煤礦監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯數(shù)據(jù)分析技術(shù)研究
瓦斯測點的布置情況，將礦井通風網(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、流出測點的歷史數(shù)據(jù)，計算每條巷道的瓦斯歷史數(shù)據(jù)規(guī)律，獲得礦井瓦斯裹 動的歷史規(guī)律和近期規(guī)律，最后將當前瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)放在歷史規(guī)律的背景中進行分析，給出對當言 瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理性判斷。
關(guān)鍵詞：瓦斯；通風網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控系統(tǒng)
中圖分類號：TD76 文獻標志碼：A 文章編號：0253—2336(2008)04—0058一03．
礦井瓦斯監(jiān)測是預(yù)防瓦斯災(zāi)害的重要手段，礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)和瓦檢人員隊伍則是保障煤礦安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。
煤礦現(xiàn)場的作業(yè)地點和相關(guān)重要位置是煤礦瓦斯監(jiān)測的重點，每班均有瓦斯數(shù)據(jù)測得和保存，在
安裝有瓦斯自動監(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)場積累的瓦斯數(shù)
據(jù)是十分豐富的。然而，目前礦山所測定的瓦斯數(shù) 據(jù)進入安全技術(shù)管理的生命周期很短，主要僅用來判斷當時當?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，與通風瓦斯相關(guān)的計算、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、且與通風瓦斯前臺管理相分離的條件下完成的，主觀因素重，對日常管理的作用往往是間接的，因而效果不顯著。其實，大量通風和瓦斯的測定數(shù)據(jù)形成了浩大的時空序列，除了直接指示測點區(qū)域的安全狀況以外，其中還包含了瓦斯運移與積聚的重要信息。礦井瓦斯涌出規(guī)律及其對礦井風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。有效解讀通風瓦斯數(shù)據(jù)時空序列所隱含的瓦斯涌出、轉(zhuǎn)移、平衡、積聚的趨勢和現(xiàn)狀，并將日常測值予以實時分析以確定該測值可能揭示的通風瓦斯異常和瓦斯災(zāi)害預(yù)警，對于掌握瓦斯治理主動權(quán)有著重要的意義。
1 礦井瓦斯監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析研究現(xiàn)狀
煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測對象包括巷道風速、瓦霧斯、一氧化碳等，其中，瓦斯的實時監(jiān)測是國內(nèi)外瓦斯治理的基本手段。國產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)多年的研究積累，達到了一定的水平，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)測功能為主，系統(tǒng)僅對采集到的各類數(shù)據(jù)進行實時及歷史曲線顯示等規(guī)處理，不能形成對瓦斯狀況的預(yù)警與工程措施
乏果預(yù)案分析等專業(yè)功能。
從目前國內(nèi)外在瓦斯涌出量預(yù)測方面的研究來看，瓦斯涌出量預(yù)測方法可分為2類H。：一類是建
立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上的礦山統(tǒng)計法，這種方法依據(jù)礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計規(guī)律，外推到預(yù)測的新區(qū)，主要適用于地質(zhì)條件簡單的礦井；另一類是以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測參數(shù)的瓦斯含量法，這種方法通過計算井下各涌出源的瓦斯涌出量．得到礦井或某一預(yù)測范圍的涌出量預(yù)測值“這2類方法都只是用于對全礦井瓦斯涌出量的宏觀預(yù)測，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)測點在井下巷道的布置情況，可以分別對全礦井、礦井部分區(qū)域和具體巷道進行預(yù)測：
2監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯分析技術(shù)
在既定的通風網(wǎng)絡(luò)中，礦井瓦斯混合在風流中安照流體力學的規(guī)律來移動。流體力學中把流體看
車連續(xù)介質(zhì)，流體由無窮多的流體質(zhì)點組成，系統(tǒng)是指某一確定流體質(zhì)點的總體。系統(tǒng)的邊界把系統(tǒng)確外界分開。系統(tǒng)隨流體運動而運動，其邊界形狀和聽包圍空問的大小隨運動而變化。在系統(tǒng)邊界上．沒有流體流出或流進，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)點組成。
系統(tǒng)的概念實際上就是采用拉格朗日觀點來描述流體的運動。但在大多數(shù)流體力學實際問題中，
專個別流體質(zhì)點或流體團的運動及其屙l生并不感興趣．感興趣的是流體對流體場中物體或空間中某體 積的作用和影響。在瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中，人們關(guān)注的并不是同一流體團瓦斯質(zhì)點在通風網(wǎng)絡(luò)中的運動軌跡．而是在特定地點的瓦斯?jié)舛葓龅淖兓?，因此引入控制體的概念【2】
控制體是指流場中某一確定的空間區(qū)域，控制體的邊界面稱之為控制面?？刂泼嫔峡梢杂匈|(zhì)量交
換．即有流體流進或流出，因此占據(jù)控制體的流體質(zhì)點是隨時問而改變的。在瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中，如果根據(jù)瓦斯測點的分布狀況，將整個通風網(wǎng)絡(luò)劃分為互相毗連的若干個控制體，就可以對每個控制體中的瓦斯流量和濃度變化進行研究。瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)以通風網(wǎng)絡(luò)中不同地點的瓦斯?jié)舛葹橹饕O(jiān)測目標，而通風網(wǎng)絡(luò)中每一點的瓦斯?jié)舛入S時間不斷發(fā)生變化，同一時刻各點的瓦斯?jié)舛纫膊幌嗟?，所以通風網(wǎng)絡(luò)中的瓦斯?jié)舛葓鍪欠嵌ǔ?、非均勻場一“?
