抽采達標智能評價系統的研究及應用

王升宇 黃 德 李雪冰

(1.通化礦業(集團)有限責任公司；2.遼寧工程技術大學安全科學與工程學院)

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抽采達標智能評價系統的研究及應用

王升宇1黃 德2李雪冰2

(1.通化礦業(集團)有限責任公司；2.遼寧工程技術大學安全科學與工程學院)

在實際生產中瓦斯抽采達標評價存在過程復雜、計算量大、基礎數據難以獲取等不足，為了提高評價的準確性和可靠性，結合計算機C++語言編程技術，運用智能決策支持系統(IDSS)和大量瓦斯抽采領域專家專業知識及經驗形成的專家系統，實現整個瓦斯抽采達標智能評價，使瓦斯抽采基礎數據的獲取、計算以及日常管理事務等過程程序化、可視化，具有繪圖快速而且評價結果精準等特點。工業試驗結果表明，抽采泵選型與實際礦井使用抽采泵型號一致，工作面風速為1.14 m/s，瓦斯濃度為0.6%，達到瓦斯抽采達標評價要求。

瓦斯抽采 智能決策 達標評價

隨著礦井開采技術的提高以及淺部礦石資源的日漸減少，目前煤礦開采深度逐步增加，這導致瓦斯事故預防和治理顯得更為重要，瓦斯抽放是解決礦井瓦斯問題的有效方法[1]。瓦斯抽采的效果很大程度上決定著礦井煤與瓦斯突出、瓦斯異常涌出、瓦斯爆炸等事故是否發生，應抽未抽或者抽采效果不好都導致發生事故的概率極度增大[2-4]。建立合理完善的瓦斯抽采評價體系已成為當今煤礦企業加強瓦斯抽采力度，落實瓦斯抽采工作的重要途徑。目前瓦斯抽采達標評價在理論上的研究比較成熟[5-9]，基于這些理論，利用計算機技術開發的瓦斯抽采達標評價系統也有不少[10]，但是這些系統需要人為決策的工序仍然比較多，未能達到瓦斯抽采達標評價的智能決策分析。

瓦斯抽采達標評判的程序復雜，基礎數據難以獲取，計算繁瑣，評價指標較多，導致評價過程容易產生疏漏，評價結果不準確。瓦斯抽采達標評價系統存在評價方法單一、對評價參與人員要求高等不足。基于此，本文研究和整理瓦斯抽采達標評價數學模型和算法，并借助智能決策支持系統(IDSS)[11-13]，利用C++編程語言、ObjectARX 2010編程技術開發了一套具有可視、快速、簡捷等優點的瓦斯抽采達標智能評價系統(GDES)，為抽采達標工作的開展起到了重要的輔助作用，使抽采達標工作的落實具有實際意義。

1 瓦斯抽采達標智能評價系統

瓦斯抽采達標智能評價系統集成瓦斯抽采達標評價相關的模型庫、圖形庫、屬性庫、專家庫。

系統交互結構中模型庫是指評價過程模型，與不同地質條件、采煤方法和評價工藝等映射，針對不同評價條件引導不同的評價過程；圖形庫是指圖元顯示效果，相同的圖元有多種不同的顯示效果，繼而形成不同的幾何參數，這些大量的幾何參數形成了圖形庫；屬性庫包含了圖元的所有屬性數據信息(圖元名稱、圖元編號、圖元種類、圖元參數等)；專家庫包含了大量瓦斯抽采達標評價領域的專家水平知識和經驗，有著大量的專業知識和經驗，在評價過程中智能引導評價過程和方法。

可視化交互分為圖元可視化交互和數據庫管理界面交互。圖元可視化交互主要為碰撞交互、數據交互、視覺交互，為系統提供圖元繪制、編輯與屬性數據之間的交互；數據庫管理界面交互主要由數據查詢、數據新增、數據刪除等組成，實現了界面與數據庫之間的交互。

1.1 系統模塊及功能設計

系統可分為計算模塊、智能決策模塊、可視化模塊、數據庫模塊。計算模塊主要包括評價指標計算、抽采設計助手、系統分析、數據處理模塊；智能決策模塊主要包括瓦斯泵智能選型、孔口負壓預測、石門鉆孔設計、報告自動生成、基礎條件評價、抽采達標評價、生產能力核定評價等模塊；可視化模塊包括瓦斯管路、瓦斯抽采設施設備等圖元的繪制和編輯模塊；數據庫模塊包括管理瓦斯抽采達標智能評價系統的數據對象以及瓦斯泵的查詢和管理等模塊。各個模塊息息相關，缺一不可，如可視化模塊為其他模塊提供了拓撲關系以及數據信息等，計算模塊為可視化模塊提供了圖元大小位置關系等信息。系統模塊具體劃分見圖1。

