基于煤与瓦斯突出孕育发展过程的辨识与跟踪预警系统

摘要

本发明公开一种基于煤与瓦斯突出孕育发展过程的辨识与跟踪预警系统，其特征在于，包括：监控系统数据服务器、交换机、预警系统数据服务器、路由器、因特网或局域网、超级终端、客户端，其中，监控系统数据服务器、交换机、预警系统数据服务器位于监控中心局域网，因特网或局域网、超级终端和客户端位于矿区整体局域网。本发明采用实时指标、现场观感指标、实测和基础指标相结合的预警指标体系，能更全面反映煤与瓦斯突出机理、早期孕育阶段及演化过程中的动态趋势，进而实现煤与瓦斯突出早期准确辨识与预警。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体是一种基于煤与瓦斯突出孕育发展过程的辨识与跟踪预警系统。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿下生产过程中发生的一种极其复杂的动力现象，它能在较短的时间内由煤体向巷道或采场突然喷出大量的煤炭及涌出大量瓦斯，并造成一定的，有时是十分巨大的动力效应，它是既瓦斯爆炸之后最严重的瓦斯灾害，是地应力和瓦斯压力共同作用的结果。煤与瓦斯突出是目前煤矿威胁重大的事故之一，一直以来，国内外煤界投入了大量人力、物力和财力用于防治煤与瓦斯突出研究。通过以往突出案例数据分析可以发现，煤与瓦斯突出孕育过程中，瓦斯涌出通常会表现出异常的变化趋势，若能建立符合实际的突出前瓦斯涌出异常的变化趋势数学模型和辨识系统，则可将其用于突出预警预报，将事故消除在孕育过程中。目前，我国高瓦斯矿井基本上都装备了瓦斯安全监测系统，但功能大多仅限于瓦斯浓度监测和进行浓度超限断电控制。实际上，如果对监测系统监测的瓦斯数据进行深入挖掘和开发，利用监测资料进行瓦斯涌出的趋势分析，实现突出的实时预警和预报是可行的。除此以外，事故预警信息发布后，突出灾害是否会发生和扩大化将直接取决于组织管理、应急响应和决策水平，对突出发生的事前、事中、事后各个环节进行有效组织管理，可及时阻止不良发展趋势，使生产状态尽快步入良性轨道。因此，建立煤与瓦斯突出早期辨识与实时预警决策支持系统，对于煤与瓦斯突出防控水平的提高，保障煤矿安全生产，具有显著的社会和经济效益。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于煤与瓦斯突出孕育发展过程的辨识与跟踪预警系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于煤与瓦斯突出孕育发展过程的辨识与跟踪预警系统，其特征在于，包括：监控系统数据服务器，用于实时读取煤矿安全监控系统瓦斯浓度实时监控数据信息；交换机，用于实现监控数据转换与传送；预警系统数据服务器，用于从监控系统数据服务器读取瓦斯浓度数据按预定程序进行数据处理，包括指标计算、指标等级判断和工作面预警等级判断、绘图参数计算，分别保存在数据文件和数据库中，供客户终端调用；路由器，连接局域网；局域网；超级终端，进行预警指标信息数据录入；客户终端，从局域网接收服务器端有关预警的实时和动态数据，经系统软件处理后，实现与瓦斯突出有关预警信息，包括文字、图形和表格的浏览；其中，监控系统数据服务器、交换机、预警系统数据服务器位于监控中心局域网，局域网、超级终端和客户终端位于矿区整体局域网。

本系统采用分布式计算模式，预警系统服务器端从监测系统服务器端读取瓦斯浓度数据，进行指标计算、指标等级判别和工作面等级判别，客户端则从预警系统服务器端读取处理后的指标、等级判别数据，进行绘图、预警信息表生成和显示。

所述预警指标体系包括：实时指标，包括等效瓦斯浓度、等效瓦斯浓度波动率、等效瓦斯浓度变值频率增值、均值线、浓度增幅，反映瓦斯涌出异常的本质和现象；现场观感指标，包括打钻异常、应力异常、地质构造、煤层变化、工艺、应力集中、其它动力现象：实测和基础指标，包括钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度、煤层基础信息，反映煤层和瓦斯地质异常。

所述预警指标和工作面突出预警等级按严重情况分不同等级，预警系统信息按不同预警等级发布。

工作面预警等级分为关注、提醒、报警和响应级别，预警系统信息通过声音报警、屏幕显示和短信发送相结合，发送对象则按预警等级分类。

所述预警系统信息流程包括以下步骤：

(1)人工录入现场动态信息和预测指标信息；

(2)获取瓦斯监测系统瓦斯浓度数据，结合事先录入的动态信息和预测指标信息，通过预警指标体系判断瓦斯突出指标是否存在异常；

(3)如果瓦斯突出指标存在异常，采用预警信息分级发布策略，即根据相应的预警响应等级向预定人群发出预警信息；

(4)预警信息分级处置，即根据预警等级启动相应等级的应急预案，利用局域网和电话通知分管领导、分管科室、调度室和队调度室等，参照决策支持指南，制定事故处理措施。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、本发明采用C/S模式，分服务器端、超级终端和客户终端，采用分布式计算模式，各模块具有不同分工，且在局域网范围内，授权人员可随时登陆客户端查看系统运行信息，为决策提供参考。大大提高了系统运行效率、信息覆盖范围，为事故的及时处理和决策奠定了基础。

