煤矿安全智能化体系建设思路浅议

［摘要］针对煤矿安全智能化发展相对滞后，建设思路不明确的问题，以《智能化煤矿（井工）分类、分级技术条件与评价》《智能化采煤工作面分类、分级技术条件与评价指标体系》为基础，对标3个阶段建设目标，按照灾害感知、灾害分析和灾害管控3个方面对灾害精准监测防控建设内容进行了细化，按照通风基础参数感知技术及装备、通风解算系统、通风控制平台和灾变通风应急体系4个方面对煤矿通风系统智能化的建设内容进行了细化，从煤矿安全智能化建设目标、建设内容和建设标准3个方面为煤矿安全智能化建设提供了较为明确的建设思路。

［关键词］安全智能化；灾害监测；智能通风；建设内容；建设标准

0引言

煤矿安全智能化是煤矿智能化建设的核心内容之一，目前国内煤矿智能化建设主要集中在煤矿生产、运输等与生产直接相关的系统上［1］，煤矿安全智能化建设相对滞后。在煤矿灾害监测防控中，瓦斯、水、火、顶板、冲击地压及粉尘等灾害仍处在灾害参数实时监测及相关信息超限报警的初级阶段，灾害防治尚未达到超前预控、精准防范、区域治理的智能化水平［2－4］。在煤矿通风方面，目前主要采用人工和半人工管理方式，通风系统的自动化、智能化水平较低，与煤矿智能化建设要求有较大差距［5－6］，如何提高煤矿安全智能化水平成为当前煤矿安全科研工作者和管理者的重大难题。在智能化矿山建设总体规划中，王国法等［7］提出了智能化矿山建设的标准体系框架与建设思路，在中国煤炭学会批准的《智能化煤矿（井工）分类、分级技术条件与评价》《智能化采煤工作面分类、分级技术条件与评价指标体系》中［8－9］，将智能化工作面生产系统和智能化工作面辅助生产系统分为14个子系统进行标准化约束。其中，工作面通风防灭火监控子系统和智能安全监测子系统主要对安全智能化的标准做了要求，按照一般要求和智能化要求对安全监测子系统需要具备的功能进行了细化；在智能安全监控系统要求中，明确了智能安全监控系统必须能够实现对瓦斯灾害、水害、火灾、顶板灾害、冲击地压灾害等监测、分析、预测与预警，并与相关防灾技术与装备实现智能联动［10－11］。因此，本文围绕灾害智能化防控和煤矿智能化通风2个方面，按照智能化建设的初级阶段、中级阶段和高级阶段3种类型，对煤矿智能化建设目标、建设内容和建设标准进行更为深入地细化和讨论。

1煤矿安全智能化建设目标

煤矿安全智能化建设主要包括煤矿灾害精准监测防控和煤矿通风系统智能化2个方面。按照煤矿智能化总体发展思路，对初级阶段、中级阶段和高级阶段3个阶段各自建设目标进行细化。

1.1灾害精准监测防控

（1）初级阶段。实现瓦斯灾害、水灾、火灾、顶板灾害、冲击地压和粉尘灾害自适应门限的分级报警。（2）中级阶段。在初级目标的基础上，还能够实现以下功能：①实现单一灾害精准预警和事故报警；②完成各类灾害监测信息和报警信息的融合，实现多系统、多参量模态化预警，建立煤矿灾害综合监测、报警和预警平台。（3）高级阶段。在中级目标的基础上，还能够实现以下功能：①实现灾害本源参数的实时反演和精准定位；②实现主要灾害超前预警、预测和预报，为灾害防治提供辅助决策。

1.2通风系统

（1）初级阶段。①实现煤矿通风参数和环境参数的自动测定；②实现通风仿真软件的实时解算和调风方案优化；③实现主要通风动力及通风设施的无人值守、有人巡视。（2）中级阶段。在初级目标的基础上，还能够实现以下功能：①实现煤矿通风、环境自动测定参数与通风网络解算软件集成运行；②实现通风系统状态的自动识别，及时判断煤矿灾变通风状态；③实现通风网络实时解算及灾变状态下的风流模拟仿真；④实现主要通风动力及通风设施的无人值守、远程控制。（3）高级阶段。在中级目标的基础上，还能够实现以下功能：①实现人员、车辆位置的信息集成，实现用风点需风量的超前预测并实现智能配风；②自动优化常态通风和灾变通风下的调风、控风方案，实现通风设施、通风动力的远程智能控制。

