新景礦巷道智能抗災應急控制系統研究

任宏偉

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

礦井火災作為影響煤礦安全生產的重要因素之一，如何實現災情的快速預警及有效抗災措施的即時響應，一直是科研工作者和工程技術人員追求的目標。當前我國煤礦都要求安裝井下安全監控系統，以保障煤礦安全生產，但各煤礦安裝的監控系統的功能各不相同，加之煤礦井下需監測的參數眾多，很難將井下參數進行系統整合優化，導致智能抗災功能實現效果不佳。基于上述問題，本文以新景礦二號井為研究對象，整合監測監控技術、數據傳送技術、系統控制技術和自動風門技術，結合新景礦二號井防災抗災的現實需求，研究了一套巷道智能抗災應急控制系統。

1 概 況

1.1 礦井概況

新景礦二號井位于山西陽泉境內，礦區內現有2 個主立井，1 個副立井，2 個回風井。經鑒定該礦井為低瓦斯礦井，可采儲量667.99 Mt，3-1 煤層和3-1上煤層為易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。

二號井設計年產量800 萬t，主要運輸巷道膠帶輸送機運量大，運距長達5 800 m，井下聯絡巷道多，中央帶式輸送機大巷與輔運大巷的聯絡巷多達21 條，通風條件復雜。因此為保障井下安全生產，進行二號井巷道智能抗災應急控制系統研究。

1.2 智能抗災系統架構

礦井智能抗災系統的核心是實現抗災救災過程的信息化和自動化控制，災變時能提供完全自動抗災措施和輔助抗災方案，供決策者和救援人員使用。新景礦二號井的智能抗災主要包括地面計算機組和配套的數據采集控制管理軟件、千兆/光兆以太網、光纖轉換器、防火救災反風風門、風門狀態信號采集控制主機、圖像監控設備以及環境質量監測傳感器等，可實現井下各項氣體數據智能采集、彩色低照高清攝像頭持續監控、語音燈光連鎖報警和最佳路線指示等功能，如圖1、圖2 所示。

圖1 系統設備組成示意Fig.1 System equipment composition

圖2 系統可實現功能示意Fig.2 Function of the system can be realized

2 災變智能抗災應急控制系統

2.1 智能抗災風門工作原理及技術要求

根據井下不同巷道通風實際情況安裝不同類型的抗災智能風門。未發生災變時，人車通行且通風需隔離的巷道安設全自動智能風門，進回風巷道之間的風門使用手動反風風門，人車通行但通風不需隔離的巷道安設手動控制救災風門。當井下發生災變時，通過多個智能風門開啟和關閉的組合，實現風流短路或者斷路并隔離危險區域。

智能風門的技術要求主要包括控制類型和風門選型。智能風門的控制類型包括調度中心遠程控制、遙控器遠距離控制和本地救災按鈕控制。調度中心遠程控制是指通過授權調度中心操作人員，調度中心人員通過全自動/半自動/手動等方式執行系統預設的搶險救災預案；遙控器遠距離控制是指人員可在距離風門50 m 處的上風流中攜帶手持式遙控器控制抗災風門的動作；本地救災按鈕控制是指當前兩項控制手段在特殊原因下失效時，救災人員可通過井下風門處的“救災”按鈕進行風門的動作的控制，可根據實際情況選擇在10～255 s 后風門進行動作。

2.2 智能抗災風門的選型及安裝

對新景礦二號井生產、安全情況進行分析，具有以下特點：①主要主運巷道長，帶式輸送機運量大，新景礦二號礦井中央帶式輸送機大巷全長5 800 m，承擔著全礦井的煤炭運輸任務，年輸送煤炭量逾1 000 萬t；②聯絡巷道多，中央帶式輸送機大巷與輔運大巷聯絡巷道有21 條。

根據該礦井生產現狀和實際生產情況，結合實際巷道尺寸、行人通車、巷道通風量、風門承受的風壓以及風門在整個通風系統中的安設位置等因素進行綜合考慮，在井下中央帶式輸送機大巷及相關巷道安裝12 套抗災裝置，具體型號及布置位置見表1。

