煤礦安全監測監控系統與礦井透水事故早期預警

毛振西，毛小鷗，段展青

(1.山西省煤炭職工培訓中心，太原 030012；2.山西省煤炭資源地質局，太原 030012；3.山西煤礦安全監察局，太原 030001)

煤礦安全監測監控系統與礦井透水事故早期預警

毛振西1，毛小鷗2，段展青3

(1.山西省煤炭職工培訓中心，太原 030012；2.山西省煤炭資源地質局，太原 030012；3.山西煤礦安全監察局，太原 030001)

根據煤礦透水事故發生前后煤礦安全監控系統數據變化，位于透水點及外圍的傳感器會出現數據變化，而受災區的傳感器在被水淹沒后會停止正常的數據傳送，故整個監控系統各工作傳感器的數據變化過程可作為煤礦透水事故早期預警的重要標志，可作為煤礦透水事故發生后搶險救援人員分析推演災變發生過程、影響范圍等的重要參照。

煤礦安全監測監控系統；礦井事故；早期預警

一般認為，作業地點出現掛紅、掛汗、水叫、空氣變冷、霧氣、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起、水色發混有臭味等現象應視作透水征兆，實際上在煤礦發生透水事故時，許多征兆的表現并不是很明顯，加之正常生產過程中也會經常出現類似的情況，因此導致很多情況下透水征兆被現場作業人員忽視或誤判，分析透水事故內在的一些因素，以及這些因素外在的變化表現過程，并通過客觀數據加以反映，以此作為礦井透水事故發生的早期預警標志是我們應該引起關注的一個研究方向[1-3]。在目前的情況下，煤礦安全監控系統就是現實的裝備，通過監測分析監控系統各監測點數據變化以及變化過程特征等，對數據變化進行分析并和正常生產期間進行比對，預警早期礦井災害。

1 過程分析

某煤礦回采工作面發生透水事故，事故發生時工作面進行正常的生產和維護，該工作面日常瓦斯變動基本在0.1%～0.2%之間，波動幅度一般也在上下0.2%范圍，但是從事故發生的前12小時開始，瓦斯濃度開始圍繞0.3%波動，波動幅度約0.2%；在工作面見水前2 h出現瓦斯濃度持續上升至0.5%，在工作面見水前約0.5 h瓦斯出現劇烈波動，之后工作面開始進水。由于工作面不能排出這次透水，在人員撤出后工作面淹沒。事后對這次透水事故調查分析：該事故是由位于工作面后方采空區內的一個陷落柱溝通上部采空區積水所致。在工作面掘進期間該陷落柱已經揭露，但是未見陷落柱破碎導水現象出現。隨著回采后頂板全部垮落，位于應力變化范圍內的陷落柱逐漸產生變化并最終形成導水通道。陷落柱由于周邊巖層采動后應力變化形成導水通道的過程不是瞬間的過程，首先是在應力變化的作用下，陷落柱柱體充填物之間膠結程度降低、壓緊程度遭到破壞進而形成早期裂隙，隨著早期裂隙的形成并在水的參與(物理、化學、水壓等因素)作用下，裂縫逐漸擴大并導致陷落柱柱體充填物產生移動。陷落柱充填物的移動總的來說應該是逐漸發展并最終形成導水通道的過程，這一點也符合多數情況下構造導水常常呈滯后現象這一特點。伴隨陷落柱向導水通道方向的變動演化，充填物由松動到移動直至全面潰出，在水流、潰出巖塊的帶動和沖擊影響下，受影響區域內的氣體成分、濃度、壓力、環境溫度、礦山壓力等環境因素也會產生變化，這些變化被不同程度地傳導到工作面作業空間附近，而在一些工作地點環境參數經監控系統客觀采集后，若礦井地面監控系統控制人員能及時地發現，并結合工作面周邊地質條件、水文地質條件、采動影響狀況進行綜合分析(見圖1煤礦回采工作面上隅角CH4傳感器數據變化時間分布曲線圖)從而提出工作面早期災害預警是可能的。

2 煤礦安全監控系統應用

通過上述透水事故監控系統數據變化以及其它透水事故礦井相關資料分析，煤礦安全監控系統可以用于以下情況。

1)煤礦安全監控系統可以用于礦井透水事故早期預警，通過對煤礦安全監控系統數據實時觀察，對比各類監控數據變動狀況，結合異常點周邊水文地質條件、采掘狀況等影響因素分析數據變化原因，分析影響來源和來向，及時提出水災早期預警并撤出工作面作業人員，但需要注意的是，由于透水水源和通道的不同，并非所有礦井透水事故發生前一定會發生類似的變化。

