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【關鍵詞】綜放面;安全開采技術;技術應用;煤礦
一、煤礦綜放面開采技術的發展現狀
(1)綜放支架受力與頂板結構的關系。在這一方面,對一般頂板結構的支架進行設計與選擇時,可以依據煤層的硬度對其進行適當的調整。首先,估計在預定放出率條件下的直接頂厚度;然后,對照具體采場的頂板巖層,對堅硬梁式結構形成的位置和可能性進行推斷;最后,要計算堅硬梁式結構運動的自由空間,估算結構失穩時最大動力載荷以及力的作用方向等。(2)頂煤冒放性的定量評價方法。在煤礦開采過程中,頂煤能否得到順利的冒落,使之能夠有效放出,是放頂煤開采實現成功的關鍵,它能夠影響到煤炭的回收效率。在我國,科技人員先后提出了多種冒放性的評價方法,“因素加權模糊推理法”就是其中的一種,不但用得較多且直觀方便。該方法是對煤層地質條件與開采條件的綜合評估,但是并沒有考慮到輔助措施對冒放性的影響。但是,當采用輔助措施對冒放性施加影響時,該方法同樣適用。(3)綜放面頂板結構與支架圍巖的關系。對這一問題,一種觀點認為:如果放頂煤一次采出的厚度較大,頂板壓力也就必然增大。為此,一些廠家設計出了一些大噸位的支架,然而這些支架卻在部分采場中出現了鉆底、鉆頂或者歪架的現象,這直接影到了礦井的效益;另一種觀點認為:如果放頂煤采場冒落矸石的厚度較大,頂板壓力將被緩沖,為此,部分礦井選用了小噸位的支架,但是卻出現了立柱壓爆等事故。
二、提高煤炭開采效率的技術措施和配套設備
(1)提高煤炭開采效率的配套設備。經過長時間的研究和實踐,我國目前可以設計制造出適合不同傾角、不同厚度煤層以及不同頂底板條件的系列支架,使得整機結構更加合理,零部件性能更加可靠,支架的可靠性與壽命都基本達到了世界先進水平。此外,采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機與支架的配套性處于良好的狀態,加之過渡支架與端頭支架兩個特殊品種的問世,使得綜放開采技術有了更好的適應性與安全性。(2)提高煤炭開采效率的技術措施。這些措施包括:在綜放條件下推廣綜放面安全開采技術,減少大量區段煤柱;研制過渡放煤支架與端頭放煤支架,對回采工藝進行重點攻關,由此取得一系列的優化工藝;采區與工作面的機構尺寸要向大型化發展,降低固有損失的比例。
三、煤礦綜放面安全開采技術的極其應用
(1)綜放面采空區防滅火的注氮技術。對于綜放面的采空區,最有效的安全開采方法是向采空區注入氮氣。注氮技術主要包括煤自然發火的早期預測預報,注氮防滅火的設計,氮氣的制取與注氮防滅火的工藝。因為氮氣的比重低于空氣,同黃泥灌漿與噴灑阻化劑相比,氮氣注入到采空區之后,能夠有效的充滿任何形狀的空間之內,擴散到任何高度,能把該區域內的氧氣置換出去。而更為重要的是,注氮防滅火工藝的實施,不會損壞與污染井下的設備和設施。(2)綜放工作面端面冒頂的治理技術。在頂板比較破碎的工作面,支架端部至煤壁之間的頂板可能出現大范圍冒頂,也就是說工作面端面冒頂,這種情況如果得不到及時的處理,將會造成嚴重后果。為了解決這一問題,需要在以下幾個方面做出努力:采用可切割錨桿加固煤幫;控制機采高度,當在煤層的適當高度上存在較穩定的分層時,將機采高度限定到穩定分層之下,如果能夠保留住這樣的穩定層,對防止端面冒頂很有利。(3)頂煤、頂板預爆破技術。頂煤的預爆破可以沿著頂板在煤層內掘進的兩條工藝巷內進行。工藝巷一個位于工作面回風部分,一個位于運輸巷上部內側。頂煤的預爆破涉及到初采前頂煤與開切眼一側巷幫的預爆破和正常回采時頂煤的預爆破兩類。頂板的預爆破技術又包括直接頂的初次預爆破和正常回采時的預爆破兩種,其主要技術是:起切頂作用的預爆破孔布置和孔位的確定應該有利于頂板的垮落。