2、本发明采用实时指标、现场观感指标、实测和基础指标相结合的预警指标体系，能更全面反映煤与瓦斯突出机理、早期孕育阶段及演化过程中的动态趋势，进而实现煤与瓦斯突出早期准确辨识与预警。

3、本发明的预警系统采用计算机自动辨识与人工核审、权威机构和权威人员发布相结合，预警方法通过声音、屏幕显示和短信发送相结合，预警信息分级发布、分级处置，为突出事故的有效预防、及时控制和防止扩大化提供了保障。

附图说明

图1为本发明系统网络结构示意图。

图2为本发明预警指标示意图。

图3为本发明预警信息分级发送示意图。

图4为本发明预警分级处置示意图。

图5为本发明预警系统信息流示意图。

图中：1、监测系统数据服务器，2、交换机，3、预警系统数据服务器，4、路由器，5、局域网，6、超级终端，7、客户终端，8、监控中心局域网，9、矿井局域网。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种基于煤与瓦斯突出孕育发展过程的辨识与跟踪预警系统，包括：监控系统数据服务器1，用于实时读取煤矿安全监控系统瓦斯浓度实时监控数据信息；交换机2，用于实现监控数据转换与传送；预警系统数据服务器3，用于从监控系统数据服务器读取瓦斯浓度数据按预定程序进行数据处理，包括指标计算、指标等级判断和工作面预警等级判断、绘图参数计算，分别保存在数据文件和数据库中，供客户终端7调用；路由器4，连接局域网5；局域网5；超级终端6，进行预警指标信息数据录入；客户终端7，从局域网5接收服务器端有关预警的实时和动态数据，经系统软件处理后，实现与瓦斯突出有关预警信息，包括文字、图形和表格的浏览；

其中，监控系统数据服务器1、交换机2、预警系统数据服务器3位于监控中心局域网8，局域网5、超级终端6和客户终端7位于矿区整体局域网。

如图2所示，所述的判断瓦斯突出指标是否异常的预警指标体系，包括实时指标、现场观感指标、实测和基础指标。实时指标是采用监测系统采集的实时数据，经过进一步挖掘总结出的指标。具体包括等效瓦斯浓度(等效浓度)、等效瓦斯浓度波动率(简称波动率)、等效瓦斯浓度变值频率(简称频率)增值、均值线、浓度增幅等，主要反映瓦斯涌出异常的本质和现象，特点是可灵敏反映突出孕育阶段的异常涌出、地应力活动和煤岩体变化；现场观感指标是反映煤与瓦斯突出早期阶段的宏观和微观的各种征兆，可通过现场人员获得，并人工录入。具体包括打钻异常、应力异常、地质构造、煤层变化、工艺、应力集中、其它动力现象等，主要反映瓦斯压力和地应力异常；实测与基础指标包括实测指标与基础指标，实测指标是按《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，工作面生产过程采用和测定的突出预测参数，如钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度等，而基础指标是工作面的生产环境，如开采深度、煤层厚度、与断层的相对位置等，与前述实时指标和现场观感指标对应，此为静态评价指标，可作为预警决策参考。

如图3所示，所述的工作面预警等级分为关注、提醒、报警和响应级别，预警信息通过声音报警、屏幕显示和短信发送相结合，发送对象则按预警等级分类，具体发送对象如下：

1)关注等级。发送对象为防突科、相关人员；

2)提醒等级。发送对象为生产单位负责人、职能部门负责人；

3)报警等级。发送对象为副总、医务部门、调度室；

4)响应等级。矿长、总工、常务副矿长、分管副矿长、安全副矿长、值班(副)矿长、救护队。

如图4所示，突出警报发布后，可为事故处理提供相应决策支持，本系统针对不同预警等级提供不同处理策略，具体如下：

1)关注等级。宣布进入预警期，启动关注级别预警处置措施。进行重点监控，专人进行工作面现场动态观测；防突机构就开会研究分析实时、预测和突出危险性基本信息资料；2小时向主管单位负责人汇报一次。

2)提醒等级。启动提醒级别预警处置措施，进行重点监控，专人进行工作面现场动态观测，异常时及时汇报现场动态；防突机构开会研究分析实时、预测和突出危险性基本信息资料；定时1小时汇报一次，特殊情况随时汇报；向预定人员发送信息；负有特定职责的人员进入待命状态，并动员后备人员做好参加应急救援和处置工作的准备。

3)报警等级。启动报警级别预警处置措施，宣布进入响应期，向预定人员发送信息；由副总级负责人召集技术人员对现场进行检查，对数据进行分析；向总工和矿长汇报，制定处理措施；调集应急救援所需物资、设备、工具，准备应急设施和避难场所，并确保其处于良好状态、随时可以投入正常使用。

4)响应等级。启动响应级别预警处置措施，并启动应急预案；工作面停产、撤人；受突出影响地区要停产和撤人；做好处理突出事故的准备。

如图5所示，为系统预警信息流。瓦斯和风速数据利用瓦斯和风速传感器采集，通过监测系统数据服务器传送给预警系统数据服务器，进而通过预警信息处理系统进行计算处理，结合人工录入的现场动态信息和预测指标信息，判断瓦斯突出指标是否存在异常，如果是则进入预警响应阶段。预警监测中心根据等级向预定对象发出相应的响应预警，同时启动响应预案，通过局域网、电话和短信的方式，向分管领导、分管科室、调度室、队调度室等发送预警信息，以及时制定突出事故处置措施。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。如果本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。