圖1 某礦回采工作面上隅角CH4傳感數據變化時間分布曲線Fig.1 CH4 time distribution curve in the day before water accident

2)煤礦發生透水事故后，搶險救援人員可以根據監控系統早期數據異常發生的地點及數據變化過程確定事故發生位置；隨著透水后水淹范圍的擴大，位于透水點外圍的傳感器也會依次出現數據變化，受災區的傳感器在被水淹沒后會停止正常的數據傳送。整個監控系統各工作傳感器的數據對于搶險救援人員和事故調查人員分析推演災變發生過程、影響范圍以及分析早期透水強度等都有參照意義。

3)煤礦井下發生事故后，隨著災變范圍的擴大，正常的井下環境必然會發生變化，這些變化也會隨風流、水流等運動介質逐漸傳輸到事故源的外圍，并被監控系統采集，因此，煤礦安全監控系統數據不但可用于礦井水害事故的分析，還可用于煤礦其它事故的分析。

3 結束語

煤礦企業應當注重煤礦安全監測監控系統在日常煤礦安全管理中的作用。據調查，絕大多數煤礦僅是把煤礦安全監測系統當做安全報警使用，未對其在煤礦事故發生前后所反應的數據波動情況重視，尤其是對還未達到報警值的數據波動情況給予關注，這樣的變動是無法被井下作業人員感知的，為此，煤礦應在以下幾個方面加強工作：

1)煤礦安全監測監控系統傳輸到調度中心實行大屏幕管理，監測日常生產中各類數據的波動并和正常工作時間的基礎數據進行比對分析，這項工作應由有豐富井下工作經驗的技術人員進行。

2)建立各重要工作地點的廣播呼叫系統，地面分析人員一旦發現危險情況，及時通過廣播系統要求停止作業或者撤離作業地點。

3)根據煤礦生產中可能出現的災害類型進行分析，對井下監控系統傳感器配置點、傳感器配置類型進行相應的調整，以便能在井下工作地點及關鍵路線上及時采集關鍵數據。

[1] 孫繼平.煤礦安全監控技術與系統[J].煤炭科學技術,2010(10):1-3,88.

SUN Jiping.Mine Safety Monitoring and Control Technology and System[J].Coal Science and Technology,2010(10):1-3,88.

[2] 毛德兵,尹希文,張會軍.我國煤礦頂板災害防治與監測監控技術[J].煤炭科學技術,2013(9):105-108,121.

MAO Debing，YIN Xiwen，ZHANG Huijun. Technology of Prevention Roof Disasters and Monitoring and Controlling in China Coal Mines[J].Coal Science and Technology,2013(9):105-108,121.

[3] 孫繼平.煤礦信息化與智能化要求與關鍵技術[J].煤炭科學技術,2014(9):22-25,71.

SUN Jiping.Requirement and Key Technology on Mine Informationalization and Intelligent Technology[J].Coal Science and Technology,2014(9):22-25,71.

(編輯：樊 敏 )

SafetyMonitoringandControlSystemandEarlyWarningofWaterAccidentinCoalMine

MAOZhenxi1,MAOXiao’ou2,DUANZhanqing3

(1.ShanxiCoalStaffTrainingCenter,Taiyuan030012,China;2.ShanxiCoalGeologicalBureau,Taiyuan030012,China;3.ShanxiAdministrationofCoalMineSafety,Taiyuan030001,China)

Data of Coal Mine Safety Monitoring and Control System are different before and after water accidents in mines. Data from the sensors of a water accident and its peripheral area change and the sensors will stop the normal data transmission after the flood in the accident area, therefore the data variation could be taken as important signals of early warning for the flooding in mines. It could also be taken as important references for rescue staff to analyze the occurrence process of accidents and their influential range.

safety monitoring and control system in coal mine; mine accident; early warning

TD76

A

1672-5050(2017)01-0048-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.015

2016-06-19

毛振西(1964-)，男，內蒙古赤峰人， 大學本科，高級工程師，從事煤礦防治水技術培訓及礦井水害事故調查等工作。