调度通信系统和矿井广播通信系统为基础、矿井移动通信系统为补充的矿井通信联络方案,提出了严禁采用矿用IP电话通信系统和矿井移动通信系统替代矿用调度通信系统的观点;提出了高瓦斯矿井的入井人员宜携带隔离式自救器,且隔离式自救器宜选用压缩氧隔离式自救器的方案;提出了避难硐室的装备要求和避难硐室性能价格比优于救生舱的观点;介绍了矿井压风自救系统和供水施救系统。     

计算机技术在煤矿安全生产中应用

煤矿安全生产是矿山工作重中之重。矿井生产过程中"顶板、水、火、瓦斯、冲击地压"等灾害威胁着井下工人的生命安全。把计算机技术引入到煤矿安全生产管理中,能够在煤矿发生矿井灾难时快速反应,及时有效地了解灾难发生情况,便于救援工作的有效组织及快速展开。文章提出了井下人员定位的计算机监控系统,具有重要的应用价值。     

煤矿安全监控信息特征快速发现方法研究

针对煤矿安全监控历史数据及监测参数特点,提出了一种煤矿安全监控信息特征快速发现方法。该方法采用基于误差带的历史数据压缩算法分析采样数据,发现并存储包含重要特征的信息片段,分析该信息片段的含义,并进行主题抽取和关联分析,研究瓦斯序列的相关分析,从而可得出煤矿安全监控系统重要数据的信息特征。该方法对完善煤矿科学管理、挖掘煤矿多传感器信息和煤矿瓦斯涌出规律有一定参考价值。     

光纤工业以太环网在煤矿安全监控系统中的应用

随着煤矿开采规模的不断扩大、对煤矿安全生产要求的不断提高,煤矿安全监控系统传统的数据采集和传输模式在矿井复杂的巷道、大型用电设备电磁干扰等环境下,其数据传输的实时性和稳定性受到制约,不能满足煤矿安全新规程的要求。文章介绍了基于光纤传输介质的工业以太环网应用于煤矿井下安全监控系统的方案,该方案解决了安全监控系统在复杂环境中的传输问题。     

基于CAN总线的煤矿安全分布式监控系统

本文针对煤矿监测系统存在网络瓶颈、采集终端不兼容的不足,研究了基于CAN总线的煤矿安全分布式监控系统,根据矿井的特点设计了通用智能环境监控终端和机电设备运行状态监控终端,并通过CAN总线实现多节点高速、高可靠性的网络互联,对煤矿环境安全参数和设备运行状态进行实时监控,各监控终端可根据优先级别自主通讯.主机对全局参数进行信息融合、综合分析与诊断及预警连锁及辅助决策.     

矿井动力灾害实时在线监测系统设计

针对目前煤矿深部动力灾害的监测主要依赖于在线采集装置,无法实现数据的并行和快速采样的缺点,设计了一套动力灾害实时在线监测系统。该系统利用声发射、瓦斯、应力等传感器实时监测矿井动力灾害发生过程中煤岩释放的应变能及瓦斯浓度、煤岩应力参数,利用监测站实时采集、处理各种传感器信号,通过上位机数据管理软件对特征参数指标变化规律进行有效分析、结果预警等,从而实现了对动力灾害的连续动态监测。实际应用结果证明了该系统的可靠性。     

煤矿瓦斯远程自动监管信息系统的设计与应用

针对现有煤矿瓦斯监管系统不具有自动分析报警和预警功能的问题,提出了一种煤矿瓦斯远程自动监管信息系统的设计方案,详细介绍了系统结构组成、基本功能设计及其在某煤炭集团的应用情况。该系统基于煤矿局域网,集自动化、信息、计算机、网络、通信技术于一体,可对煤矿瓦斯超限进行自动分级报警和预警、自动统计报警次数及原因,实现了无人值守,提高了整个安全生产监控的智能化水平。     

面向智能矿山的数字孪生技术研究进展

智能矿山领域数字孪生技术的应用需面对较多复杂性、特殊性的技术突破。阐述了数字孪生在智能矿山领域的适用性,归纳梳理了数字孪生技术在煤矿安全、生产及运营管理等方面的研究及应用现状：在煤矿安全管理方面,数字孪生技术主要应用于灾害预警、风险管控、灾害救援等;在煤矿生产方面,数字孪生技术主要应用于采掘工作面区域整体、单机机械装备状态监测及控制、机械装备预测性维护。从物理实体、虚拟实体、连接交互、数字孪生数据及功能服务5个维度入手探讨了智能矿山领域数字孪生亟待解决的关键共性问题：物理实体维度需重点突破全面感知及控制装备的研发,虚拟实体维度需深入进行物理、行为、规则模型的研究,连接交互维度需攻关煤矿井下5G网络传输关键技术,数字孪生数据维度需解决高性能计算等问题,功能服务维度需研发仿真软件及人工智能算法,以便更好地适应现场环境。从矿井规划设计、开发、建设阶段的灾害预防性设计、生产系统设计、地质环境预测,矿井生产运营阶段的灾害预警及防控、生产调度决策优化、生产设备全生命周期管理等方面展望了数字孪生技术在智能矿山领域的发展趋势,认为宜针对关键部件或装备,核心环节,重要或危险场所、区域等进行精细化孪生。     

基于视频采集的煤矿安全生产视频监控系统的研制

为了有效提高煤矿企业安全监控水平,提出了一种煤矿安全生产视频监控系统的设计与实现;该系统是集视频采集技术、无线通信技术、图像与字幕叠加存储技术、光纤通信技术于一体的工业监控系统,介绍了煤矿安全生产视频监控系统的设计,并且详细探讨了煤矿安全生产视频监控系统开发中视频采集技术的具体实现;整个系统高效可靠,有效降低了企业的成本,大大提高了煤矿企业的监管力度和安全生产水准。