煤礦監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究
瓦斯測(cè)點(diǎn)的布置情況，將礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)劃分為若干相互毗鄰的控制分區(qū)。依照質(zhì)量守恒定律，分f
各控制分區(qū)瓦斯流入、流出測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算每條巷道的瓦斯歷史數(shù)據(jù)規(guī)律，獲得礦井瓦斯裹 動(dòng)的歷史規(guī)律和近期規(guī)律，最后將當(dāng)前瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)放在歷史規(guī)律的背景中進(jìn)行分析，給出對(duì)當(dāng)言 瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的合理性判斷。
關(guān)鍵詞：瓦斯；通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：TD76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：0253—2336(2008)04—0058一03．
礦井瓦斯監(jiān)測(cè)是預(yù)防瓦斯災(zāi)害的重要手段，礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和瓦檢人員隊(duì)伍則是保障煤礦安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。
煤礦現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)地點(diǎn)和相關(guān)重要位置是煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，每班均有瓦斯數(shù)據(jù)測(cè)得和保存，在
安裝有瓦斯自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的礦井，瓦斯數(shù)據(jù)可以 24 h不問斷地產(chǎn)生，因而煤礦現(xiàn)場(chǎng)積累的瓦斯數(shù)
據(jù)是十分豐富的。然而，目前礦山所測(cè)定的瓦斯數(shù) 據(jù)進(jìn)入安全技術(shù)管理的生命周期很短，主要僅用來判斷當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)赝咚故欠癯抟詻Q定是否允許正常作業(yè)生產(chǎn)，其后即被保存起來而很少再用。與此同時(shí)，與通風(fēng)瓦斯相關(guān)的計(jì)算、決策輔助、專家系統(tǒng)、優(yōu)化分析等均是技術(shù)人員在人為限定命題、且與通風(fēng)瓦斯前臺(tái)管理相分離的條件下完成的，主觀因素重，對(duì)日常管理的作用往往是間接的，因而效果不顯著。其實(shí)，大量通風(fēng)和瓦斯的測(cè)定數(shù)據(jù)形成了浩大的時(shí)空序列，除了直接指示測(cè)點(diǎn)區(qū)域的安全狀況以外，其中還包含了瓦斯運(yùn)移與積聚的重要信息。礦井瓦斯涌出規(guī)律及其對(duì)礦井風(fēng)流瓦斯分布的影響是礦井安全生產(chǎn)管理十分重要的信息。有效解讀通風(fēng)瓦斯數(shù)據(jù)時(shí)空序列所隱含的瓦斯涌出、轉(zhuǎn)移、平衡、積聚的趨勢(shì)和現(xiàn)狀，并將日常測(cè)值予以實(shí)時(shí)分析以確定該測(cè)值可能揭示的通風(fēng)瓦斯異常和瓦斯災(zāi)害預(yù)警，對(duì)于掌握瓦斯治理主動(dòng)權(quán)有著重要的意義。
1 礦井瓦斯監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析研究現(xiàn)狀
煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象包括巷道風(fēng)速、瓦霧斯、一氧化碳等，其中，瓦斯的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是國(guó)內(nèi)外瓦斯治理的基本手段。國(guó)產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)多年的研究積累，達(dá)到了一定的水平，取得了較大的成功，在煤礦得到了大面積的推廣應(yīng)用，但是，從總體上講礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)仍以監(jiān)測(cè)功能為主，系統(tǒng)僅對(duì)采集到的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)及歷史曲線顯示等規(guī)處理，不能形成對(duì)瓦斯?fàn)顩r的預(yù)警與工程措施
乏果預(yù)案分析等專業(yè)功能。
從目前國(guó)內(nèi)外在瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方面的研究來看，瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法可分為2類H。：一類是建
立在數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的礦山統(tǒng)計(jì)法，這種方法依據(jù)礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，外推到預(yù)測(cè)的新區(qū)，主要適用于地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的礦井；另一類是以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測(cè)參數(shù)的瓦斯含量法，這種方法通過計(jì)算井下各涌出源的瓦斯涌出量．得到礦井或某一預(yù)測(cè)范圍的涌出量預(yù)測(cè)值“這2類方法都只是用于對(duì)全礦井瓦斯涌出量的宏觀預(yù)測(cè)，無法精確到具體的巷道。本文提出的瓦斯數(shù)據(jù)甚分析技術(shù)，根據(jù)測(cè)點(diǎn)在井下巷道的布置情況，可以分別對(duì)全礦井、礦井部分區(qū)域和具體巷道進(jìn)行預(yù)測(cè)：