2煤矿安全智能化建设要求

综合煤矿安全智能化建设目标和建设内容来看，在安全智能化初级阶段、中级阶段和高级阶段，对应的技术要求是有所不同的。建设目标明确了各个阶段需要发展的方向，建设内容给出了要完成目标需要补充或完善的硬件装置、软件系统和平台。按照灾害精准监测、矿井通风和安全智能化辅助机器人研发3个方面，分别对3个建设阶段对应的建设内容应该达到的建设标准进行说明。

2.1灾害精准监测防控

（1）初级阶段。①灾害感知：实现水、火、瓦斯、顶板、冲击地压和粉尘的自动化实时监测，通过有线或者无线方式上传至各个灾害分析、报警系统；②灾害分析：实现灾害报警门限值的自适应调节分析，为分级报警提供依据；③灾害管控：实现单一灾害的自动分级报警，为现场灾害管控提供技术支持。（2）中级阶段。①灾害感知：在各灾害垂直监测系统的基础上建立灾害综合监测平台，建成水、火、瓦斯、顶板、冲击地压和粉尘监测数据的综合灾害精准防控数据中心；②灾害分析：实现各单一灾害分析、预警和报警，实现多灾害综合分析预警；③实现单一灾害监测及隐患预警，自动生成隐患处置参考方案，实现灾害隐患的信息化闭环管理，协助现场进行灾害安全管控。（3）高级阶段。①灾害感知：打破各灾害垂直监测的系统壁垒，利用物联网、边缘网关等技术，实现水、火、瓦斯、顶板、冲击地压和粉尘监测数据统一的综合实时采集，建成具备物联感知功能的综合灾害精准防控数据中心；②灾害分析：实现单一灾害精准仿真和反演，利用大数据、专家决策等技术实现主要灾害超前预警、预测和预报；③实现单一灾害隐患超前精准预警，自动生产隐患处置优选方案，实现灾害隐患的智能管理，提供当前灾害防治的对策意见。

2.2通风系统

（1）初级阶段。①参数感知：实现主要通风机最大阻力路线的风速、绝压、温度、湿度的监测；实现矿井测风点的风速、绝压、温度、湿度等参数的监测；实现主要用风地点的风速、绝压、温度、湿度、CH4、CO、烟雾的监测；②仿真系统：实现煤矿通风网络实时解算；③通风控制：实现主通风机远程控制；实现局部通风机远程控制；④灾变通风：通风网络解算能够实现灾变条件下的通风系统模拟。（2）中级阶段。①参数感知：实现主要通风机最大阻力路线的风速、绝压、温度、湿度的监测；实现矿井测风点的风速、绝压、温度、湿度等参数的监测；实现主要用风地点的风速、绝压、温度、湿度、CH4、CO、烟雾的监测；②仿真系统：实现通风仿真网络风流与气体、烟雾等参数的仿真模拟；实现矿井通风报表与通风阻力分布报告的自动生成；③通风控制：实现远程自动调节风窗协同控制；实现远程自动风门协同控制；实现皮带火灾风流应急控制；实现工作面区域反风智能控制；④灾变通风：实现灾变条件下通风系统应急自动调节。（3）高级阶段。①参数感知：实现全矿井“一通三防”多源数据集成；实现影响通风系统运行的人员、车辆位置参数的监测；②仿真系统：实现灾害监测与仿真模拟；实现通风仿真系统的人员、车辆等动目标等多参数的综合仿真模拟；③通风控制：实现矿井通风按需供风动态评估下的远程通风调节；④灾变通风：实现灾变条件下通风系统应急智能调控。

3结论

结合煤矿安全智能化发展思路，提出了灾害精准监测防控和煤矿通风系统智能化初级阶段、中级阶段和高级阶段各自建设目标。对标3个阶段建设目标，按照瓦斯、水、火、顶板、冲击地压和粉尘各自灾害感知、灾害分析和灾害管控3个方面对灾害精准监测防控建设内容进行了细化，按照通风基础参数感知技术及装备、通风解算系统、通风控制平台和灾变通风应急体系4个方面对煤矿通风系统智能化的建设内容进行了细化，对3个建设阶段对应的建设内容应该达到的建设标准进行了明确。从煤矿安全智能化建设目标、建设内容和建设标准3个方面为煤矿安全智能化建设提供了较为明确的建设思路。

作者:邢呈呈 单位:中煤科工集团常州研究院有限公司 天地（常州）自动化股份有限公司