在通風網(wǎng)絡(luò)中，對任意的控制分區(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)各測點瓦斯流量的代數(shù)和。為
了統(tǒng)計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，對于瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的每一組測值，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，進而可以得到全礦井各巷道的大量瓦斯涌出值。對巷道的瓦斯涌出值進行統(tǒng)計，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
在某礦進行驗證研究工作，該礦的通風方式為多井口進風，分區(qū)通風方式。各采區(qū)及各用風地點均實行獨立通風，南一主要通風機擔負南一采區(qū)、北二采區(qū)的通風任務(wù)，北一、北二主要通風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)擔負北一采區(qū)的通風任務(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
制好的某礦的通風網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。
該礦的人工瓦斯測點共有13個，見表1.
測點編號 測點名稱 測點所在巷道編號 測點所在巷道名稱 1 11501采煤工作面 27 11501掘進工作面 2 11501采煤工作面回風流 29 11501回復(fù)呢個斜巷 3 2321采煤工作面 22 21工作面 4 2321采煤工作面回風流 23 21回風巷 5 2508采煤工作面 49 08工作面 6 2508采煤回風流 51 07回風人斜巷 7 南翼3號工作面 12 南翼3號聯(lián)絡(luò)巷 8 南翼3號回風流 16 南翼3號回風巷 9 南翼5號煤工作面 30 5號煤軌道上山 10 南翼行人上山回風流 31 2508行人回風上山 11 南翼工作面 45 施工行人進風巷 12 385總回風測點 77 385主要通風機位置 13 3號煤總回風測點 67 局部通風機硐室
在通風網(wǎng)絡(luò)圖上添加瓦斯測點，自動將瓦斯測點與巷道關(guān)聯(lián)起來，同時錄入測點的基本信息，其操作示意如圖2所示。
依據(jù)以上通風網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和瓦斯測點，運行本軟 件，軟件計算完成之后，單擊某巷道就可以查看其
瓦斯涌出歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計直方圖和概率分布圖，如08工作面的瓦斯涌出統(tǒng)計直方圖(圖3)。圖3中
測點數(shù)表示瓦斯涌出歷史數(shù)據(jù)中落在某區(qū)間的個數(shù)。
08工作面的瓦斯涌出統(tǒng)計分布如圖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應(yīng)橫坐標某值的概率。
4 結(jié) 語
在礦井瓦斯分析預(yù)測方面提出采用控制分區(qū)來計算全礦井的瓦斯涌出、流量和濃度的波動規(guī)律|
這樣就在瓦斯數(shù)據(jù)處理方面提供了一種根據(jù)已知歷史數(shù)據(jù)生成未知準歷史數(shù)據(jù)的方法，這對于井下瓦斯測點布置的巷道的瓦斯預(yù)測具有重要意義。 |
參考文獻：
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『4] 黃聰明．c#面向?qū)ο蟪绦?a href=http://cltuan.cn/sjsm/ target=_blank class=infotextkey>設(shè)計[M]．北京：科學出版社，2004．
作者簡介：李高正(1972一)，男，江蘇豐縣人，博士，副教授，研究方向為制造信息學、自適應(yīng)控制、計算機信息系統(tǒng)、礦山安全等，現(xiàn)主要從事煤炭機電設(shè)備管理和煤炭企業(yè)信息化工作。
Tel：0933—7731212，E—mail：lgzlhg@126．com