2監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯分析技術(shù)
在既定的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，礦井瓦斯混合在風(fēng)流中安照流體力學(xué)的規(guī)律來移動(dòng)。流體力學(xué)中把流體看
車連續(xù)介質(zhì)，流體由無窮多的流體質(zhì)點(diǎn)組成，系統(tǒng)是指某一確定流體質(zhì)點(diǎn)的總體。系統(tǒng)的邊界把系統(tǒng)確外界分開。系統(tǒng)隨流體運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，其邊界形狀和聽包圍空問的大小隨運(yùn)動(dòng)而變化。在系統(tǒng)邊界上．沒有流體流出或流進(jìn)，即系統(tǒng)與外界沒有質(zhì)量交換，因此系統(tǒng)始終由同一些流體質(zhì)點(diǎn)組成。
系統(tǒng)的概念實(shí)際上就是采用拉格朗日觀點(diǎn)來描述流體的運(yùn)動(dòng)。但在大多數(shù)流體力學(xué)實(shí)際問題中，
專個(gè)別流體質(zhì)點(diǎn)或流體團(tuán)的運(yùn)動(dòng)及其屙l生并不感興趣．感興趣的是流體對(duì)流體場(chǎng)中物體或空間中某體 積的作用和影響。在瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，人們關(guān)注的并不是同一流體團(tuán)瓦斯質(zhì)點(diǎn)在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)動(dòng)軌跡．而是在特定地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛葓?chǎng)的變化，因此引入控制體的概念【2】
控制體是指流場(chǎng)中某一確定的空間區(qū)域，控制體的邊界面稱之為控制面。控制面上可以有質(zhì)量交
換．即有流體流進(jìn)或流出，因此占據(jù)控制體的流體質(zhì)點(diǎn)是隨時(shí)問而改變的。在瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，如果根據(jù)瓦斯測(cè)點(diǎn)的分布狀況，將整個(gè)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)劃分為互相毗連的若干個(gè)控制體，就可以對(duì)每個(gè)控制體中的瓦斯流量和濃度變化進(jìn)行研究。瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中不同地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛葹橹饕O(jiān)測(cè)目標(biāo)，而通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中每一點(diǎn)的瓦斯?jié)舛入S時(shí)間不斷發(fā)生變化，同一時(shí)刻各點(diǎn)的瓦斯?jié)舛纫膊幌嗟?，所以通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的瓦斯?jié)舛葓?chǎng)是非定常、非均勻場(chǎng)一“。
在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)任意的控制分區(qū)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，該分區(qū)的瓦斯涌出量等于單位時(shí)間內(nèi)流
出該分區(qū)的瓦斯流量減去流入該分區(qū)的瓦斯流量，由此提出控制分區(qū)的連續(xù)方程如下：
按照控制分區(qū)的連續(xù)方程(1)，控制分區(qū)瓦斯涌出量等于該分區(qū)各測(cè)點(diǎn)瓦斯流量的代數(shù)和。為
了統(tǒng)計(jì)各條巷道的瓦斯涌出規(guī)律，需要將分區(qū)的瓦斯涌出量換算成分區(qū)內(nèi)各巷道的瓦斯涌出量，分區(qū)內(nèi)瓦斯分配算法如下：
這樣，對(duì)于瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的每一組測(cè)值，按照上述公式，可以求出全礦井各條巷道的一組瓦斯涌出值，進(jìn)而可以得到全礦井各巷道的大量瓦斯涌出值。對(duì)巷道的瓦斯涌出值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，就得到了全礦井各巷道的瓦斯涌出規(guī)律。
3系統(tǒng)的應(yīng)用分析
在某礦進(jìn)行驗(yàn)證研究工作，該礦的通風(fēng)方式為多井口進(jìn)風(fēng)，分區(qū)通風(fēng)方式。各采區(qū)及各用風(fēng)地點(diǎn)均實(shí)行獨(dú)立通風(fēng)，南一主要通風(fēng)機(jī)擔(dān)負(fù)南一采區(qū)、北二采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，北一、北二主要通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)擔(dān)負(fù)北一采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)。
采用Microsoft．NET框架中的C#語言開發(fā)了煤礦監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯數(shù)據(jù)分析軟件一，使用該軟件繪
制好的某礦的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。
該礦的人工瓦斯測(cè)點(diǎn)共有13個(gè)，見表1.
