矿井煤与瓦斯突出预警技术及其应用
文光才，宁冷亮，赵旭生
(中国煤炭科工集团 重庆研究院，重庆 400037)
摘要：为进一步加强煤与瓦斯突出防治工作，提升矿井安全保障，科用先进的计算机技术建立突出灾害预警系统显得十分必要。研究了煤与瓦斯突出预警指标体系框架及预警技术实现流程，并开发了相应计算机系统，包括煤与瓦斯突出预警综合数据库、地资测量管理系统、瓦斯地质动态分析系统、动态防突管理及分析系统、采掘生产进度管理系统、瓦斯涌出动态分析系统、突出预警管理平台等子系统。针对芦岭煤矿突出灾害特征与规律，研究了适合该矿的突出预警指标体系，并建立了突出预警信息平台，实现了工作面突出危险性的实时智能预警，在芦岭煤矿的应用效果验证了该突出预警系统的有效性。
关键词：煤与瓦斯突出；瓦斯地质；防突管理；预警
中图分类号：TD713 文献标志码：A 文章编号：0253-2336（2011）02-0055-04
Coal and Gas Outburst Early Warning
Technology and Application in Coal Mine
WEN Guang-cai, NING Xiao-liang, ZHAO Xu-sheng
(Chongqing Research Institute，China Coal Technology & Engineering Group Corp. , Chongqing
400037, China)
Abstract ： In order to further enhance the coal and gas outburst prevention and control
and to improve the mine safety protection, it was necessary to establish the outburst disaster
early warning system with the advanced computer technology. The paper had a study on the
coal and gas outburst early warning index system frame and the early warning technology
realization procedure. A relative computer system developed, including the comprehensive
data bank of the coal and gas outburst early warning, the geological survey management system，
the gas geological dynamic analysis system，the dynamic outburst prevention management and
analysis system, the excavation and mining production schedule management system，the gas
emission dynamic analysis system，the outburst early warning management platform and
other subsystem. According to the outburst disaster features and law of Luling Mine, the
paper had a study on the outburst early warning index system suitable for the mine. An
outburst early warning information platform was established and thus a real-time intelligent
early warning of the outburst danger occurred from the heading face could be realized. The
applied effect in Luling Mine verified the effectiveness of the outburst early warning
system.
Key words ： coal and gas outburst ; gas geology ； management of outburst prevention ；
early warning
随着我国煤矿开采深度的增加，瓦斯含量和压力遂渐增大，突出灾害日益严重，因此煤与瓦斯突出灾害的洽理已成为矿井安全生产工作的重点，而传统的防突管理办法已难以完全满足安全生产的需求。在“十一五”国家科技支撑项目的支持下，芦岭煤矿与中国煤炭科工集团重庆研究院合作实施了“重大灾害预警及综合监控系统示范工程建设”项目，研究了突出预警指标体系框架及预警技术实现流程，并开发了将应计算机系统。结合芦岭煤矿具体突出灾害特征，建立了适合于该矿的煤与瓦斯突出预警信息平台，实现了工作面突出的实时智能预警。
1 煤与瓦斯突出预警技术原理
煤与瓦斯突出预警技术是指在事故理论、预警理论、煤与瓦斯突出防治理论的指导下，对煤矿各职能部门监测和随时掌握的安全信息进行有效辨识和监测，在此基础上进行综合分析和计算，对每个工作面突出危险状态和发展趋势进行整体评价，并根据评价结果发出预警信号和响应对策的技术。通过突出危险状态和发展趋势这2个方面的预警分析，不仅能了解到工作面目前所处的突出危脸性的状态，而且还能得知其未来发展趋势，并将预警结果实现集中显示，起到超前提醒和实时预警的作用，从而为矿并进行瓦斯突出灾害的防治提供决策依据。
1.1突出预警指标体系框架建立
