20杨宏伟--矿井瓦斯超限实时预警技术研究.pdf

第 ４７ 卷第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４７ Ｎｏ􀆱 ８ ２０１９ 年８ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｕｇ.２０１９ 煤矿机电与智能化 移动扫码阅读 杨宏伟ꎬ钱志良.矿井瓦斯超限实时预警技术研究[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７８１５８－１６３.ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０１９􀆱 ０８􀆱 ０２１ ＹＡＮＧ ＨｏｎｇｗｅｉꎬＱＩＡＮ Ｚｈｉｌｉａｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｉｎｅ[Ｊ]􀆱 Ｃｏａｌ Ｓｃｉ￣ ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７８１５８－１６３.ｄｏｉ１０􀆱 １３１９９/ ｊ􀆱 ｃｎｋｉ􀆱 ｃｓｔ􀆱 ２０１９􀆱 ０８􀆱 ０２１ 矿井瓦斯超限实时预警技术研究 杨宏伟１ꎬ２ꎬ钱志良１ꎬ２ １.煤科集团沈阳研究院有限公司ꎬ辽宁 沈阳 １１００１６ꎻ２.煤矿安全技术国家重点实验室ꎬ辽宁 抚顺 １１３１２２ 摘 要为解决瓦斯超限的预测预报问题ꎬ根据瓦斯超限前煤体及工作面环境表现出的前兆特征ꎬ依 据矿井瓦斯超限影响因素ꎬ从瓦斯、通风、地质构造、管理等方面ꎬ建立了瓦斯超限预警指标体系ꎬ利用 瓦斯体积分数变化指标作为实时预警指标ꎬ其他指标作为趋势预警指标ꎬ针对瓦斯超限单指标误报率 高的问题ꎬ利用模糊数学理论建立了瓦斯超限多指标模型ꎬ确定了权重值和评价值ꎮ 在某矿井建立了 工作面瓦斯超限实时预警系统ꎬ输出红色、黄色及绿色 ３ 级瓦斯超限预警结果ꎬ得出了瓦斯超限发生 的概率ꎬ根据瓦斯超限预警结果采取相应措施可以大幅降低瓦斯超限次数ꎻ多指标模型预警与单指标 模型预警对比结果表明红色预警次数可以减少 ５０％以上ꎬ黄色预警次数减少 ３０％以上ꎬ说明采用多 指标量化模型比单一指标模型更为合理ꎬ提高了预警准确率ꎬ为煤矿安全生产提供管理依据ꎬ也为类 似预警指标研究提供参考ꎮ 关键词瓦斯超限ꎻ预警指标ꎻ多指标量化ꎻ实时预警ꎻ煤矿智能化 中图分类号ＴＤ７１２ꎻＴＤ６７ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１９０８－０１５８－０６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｉｎｅ ＹＡＮＧ Ｈｏｎｇｗｅｉ１ꎬ２ꎬＱＩＡＮ Ｚｈｉｌｉａｎｇ１ꎬ２ １.Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＧｒｏｕｐꎬＳｈｅｎｙａｎｇ １１００１６ꎬＣｈｉｎａꎻ ２.Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＦｕｓｈｕｎ １１３１２２ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｃｕｒｓｏｒｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｂｏｄｙ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｂｅｆｏｒｅ ｇａｓ ｅｘｃｅｅｄｓ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔꎬｔｈｅ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｇａｓꎬｖｅｎ￣ ｔｉｌａｔｉｏｎꎬｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓꎬｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇａｓꎬｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｉｎ ａ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎬｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｃｈａｎｇｅ ｉｎｄｅｘ ａｓ ａ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒꎬａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｒｅｎｄ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎｄｉｃａ￣ ｔｏｒｓ.Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｏｆ ｇａｓ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｌｉｍｉｔꎬａ ｍｕｌｔｉ－ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｇａｓ ｅｘｃｅｅｄｉｎｇ ｌｉｍｉｔ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｆｕｚｚｙ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓꎬａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔｓ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅｓ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ.Ａ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｉｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ａ ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎬａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌ ｗａｒｎｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｒｅｄꎬｙｅｌｌｏｗ ａｎｄ ｇｒｅｅｎ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｗｅｒｅ ｏｕｔｐｕｔꎬａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｗａｒｎｉｎｇꎬｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｔａｋｅｎ ａｎｄ ｔｈｉｓ ｃａｎ ｇｒｅａｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ.Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍｕｌｔｉ－ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｅｌ ｗａｒｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｅｌ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｓ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｒｅｄ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｉｍｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ５０％ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｙｅｌｌｏｗ ｗａｒｎｉｎｇ ｂｙ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３０％ꎬｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｉｎｄｅｘ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｍｏｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｅｌꎬ ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇꎬｐｒｏｖｉｄｅｓ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｐｐｌｙ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓｉｍｉ￣ ｌａｒ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｒｅｓｅａｒｃｈ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎꎻ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓꎻｍｕｌｔｉ－ｉｎｄｅｘ ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍｉｎｅ 收稿日期２０１９－０３－０１ꎻ责任编辑赵 瑞 基金项目国家重点研发计划资助项目２０１７ＹＦＣ０８０４２０７ꎻ中国煤炭科工集团科技创新面上资助项目２０１８－２－ＭＳ０２０ 作者简介杨宏伟１９８０ꎬ男ꎬ辽宁昌图人ꎬ副研究员ꎬ博士ꎮ Ｅ－ｍａｉｌｙａｎｇｈｏｎｇｗｅｉ１６８＠ １２６.ｃｏｍ ８５１ 杨宏伟等矿井瓦斯超限实时预警技术研究２０１９ 年第 ８ 期 ０ 引 言 瓦斯超限是矿井灾害隐患ꎬ瓦斯爆炸是以瓦斯 超限为前提ꎬ因此瓦斯超限也给煤矿安全生产和社 会和谐带来严重影响[１－３]ꎮ 一直以来ꎬ瓦斯灾害的 研究主要集中在煤与瓦斯突出方向[４－６]ꎬ预警技术 研究同样围绕煤与瓦斯突出的预警工作展开[７－８]ꎬ 在突出预警指标及突出预警系统的建立方面有很多 应用性的研究[９－１０]ꎮ 而在瓦斯超限方面的研究主要 是对瓦斯体积分数的趋势分析及管控等方面[１１－１２]ꎬ 缺少对瓦斯超限的预测预报研究ꎮ 随着计算机和互 联网快速发展ꎬ瓦斯超限预测预报工作必定成为研 究的方向ꎬ其主要研究如何通过理论实践经验确定 预警指标ꎬ单一或组合指标实现预测预报ꎮ 而瓦斯 超限的影响因素很多ꎬ瓦斯超限预警指标不具有普 遍性且易造成误报漏报ꎬ准确率、可靠性较低ꎮ 应用 单一指标进行瓦斯超限预警可操作性强ꎬ也容易误 报[１３]ꎬ基于此ꎬ笔者提出多指标模糊评价模型结合 实际样本分析确定影响因素的权重ꎬ并进行了瓦斯 超限预警系统的设计及开发ꎬ实际应用效果表明多 指标预警模型预警准确率较单一指标预警有很大 提高ꎮ １ 瓦斯超限预警单指标分析 瓦斯超限预警指标构建是预警系统中核心部 分ꎬ其准确和科学性直接影响系统应用效果ꎮ 瓦斯 超限预警指标体系包括实时预警指标与趋势预警指 标ꎬ从监控系统自动获取的经过模型化的数据作为 实时预警指标依据ꎬ包括同一工序条件下瓦斯体积 分数变化值ꎬ回风瓦斯探头值 Ｔ２平均增加值等ꎬ其 他包括地质构造、通风、管理等指标作为趋势预警指 标ꎬ表示在未来一段时间内发生瓦斯超限的概率ꎮ 依据煤矿安全规程和前人对工作面瓦斯超 限影响因素研究统计分析ꎬ并结合某矿井自身特点ꎬ 依据指标体系建立原则和步骤图 １ꎬ制定了瓦斯 超限预警指标体系ꎮ 图 １ 瓦斯超限预警指标的确定步骤 Ｆｉｇ.