1、煤矿重大灾害辩识和控制信息系统煤矿重大灾害辩识和控制信息系统1 1 开发背景开发背景1.1国内外相关技术与产品现状及问题通过近十几年的建设，我国煤矿生产成绩斐然，原国有煤矿采掘机械化程度达到 70以上，其中综合机械化程度达到 50以上。全国年生产能力 1000 万 t 以上的煤炭企业 20 余处，形成了一大批高产高效矿井。但是，由于煤矿井下作业处于地表深处，地质条件复杂，环境恶劣，瓦斯、粉尘、水灾、火灾隐患难以探测和辨识，大型事故时有发生，给我国煤矿生产造成了重大损失，也危及了煤矿工人的人身安全。尤其是“一通三防”、“防治水”是关系到矿井安全生产的两个重要方面，是困扰煤炭行业多年来的难题。多年
2、来，我国煤炭行业和各煤炭企业分别做了大量行之有效的工作，不但规定高瓦斯矿井必须装备监测监控系统，而且要严格执行“先抽后采、监测监控、以风定产”的原则，制定了新的比较完善的煤矿安全规程，在一定程度上保障了安全生产。但是，从应用等方面目前普遍存在以下问题。1.1.1矿井一通三防管理我国煤炭企业的监测监控系统应用起步较晚，80 年代初才开始从国外引进了监测监控系统，如 DAN6400 、MINOS 和 Senturion-200 等，装备了部分煤矿;在消化吸收的同时，先后有许多厂家结合我国具体情况进行了国产化，并研发了一些新的监测系统，如 KJ90、KJ10、KJ95、KJ4、KJ66、KJ2000
3、、A8000、KJ76 等。但是一般监测监控系统数据传输和发布功能较差，不支持按真实比例的矢量图形显示模式和 WEB 发布功能。而且不具备包括通风、瓦斯、防尘、防灭火等方面的专业分析功能、专业故障诊断和隐患辨识功能、更不具备决策支持功能。所有采集到的数据，基本上是由专业人员分析后才能用于实际决策，快速反应能力较差。而且各专业系统数据共享存在通信协议等问题，联动能力差，而且仅靠监测系统，而没有考虑地质构造造成的瓦斯聚集很难进行超前预测预报。总之，“一通三防”工作中瓦斯、粉尘、水灾、火灾的隐患辨识、预警能力和反应速度不仅取决于监测监控系统硬件设备处理能力和数据传输能力，而且软件系统的处理能力、专业
4、分析能力和决策支持能力起着非常重要的作用。1.1.2矿井防治水管理在我国，除大气降水、地表水以及相关的潜水含水层外，煤矿老窑采空区、陷落柱的发育程度及断层的富水性，也直接威胁煤矿的安全生产，老窑采空区、溶岩陷落柱、导水断层造成淹井事故屡见不鲜。究其原因，正象贾福海院士所说：“我国矿山水害严重，淹井事故之多，水量之大，可谓世界之最。究其原因，多因水文地质条件复杂，相当一部分矿山，水文地质条件未查明或涌水量预测不准确而造成。”。也就是说，在矿井“防治水”方面，虽然有许多勘察方法，如电法、磁法、重力法以及三维地震等，在涌水量预测方面也有像解析法、数值法和电网络模拟法等一些比较有效的手段，煤矿安全规程
5、也对地面“防治水”和井下“防治水”作了详细规定。但许多矿山前期投入不足，设置的观测井、观测孔和观测点较少，而且这些观测信息一般没有用计算机进行处理，预测预报能力差，对地表水、地下水的赋存状态和流动规律掌握不够，对出水点及出水量，以及积水范围和积水量没有正确的估计，一味只注重封堵和排放，造成了严重的被动局面，使有些水害事故成了不必要的必然，也就是说重治不重防。虽然，有些学者也对基于 GIS 的地质灾害和水资源管理进行了研究，但在判断含水层、圈定富区、识别导水通道、估计持水量和计算涌水速度等方面缺乏系统的理论支持，三维可视化能力差，决策性和直观性不强也给开采设计、巷道布置、工作面布置以及掘进回采等
6、工作带来了困难和盲目性。1.1.3矿压管理与控制目前，我国采掘业中的冒顶、鼓底、冲击地压和矿震也是威胁矿工生命的主要灾害之一，虽然经过了几代学者的不懈努力，提出了多种矿业理论，但最具代表性的是“砌体梁理论”和“传递岩梁理论”，这两种理论相互补充，在实际生产中发挥了巨大的作用。但由于地质构造的复杂性和生产工艺的多样性，现场的工程技术人员很难清楚地解释矿压现象、识别矿压事故，难以做到来压超前预报、选择合理的巷道位置、确定合理的工作面尺寸、选择合理的支护方式和支护设备、控制工作面推进速度、避免矿压事故发生。1.2发展趋势安全信息保障系统的发展趋势是在三维地质模型的基础上，完善各种传感器和监测系统的基础上，探讨对水灾、火灾、瓦斯、粉尘、矿压等各种灾害的隐患探测、故障诊断和灾害治理新方法，开发成功基于信息技术和网络环境的，利用能够处理和管理所有地面对象和地下对象的三维地下工程 CAD/GIS 平台。其中地面对象包括山体、水体、建筑、道路、桥梁和设备等，地下对象包括巷道、硐室、煤岩层、矿体、断层、陷落柱、各种含水层和富水区域、瓦斯赋存体和采、掘、机、运、通、供电、排水专业系统等。该平台不仅能够对采
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