測(cè)點(diǎn)編號(hào) 測(cè)點(diǎn)名稱 測(cè)點(diǎn)所在巷道編號(hào) 測(cè)點(diǎn)所在巷道名稱 1 11501采煤工作面 27 11501掘進(jìn)工作面 2 11501采煤工作面回風(fēng)流 29 11501回復(fù)呢個(gè)斜巷 3 2321采煤工作面 22 21工作面 4 2321采煤工作面回風(fēng)流 23 21回風(fēng)巷 5 2508采煤工作面 49 08工作面 6 2508采煤回風(fēng)流 51 07回風(fēng)人斜巷 7 南翼3號(hào)工作面 12 南翼3號(hào)聯(lián)絡(luò)巷 8 南翼3號(hào)回風(fēng)流 16 南翼3號(hào)回風(fēng)巷 9 南翼5號(hào)煤工作面 30 5號(hào)煤軌道上山 10 南翼行人上山回風(fēng)流 31 2508行人回風(fēng)上山 11 南翼工作面 45 施工行人進(jìn)風(fēng)巷 12 385總回風(fēng)測(cè)點(diǎn) 77 385主要通風(fēng)機(jī)位置 13 3號(hào)煤總回風(fēng)測(cè)點(diǎn) 67 局部通風(fēng)機(jī)硐室
在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖上添加瓦斯測(cè)點(diǎn)，自動(dòng)將瓦斯測(cè)點(diǎn)與巷道關(guān)聯(lián)起來，同時(shí)錄入測(cè)點(diǎn)的基本信息，其操作示意如圖2所示。
依據(jù)以上通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和瓦斯測(cè)點(diǎn)，運(yùn)行本軟 件，軟件計(jì)算完成之后，單擊某巷道就可以查看其
瓦斯涌出歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)直方圖和概率分布圖，如08工作面的瓦斯涌出統(tǒng)計(jì)直方圖(圖3)。圖3中
測(cè)點(diǎn)數(shù)表示瓦斯涌出歷史數(shù)據(jù)中落在某區(qū)間的個(gè)數(shù)。
08工作面的瓦斯涌出統(tǒng)計(jì)分布如圖4所示，圖4中，小于瓦斯涌出量的分布概率表示瓦斯涌出量小于對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)某值的概率。
4 結(jié) 語
在礦井瓦斯分析預(yù)測(cè)方面提出采用控制分區(qū)來計(jì)算全礦井的瓦斯涌出、流量和濃度的波動(dòng)規(guī)律|
這樣就在瓦斯數(shù)據(jù)處理方面提供了一種根據(jù)已知?dú)v史數(shù)據(jù)生成未知準(zhǔn)歷史數(shù)據(jù)的方法，這對(duì)于井下瓦斯測(cè)點(diǎn)布置的巷道的瓦斯預(yù)測(cè)具有重要意義。 |
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『4] 黃聰明．c#面向?qū)ο蟪绦?a href=http://www.treasurewfy.com/sjsm/ target=_blank class=infotextkey>設(shè)計(jì)[M]．北京：科學(xué)出版社，2004．
作者簡(jiǎn)介：李高正(1972一)，男，江蘇豐縣人，博士，副教授，研究方向?yàn)橹圃煨畔W(xué)、自適應(yīng)控制、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)、礦山安全等，現(xiàn)主要從事煤炭機(jī)電設(shè)備管理和煤炭企業(yè)信息化工作。
Tel：0933—7731212，E—mail：lgzlhg@126．com