１ Ｓｔｅｐｓ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ 该指标体系从瓦斯、通风、地质构造及管理这 ４ 个方面进行单指标规则制定ꎬ确定预警值范围和 预警条件ꎮ 其中部分瓦斯超限预警指标不能定量描 述ꎬ只能定性阐述来反应煤矿瓦斯超限预警真实情 况和现状ꎮ 瓦斯超限预警分为 ３ 级ꎬ分别为绿色、黄色、红色 ３ 种状态ꎮ 绿色表示正常生产ꎻ黄色预警表示需制定 措施放慢作业进度ꎻ红色表示必须停止作业ꎬ采取相 应措施治理瓦斯ꎮ 回采工作面超限预警指标见表 １ꎮ 表 １ 回采工作面瓦斯超限预警指标 Ｔａｂｌｅ １ Ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ 序号 规则类别 预警级别规则描述 １瓦斯黄色工作面瓦斯探头值 Ｔ１≥０.７％ ２瓦斯黄色回风瓦斯探头值 Ｔ２≥０.７％ ３瓦斯黄色７.５ ｍ３/ ｔ≤瓦斯含量 Ｗ８ ｍ３/ ｔ ４瓦斯黄色０.７ ＭＰａ≤瓦斯压力 Ｐ０.７４ ＭＰａ ５瓦斯黄色 ０.３％≤一班内同一工序条件瓦斯体积 分数变化值０.４％ ６瓦斯黄色 ０.２％≤回风瓦斯探头值 Ｔ２平均增加值 ０.３％ ７瓦斯红色工作面瓦斯探头值 Ｔ１≥０.８％ ８瓦斯红色回风瓦斯探头值 Ｔ２≥０.８％ ９瓦斯红色瓦斯含量 Ｗ≥８ ｍ３/ ｔ １０瓦斯红色瓦斯压力 Ｐ≥０.７４ ＭＰａ １１瓦斯红色 一班内同一工序条件瓦斯体积分数变 化值≥０.４％ １２瓦斯红色回风瓦斯探头值 Ｔ２平均增加值≥０.３％ １３地质构造黄色地质构造带 ２０ ｍ 范围内 １４地质构造黄色地面钻井或钻孔 ５０ ｍ 范围内 １５通风黄色有停风区域 １６通风黄色通风断面小于设计断面 ２/３ １７通风红色 工作面风量低于计划风量ꎬ风速与煤 矿安全规程规定不符 １８通风黄色有微风区域 １９通风黄色有风流反向区域 ２０管理黄色瓦斯异常不汇报 ２１管理黄色工作面出现地质构造不汇报 ２２管理黄色强化瓦斯措施执行不到位 ２３管理黄色通风设施人为损坏 ２４管理红色安全监测监控系统未及时安装 ２５管理红色监测监控有问题 ２６管理红色 因管理原因造成同一工作面黄色预警 达到 ２ 次/ 月 ２ 瓦斯超限预警多指标量化分析 模糊综合评价是以模糊数学为基础ꎬ应用模糊 ９５１ ２０１９ 年第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 关系合成原理ꎬ将一些边界条件不清ꎬ不容易定量的 因素定量化ꎬ并进行综合评价的一种方法[１４－１６]ꎮ 第 １ 节叙述中部分单指标存在定性指标ꎬ易导 致预警边界条件不清ꎬ降低预警准确率ꎬ故笔者建立 模糊评价模型进行两级评价ꎬ对瓦斯超限预警系统 进行多指标量化ꎬ确定预警边界ꎮ ２.１ 瓦斯超限模糊综合评价模型构建 １建立因素集ꎮ 由于工作面瓦斯超限影响因 素较多ꎬ处于不同阶层ꎬ基于模糊数学理论ꎬ建立二 级评价模型对瓦斯超限危险性进行预测或评价ꎮ ２建立评价集ꎮ 评价集指可能发生的评价结 果所组成的集合ꎮ 对于回采工作面瓦斯超限的评 价ꎬ可建立评价集 Ｖ＝ ｖ１ꎬｖ２ꎬｖ３ꎬ􀆻ꎬｖｎꎬ其中ꎬｖ１为 瓦斯红色预警ꎬｖ２为瓦斯黄色预警ꎬｖ３为绿色预警 安全ꎮ 根据相关规程规定以及某集团矿井大量 现场数据ꎬ通过统计分析得出工作面超限预警评价 值ꎬ见表 ２ꎮ 表 ２ 工作面瓦斯超限预警评价结果 Ｔａｂｌｅ ２ Ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｉｎ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ 瓦斯超限 评价等级 红色预警黄色预警安全绿色 区间值１５ꎬ１００]１.５ꎬ１５]０ꎬ１.５] 量化值５７.５８.