表1 抗災風門的安裝位置及規格型號Table 1 Installation location and specifications of anti-disaster wind door

根據二號井中央帶式輸送機大巷長度以及兩部膠帶的分布，將救災系統劃分為5 個分區，分別為抗災A 區、抗災B 區、抗災C 區、抗災D 區和抗災E 區，如圖3 所示。抗災A 區范圍為1 號主回聯巷至膠帶機頭部分，抗災B 區范圍為4 號主回聯巷至中央1 號主回聯巷，抗災C 區范圍為2 號檢修處主回聯巷至4 號主回聯巷，抗災D 區范圍為21 號主回聯巷至2 號檢修處主回聯巷，抗災E區范圍為中央帶式輸送機末端大巷位置至21 號主回聯巷。

圖3 新景礦二號井系統區域救災及抗災風門布置Fig.3 The layout of disaster relief and anti-disaster air doors in No.2 well system area of Xinjing Mine

2.3 多元信息實時監測

智能風門附近關鍵點的位置安設粉塵濃度、溫度、風速、煙霧、CO 等傳感器，用于在線監測巷道的環境變量；每套風門安裝2 套高清低照防爆攝像頭，實現音/ 視頻的24 h 實時持續監控；設置智能風門故障可視化系統，自動顯示故障類型和故障含義，幫助技術人員快速進行風門維修和故障排除。

2.4 智能風門的救災特性

每臺風門配套1 套噴霧系統，具有災變時除塵降溫，阻止火災蔓延的作用。該噴霧系統可以提前設置溫度、煙霧等各種報警條件，達到條件后自動開啟噴霧，也可以通過操作人員在地面通過軟件系統的界面主動進行噴霧動作。噴霧系統連接的水電聯動箱具有缺水欠壓自動報警和補水功能，具體如圖4 所示。

圖4 智能風門噴霧系統連接示意Fig.4 Intelligent air door spray system connection

2.5 抗災系統軟件

智能風門抗災系統軟件采用Microsoft Visual Studio 和Java 編制設計，網絡客戶端部分采用JavaScript 編制設計，數據存儲采用Microsoft SQL SERVER 編制設計。依靠軟件控制實現整個井下智能風門抗災控制，軟件界面如圖5 所示。

圖5 救災系統軟件界面Fig.5 Disaster relief system software interface

當井下發生災變時，該軟件控制系統可提供完全自動救災、自動救災輔助方案和手動救災3 種方式供決策者選擇。完全自動救災是按照提前編制的救災預案應對各種情況，一般情況下不使用；自動救災輔助方案是系統提供若干救災方案，決策者可根據井下實際情況進行判斷和選擇；手動救災是指救災人員資助規劃救災路線和風流切換路線，自主設計方案，然后通過系統控制進行方案的實施。

當井下發生災變時，該軟件控制系統可提供完全自動救災、自動救災輔助方案和手動救災3 種方式供決策者選擇。完全自動救災是按照提前編制的救災預案應對各種情況，一般情況下不使用；自動救災輔助方案是系統提供若干救災方案，決策者可根據井下實際情況進行判斷和選擇；手動救災是指救災人員資助規劃救災路線和風流切換路線，自主設計方案，然后通過系統控制進行方案的實施。

3 結 語

根據新景礦二號井的實際情況，研究了巷道智能抗災應急控制系統，從災變應急控制硬件和軟件系統兩方面描述了整個系統構架，旨在實現災變區域控風設施的自動化、信息化、網絡化。研究的巷道智能抗災應急控制系統在新景礦二號井應用后，對運行情況進行了觀察。實踐表明，設計的巷道智能抗災應急控制系統科學合理，工作過程穩定、可靠，可以實現井下風門現場環境參數的自動監測及抗災救災風智能門的遠程控制；巷道火災時，用戶界面可以顯示當前風流方向、逃生路線、各風門的開閉情況和是否發生災變信息等，同時提供手動救災、完全自動救災和輔助救災方案等選擇，達到安全、快速、精準、有效的抗災救災效果，保障了巷道的安全生產。