圖1 系統模塊劃分

1.2 系統智能決策評價

傳統的決策支持系統主要組成部分為模型庫、數據庫和方法庫，IDSS在結構上增加了知識庫與推理機，在達標智能評價系統中為瓦斯抽采達標評價專家庫。人機接口即為用戶與系統進行交互的可視化界面，負責從用戶獲取相關參數和信息，傳遞給系統，并且將最終決策的結果呈現給用戶；自然語言處理系統是用戶與系統溝通的翻譯者，用戶所提供的所有信息經過語言處理系統處理成機器語言，而系統得出的結果則被語言處理系統翻譯成用戶所識別的語言；問題處理系統為系統的關鍵部分，通過用戶給定的信息訪問模型庫、數據庫和方法庫，進行大量計算和處理之后，利用專家庫的專業知識和經驗最終得出決策結果。

系統涉及智能評價的過程為瓦斯抽采基礎條件評價和瓦斯抽采達標評價。瓦斯抽采基礎條件評價是用戶通過人機交互界面輸入相關參數，系統將計算結果與數據庫和方法庫進行智能比較，得出評價結果，并通過專家庫對評價結果進行描述，給出評價不達標的原因和優化方案，最終以表格形式對《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》所要求的8項評價指標進行評價，并以報告形式輸出。瓦斯抽采達標評價涉及整個智能決策支持系統，經過圖形繪制、參數輸入、數據處理、相關計算等過程后，根據評價條件和計算結果從模型庫中智能選擇評價方案，結合數據庫、方法庫和專家庫對瓦斯抽采達標效果進行智能決策評價。

2 應用實例

松樹鎮煤礦為煤與瓦斯突出礦井，煤層瓦斯壓力為0.5～3.98 MPa，瓦斯含量為3.44～11.31 m3/t。待評價單元為311回采工作面，煤層瓦斯壓力為1.65～3.98 MPa，煤層瓦斯含量為8.17～11.31 m3/t，為突出危險區域。評價工作面煤層主要為一、二煤層合區。一層煤呈條帶狀，黑色油脂光澤，為石炭二迭系山西組含煤系，煤層最大厚度為3.34 m，最小厚度為2.8 m，平均厚3.0 m；二層煤呈粉末狀，黑色油脂光澤，為石炭二迭系山西組含煤系，煤層最大厚度為3.1 m，最小厚度為2.8 m，平均厚2.95 m。工作面詳細參數見表1，將基本參數錄入到系統中并進行數據處理，得到如圖2所示對話框。

表1 工作面基本參數

圖2 錄入基本信息

利用抽采達標評價的相關計算方法對瓦斯抽采達標評價相關指標進行相應計算，結果見表2。

表2 指標計算結果

通過系統對瓦斯管路分析，計算得到瓦斯泵流量為213.2 m3/min，瓦斯泵壓力為52 933.99 Pa。根據瓦斯泵選型原則，綜合考慮流量、吸入絕壓以及瓦斯泵工作效率選取2BEC50型瓦斯泵，與松樹鎮煤礦311回采面實際使用瓦斯泵型號一致。瓦斯泵參數見表3，可視化效果見圖3。

表3 2BEC50型瓦斯泵參數

圖3 抽采泵參數可視化效果

根據《煤礦瓦斯抽采達標評價暫行規定》，采掘工作面同時滿足瓦斯壓力降到0.74 MPa以下、瓦斯含量降到8 m3/t以下、風速不超過4 m/s、回風流中瓦斯濃度低于1%時，則判定采掘工作面瓦斯抽采效果為達標。經系統核算，311工作面殘余瓦斯壓力為3.78 MPa，殘余瓦斯含量為4.23 m3/t；工作面等效通風斷面為10.13 m2，風速為1.14 m/s，瓦斯濃度為0.6%，滿足規定要求。

綜合以上所有評價結果可得出，松樹鎮煤礦311回采面瓦斯抽采達標評價結果為達標，可以安全地進行下一步工作。

3 結 語

GDES將整個瓦斯抽采達標評價過程程序化，使評價過程可視化、智能化，對瓦斯抽采達標評價工作和瓦斯抽采日常管理起到輔助決策支持作用，解決了瓦斯抽采達標評價過程復雜、評價效果不理想等問題。系統建立了豐富評價方案的模型庫，為不同評價條件提供不同評價方案，使評價過程更貼近現場評價過程；同時系統將有著大量瓦斯抽采達標評價的專業知識和專家經驗的專家庫結合到智能決策支持系統中，使評價結果更準確、更有說服力。工業試驗表明，工作面評價結果為達標。由此可見，GDES實用性較強，評價結果準確，評價效果理想，在一定程度上減少了人力、物力、財力的投入，具有較好的推廣前景。

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2016-07-21)

王升宇(1961—)，男，高級工程師，博士，134300 吉林省白山市。