５０ ３模糊综合评价过程ꎮ 模糊综合评价包括一 级评价和二级评价以及评价结果量化处理 ３ 个 过程ꎮ 第 １ 个过程一级模糊综合评价ꎮ 一级模糊综 合评价是对各因素集中的不同指标进行计算ꎬ以获 得指标集的评价结果ꎮ 根据评价指标相对于评价结 果的隶属关系ꎬ将各个指标隶属度进行归类ꎬ并归一 化处理ꎬ即可得到瓦斯超限的一级模糊综合评价体 系ꎮ 一级指标的评价集计算式为 Ｂｉ ＝ Ａ ｉ􀅱Ｒｉ 式中 Ｂｉ为指标评价集ꎻ Ａｉ为评价因素权重集ꎻ Ｒｉ 为隶属度矩阵ꎬｉ＝１ꎬ２ꎬ３ꎬ􀆻ｎｎ 为因素数量ꎬ计算 方法见式１ꎮ Ｒｉ＝ Ｒｉｕ１ Ｒｉｕ２ ⋮ Ｒｉｕｐ ＝ ｒ１１ｒ１２􀆻ｒ１ｍ ｒ２１ｒ２２􀆻ｒ２ｍ ⋮⋮⋮ ｒｐ１ｒｐ２􀆻ｒｐｍ １ 矩阵 Ｒｉ中第 ｉ 行第 ｊ 列元素 ｒｉｊꎬ表示某个被评 事物从因素 ｕｉ来看对 ｖｊ等级模糊子集的隶属度ꎮ 一个被评事物在某个因素 ｕｉ方面的表现ꎬ是通过模 糊向量 Ｒ ｜ ｕｉ 来表示的ꎮ 第 ２ 个过程二级模糊综合评价ꎮ 在一级模糊 综合评价的基础上ꎬ对各类评价子集进行矩阵运算ꎬ 可得总体评价集为 Ｂ ＝ ＡＲ 式中Ｂ 为总体评价集ꎻＡ 为二级评价因素权重集ꎻＲ 为总体隶属度矩阵ꎮ 第 ３ 个过程量化处理ꎮ 求出各评价子集和总 体评价集后ꎬ与评价集中相关级别的量化值相乘ꎬ即 可得出评价量化结果为 Ｖｉ＝ Ｖ′Ｂｉ 式中 Ｖｉ为评价结果所处的区间值ꎻ Ｖ′ 为评价结果 量化值ꎮ 总体危险性为 Ｖ ＝ Ｖ′ＢＶｉ ２.２ 评价模型案例分析 按照前述模糊综合评价步骤对试验矿井进行瓦 斯超限危险性综合评价ꎬ可预测或评价瓦斯超限危 险性大小及级别ꎬ某矿回采工作面瓦斯超限前指标 信息见表 ３ꎬ其中发生为“１”ꎬ未发生为“０”ꎬ某项指 标是否发生由表 １ 单向指标确定ꎮ １一级模糊综合评价根据式１ꎬ由表 ３ 可 以计算出瓦斯因素 Ｂ１ꎬ地质构造因素 Ｂ２ꎬ通风因 素 Ｂ３及管理因素 Ｂ４隶属关系ꎬ从而得到隶属度矩 阵为 Ｒ＝ ０􀆱 １７０􀆱 １９０􀆱 ６４ ００􀆱 ５６０􀆱 ４４ ００􀆱 ４２０􀆱 ５８ ０􀆱 ２１０􀆱 １３０􀆱 ６６ ２二级模糊综合评价根据一级模糊综合评价 得到的隶属度矩阵 Ｒꎬ结合各一级指标的权值组成 的权重集 Ａꎬ经矩阵运算 Ｂ ＝ Ａ􀅱Ｒ ＝ ｂ１ꎬｂ２ꎬ􀆻ꎬｂｎꎬ 即可获得该矿井的瓦斯超限危险级别ꎮ Ｂ ＝ Ａ􀅱Ｒ ＝０.０９６９ ０.３１３１０.５９ 按照最大隶属度原则ꎬ须按照加权平均原则方 法进行评价ꎮ ３评价结果的量化分析ꎮ 某矿回采工作面瓦 斯超限总体危险性 Ｖ≈１４.３８ꎻ瓦斯因素危险性 Ｖ ≈ １１.３９ꎻ地质构造因素危险性 Ｖ ≈ ４.７６ꎻ通风因素危 险性 Ｖ ≈ ３.５７ꎻ管理因素危险性 Ｖ４≈ １３.１８ꎮ 对照表 ２ 中的评价值标准可知ꎬ某矿回采工作 面瓦斯超限危险性等级总体属于黄色预警ꎬ瓦斯因 素的危险性等级为黄色预警ꎬ地质构造因素危险性 等级为黄色预警ꎬ通风因素危险性等级为黄色预警ꎬ 管理因素危险性等级为黄色预警ꎮ ０６１ 杨宏伟等矿井瓦斯超限实时预警技术研究２０１９ 年第 ８ 期 表 ３ 回采工作面瓦斯超限预警评价指标 Ｔａｂｌｅ ３ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅｓ 一级评价指标二级评价指标评价结果 指标权值指标权值 红色 预警 黄色 预警 安全 绿色 瓦斯０.３６ Ｔ１０.１４００１ Ｔ２０.１４００１ Ｗ０.１７００１ Ｐ０.１７１００ 一班内同一 工序下瓦斯体 积分数变化值 ０.１９００１ Ｔ２瓦斯体积分 数平均增加值 ０.１９０１０ 地 质 构 造 ０.１８ 地质构造带 ２０ ｍ 范围内 ０.５６０１０ 地面钻井或钻孔 ５０ ｍ 范围内 ０.４４００１ 通风０.２９ 有停风区域０.２１０１０ 通风断面小于 设计断面 ２/３ ０.１２００１ 工作面风量 低于计划风量ꎬ 风速与煤矿安全 规程规定不符 ０.２４００１ 有微风区域０.２１０１０ 有风流反向区域０.２２００１ 管 理 因 素 ０.１７ 瓦斯异常不汇报０.１３００１ 工作面出现地 质构造不汇报 ０.１５００１ 强化瓦斯措施 执行不到位 ０.１３０１０ 通风设施 人为损坏 ０.１５００１ 安全监测监控 系统未及时安装 ０.１３００１ 监测监控停运０.２１１００ 因管理原因造成 同一工作面黄色 预警达到 ２ 次/ 月 ０.