通过对煤与瓦斯突出事故致因因素的分析可知，引起煤与瓦斯突出的基本事件包括3类：反 映工作面具有客观突出危险性的基本事件,反映防突措施存在重大缺陷的基本事件和属于管理隐患的基本事件。这些亊件是导致煤与瓦斯突出发生的危险源,也是煤与瓦斯突出预警过程中应该重点监控的警源和警兆。因此，煤与瓦斯突出预警指标体系框架也反映工作面客观突出危险性、防突措施重大缺陷和管理重大隐患3方面因素3按照目的性、科学性、系统性，超前性和可行性原则，从多方面人手，进行多因素、多指标预警，建立煤与瓦斯突出預警指标体系框架，如图1所示。
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图1 煤与瓦斯突出预警综合指标体系框架
1.2 预警技术实现流程
爆与瓦斯突出预警技术是以矿井突出灾害特征和规律为基础支撑、以预聱计算机系统为载体、以综合监控系统和局域网络为环境、以系列 预警管理制度为保障的成套技术体系，其技术实现流程如图2所示。
图2 预警技术实现流程
2 突出预警计算机系统
计算机软件是预警技术的载体和表现手段, 是实现智能化预警的必备条件。突出预警系统是基于GIS以及C/S和B/S相结合的大型计算机程序，主要包括瓦斯灾害预警信息综合数据库、地质测量管理系统、瓦斯地质动态分析系统、动态防突管理及分析系统、采掘生产及进度管埋系统、瓦斯涌出动态分析系统和瓦斯灾害预警信息平台等7个部分。 基础数据
职能部门数据
矿山数字化
瓦斯监控数据 综合预警信息数据库
预警指标运算 确定预警等级
预警规
则库 局域网
手机短信
IE浏览器 结果发布 煤与瓦斯突出综合预警
工作面客观危险性 防突措施重大缺陷 管理重大隐患
瓦斯地质情况 裁决生产影响 日常预警指标 瓦斯涌出情况 措施控制范围 措施空白带 超采超掘 信息传输失误 违章作业 未绘制施工图
2.1 ;系统结构
煤与瓦斯突出综合预警系统，是利用现有局域网，将综合预警数据服务器，预警数据管理系统和现有的煤矿安全监控系统连接，通过突出预警模块，分析综合预警数据服务器中的煤与瓦斯突出预警数据，根据分析结果，发出预警信息。
预警系统既需要使用煤层瓦斯赋存、井巷工程、地质构造空间数裾，也需要使用采掘进度、 防突措施工与日常突出预测、瓦斯监控数据等关系数据，为满足上述要求，在准确分析关系数据与空间数据特征基础上，设计能同时适应关系数据表同步和空间数据集同步的数据同步组件，在此基础上设计各业务管理分析系统数据库和服务器综合预警数据库，形成基于分布式数据库的突出预警系统软件体系结构，整个预警系统结构如图3所示。
图3 煤与瓦斯突出综合预警系统结构
该系统可将原散落在煤矿各职能部门的地质构构、煤层赋存、瓦斯赋存、采掘生产、自常预测指标、突出预兆、瓦斯涌出等安全信息在地理信息系统GIS平台上进行集中管理和综合分析， 整合现有资源，提高预警的准确率、实时性和前瞻性，有效预防煤矿煤与瓦斯突出灾害的发生。
2.2预警子系统
1）突出预瞀综合数据库。 预警综合信息数据库为基于三维GIS换术的海量空间数据库MSRP SDE,真有超大存储能力(100 GB以上)和空间数据智能分析、长事务处理、数据完整性检査、高容错性和
高稳定性等功能，是矿井数字化建设、安全信息管理和预警等综合分析的基础。数据库中存储的数据内容包括煤岩层赋存信息、 瓦斯赋存信息、井巷空间位置及其属性信息、通风设施设备信息、瓦斯及其他传感器信息、地质 构造信息、预警信息等。
2）地质测量管理系统。该系统釆用中国煤炭科工集团重庆研究院独立自主产权的3DGIS图形引擎，建立专用地质空间数据库、导线测量空间数据库，实现矿并3DGIS数字化、矿图编绘与输出、地质钻孔管理，地质资料管理、测量资料管理、工作面设计与管理以及査询与统计等，同时完成为预警系统提供空间基础数据的功能。
3）瓦斯地质动态分析系统。该系统通过对瓦斯赋存、地质构造、保护层开采效果、煤柱影响区、采掘影响、柚放效果等信息动态分析、评价，实现瓦斯地质信息图及相关瓦斯参数的动态绘制，动态区域预测等功能，区域预测结果直接作为预警系统基础数据，完成工作面采掘环境危险性评价。
4）动态防突管理及分析系统。该系统是利用计算机技术实现对突出危险工作面“四位—体”综合防突措施执行情況进行实时分析，及时发现和处理防突工作中存在的问题，严格防突管理，有效地控制或消除突出事故的发生，变事后分析为事前处理。实行动态管理，有利于对工作面突出危险性预测、防突措施和措施效果检验的 各种参数随时行综合分析，有利于探索和掌握工作面煤与瓦斯突出的规律，使防突措施的制定更具有针对性，使突出危险的消除更加及时有效0
5） 采掘生产进度管理系统。该系统用于管理生产、技术部门的日常工作及事务，主要包括回
采、掘进生产报表管理，采掘衔接辅助决策等相关报表的自动生成。该系统为预警系统提供日常采掘进尺数据，根据进尺情况自动延伸巷道，并实时分析巷道空间位置信息，完成相关指标危险预警。
6）瓦斯涌出动态分析系统。该系统与矿井安全监控系统连接，实时读取监控系统的瓦斯浓度监测数据，并对安全监控系统监测的瓦斯数据进行探度挖掘和分析，得出矿井瓦斯涌出的变化规律。根据具体矿井瓦斯涌出规律，自动分析计算-工作面1 h 瓦斯涌出数据偏方差、各个交接班前一定时间内的瓦斯采集次数、炮后30 min吨 煤瓦斯涌出量等瓦斯涌出相关动态指标，利用这些指标实时进行瓦斯突出危险性预警。计算结果可作为防突技术人员预测突出危险性或制定防突措施的辅助依据。
7） 突出预警管理平台。该系统对各部门上传的基础数据以及监测监控数据进行相关分析及指标运算，对照预警规则库，判断工作面采掘过程中的突出危险性状态与危险性程度发展趋势， 按其危险程度将工作面突出危险性当前所处的状态分为正常、威胁、危险及灾变4个等级；将工作面未来突出危险性发展趋势分为绿色、橙色及红色3个等级，最终通过局域网、手机等方式发布预警信息。
3 突出预警系统在芦岭煤矿的应用
1)以突出预警指标体系框架为基础，通过分析芦岭煤矿瓦斯地质情况、开采布置情况、防突技术措施执行情况、工作面瓦斯涌出情况、突出预兆情况、日常突出危险性预测指标的变化情况等，建立