１００１ ３ 瓦斯超限预警系统设计 根据上述确定的综合预警指标ꎬ建立了瓦斯超 限预警系统ꎬ瓦斯超限预警系统软件的结构设计采 用通用的 Ｃ/ ＳＣｌｉｅｎｔ/ Ｓｅｒｖｅｒ 结构和 Ｂ/ ＳＢｒｏｗｓｅｒ/ Ｓｅｒｖｅｒ 结 构[１７－１８]ꎬ 数 据 库 采 用 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ＳＱＬ ２００８Ｒ２ꎮ 该系统采用先进的 ＧＩＳ 技术、网络通信技 术、数据库技术ꎬ实现煤矿瓦斯的预警ꎬ对瓦斯监测 信息监控系统数据和井下人工录入数据进行集 中管理、统计、分析ꎬ结合已建立瓦斯预测模型对瓦 斯超限进行预测预报ꎬ从而有效防止煤矿瓦斯灾害 事故的发生[１９－２０]ꎮ 软件系统构成主要分为软件、硬件和网络 ３ 个 部分ꎮ 软件部分设置了瓦斯超限预警平台及集团网 络平台ꎻ硬件部分为井下数据录入终端和监控数据 探头ꎬ井下录入终端采用沈阳研究院研发的 ＫＪ１２７ 型录入装置ꎻ网络部分负责硬件和软件部分数据传 输ꎬ总体设计结构如图 ２ 所示ꎮ 图 ２ 瓦斯超限预警系统设计结构 Ｆｉｇ.２ Ｄｅｓｉｇｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｇａｓ ｏｖｅｒｒｕｎ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ 瓦斯超限预警信息来源主要包括日常预警信息 的录入以及矿井安全监控系统的瓦斯浓度监测数据 等ꎬ该系统包括服务器端和客户端 ２ 个部分客户端 主要是数据的统计分析ꎬ以及瓦斯预警指标的考察ꎻ 服务器端的功能是自动计算通过客户端考察确定出 的预警指标值ꎬ实现预警功能ꎮ 根据预警指标及预警需求编制了瓦斯超限预警 系统软件ꎬ瓦斯超限预警结果输出界面如图 ３ 所示ꎮ 图 ３ 瓦斯超限预警系统结果输出界面 Ｆｉｇ.３ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｏｖｅｒｒｕｎ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ４ 瓦斯超限预警系统运行结果统计 瓦斯超限预警系统已在某集团运行 ２ 年ꎬ收集 下属矿井工作面单指标瓦斯超限预警有效相关数 １６１ ２０１９ 年第 ８ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４７ 卷 据ꎬ以及单指标和多指标量化模型下的有效预警数 据ꎬ分析统计结果见表 ４ꎬ可见采用多指标模型预警 次数更贴近实际发生次数ꎬ预警准确率得到大幅度 提高ꎬ可以在该集团其他类似条件矿井工作面参考 应用ꎮ 表 ４ 瓦斯超限预警结果统计 Ｔａｂｌｅ ４ Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ 项目红色超限次数黄色超限次数 单指标模型６３５ 多指标模型３２４ 实际发生超限次数２ 注多指标模型包含实际发生次数ꎮ ５ 结 论 １依据煤矿安全规程规定并结合某集团自 身条件ꎬ建立回采工作面瓦斯超限预警指标体系ꎬ指 标体系从瓦斯、通风、地质构造及管理 ４ 个方面进行 红色、黄色、绿色 ３ 级预警ꎬ依据监控系统瓦斯体积 分数数据模型化作为实时预警指标ꎬ其他人工采集 数据作为趋势预警指标ꎬ既体现了预警的实时性ꎬ又 对未来趋势进行了判断ꎬ有利于煤矿的安全生产ꎮ ２预警指标分为单指标及多指标ꎬ单指标是利 用单一数据来源进行阈值判断ꎬ多指标包括定性指 标定量化ꎬ单一指标的关联化ꎬ通过模糊理论建立了 多指标量化模型ꎬ确定了各指标权重数ꎬ采用二级评 价模式进行指标量化和预警并实例分析ꎮ ３利用 Ｃ/ Ｓ 和 Ｂ/ Ｓ 结构构建了预警系统ꎬ利用 网络通信技术和传输设备ꎬ保证预警信息及时发布ꎮ 预警系统运行结果显示多指标量化模型较单指标模 型更贴近实际ꎬ提高了瓦斯超限预警准确率ꎮ ４瓦斯超限影响因素复杂ꎬ瓦斯超限预警指标 的科学性确定还需进一步研究探讨ꎬ系统的完善还 需要大量现场数据的积累与研究ꎮ 本文只进行了相 关研究及应用ꎬ作为现场瓦斯灾害预警的一种辅助 手段ꎬ结果可作为煤矿安全管理者的参考依据ꎮ 参考文献Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ [１] 李海臣.采煤工作面瓦斯浓度超限预警技术及装备研究 [Ｄ]. 徐州中国矿业大学ꎬ２０１１１３－１８. 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