目前,煤礦的綜放面安全開采技術是一種技術先進、經濟合理的采煤技術,在越來越廣闊的領域得到了應用,已經成為我國煤炭開發的一項技術政策,是實現高產、高效的主要技術途徑,在老礦井技術改造與新礦井設計和建設中得到了廣泛應用。本文正是針對這一問題進行了系統的研究,得到了一些結論,希望這些結論能夠有效的指導實踐。
參 考 文 獻
[1]富強,張建華.硬厚煤層綜放開采頂煤弱化技術研究[J].煤礦開采.2004(3):60~62
[2]商鳳忠.淺談綜采放頂煤開采技術[J].學術探討.2008(4):101
近些年來,隨著我國煤礦行業的發展,煤炭事故發生的次數越來越多。煤炭事故的頻頻發生,不僅對人們的生命安全造成極大的威脅,也不利于國家的財產安全。所以煤炭安全監控系統就顯得愈發重要。文章就我國煤礦安全監控系統技術管理的應用進行了簡要的分析與總結,并結合實際監測提出合理化的解決措施,以便更好地推動煤礦行業的發展。
關鍵詞:
煤礦安全監控系統;技術管理;應用
1概述
近些年來,我國煤炭行業迅速發展,躍居成為世界上重要的煤炭出口國,也是世界上使用煤炭較多的國家。由于現階段我國使用煤炭的數量在一次能源中占有較大的比例,對于煤炭的需求較大,煤礦行業發展處于一種穩步增長的態勢。我國由于自然條件的限制,煤礦的開采條件十分復雜,非常容易出現事故。煤炭行業的危險性很大,除了容易受地震所引起的塌方等自然因素的影響,很容易因為在操作環節的一個小小的過程從而帶走無數人的性命,所以說煤礦行業是一種高危職業。為了避免煤礦事故的發生,我們應該通過一系列的手段保障煤礦的安全生產。國家制定了一系列的方針政策規定了煤礦無論大小,都必須安裝煤礦安全監控系統。因為煤礦安全監控系統通過運用高科技技術,實現了對煤礦全方位、多層次的管理,能夠更加方便、快捷、直觀的獲取所需的信息,及時對發生的情況進行預警,為煤礦安全生產提供堅實的后盾。
2煤礦安全監控系統裝備情況
煤礦安全監控系統由地面中心站、光纜傳輸交換機、井下監控分站、遠程斷電器、近程斷電控制器、模擬量傳感器、開關量等組成。地面中心站是整個系統的核心部分。整個系統的工作原理為井下監控分站根據設定好的方式接收信號,并對接收到的信號進行整合分析,處理不準確的信息,并將處理后的信息傳送給地面中心站,通過地面中心站的機器顯示;而傳感器的作用是將獲取到的信息轉化為電信號,電信號有一個限制因素是:它不能單獨顯示、也不能傳輸,必須依托顯示設備才能顯示出來并轉換為可以傳輸的信號。而監控系統可以通過對電信號進行分析,如果出現突況時,電信號會進行預報,并分析出現問題的原因。
3煤礦安全監控系統的意義
在以前沒有煤礦安全監控系統的時候,一旦井下發生突況,由于無法及時獲取信息,往往會造成救援人員到達事故發生地點較晚,使得事故損害更大。而煤礦安全監控系統的應用,由于運用了科學的手段,對井下情況進行實時的監察,一旦有問題出現及時將信息反饋到地面監控系統。而且煤礦安全監控系統可以對于井下瓦斯的濃度值進行監控。如果井下瓦斯的濃度值超過標準值,系統會自動報警并切斷電源,減少事故的發生。而一旦瓦斯的濃度值回歸正常水平,系統就會解除警報然后提供用電,從而恢復生產。而這個優點是通過人工檢查所無法做到的。井下作業會面臨一大問題,就是通風。如果不能及時通風,井下工作人員十分有可能會煤氣中毒,所以通風問題是十分有必要解決的。煤礦安全監控系統可以記錄瓦斯涌出的變化情況,工作人員通過對存儲的數據進行分析掌握瓦斯的變化規律,從而制定相應的應對通風問題的計劃。可以說使用煤礦安全監控系統可以科學地對井下情況進行監控,對獲取的數據進行整合分析,為解決問題提供了可靠的科學依據。
4煤礦安全監控系統技術管理的應用
4.1實際運用
隨著我國科技實力的不斷提高和信息技術的不斷進步,相關的科研機構不斷地推出不同種類與實用性的煤礦安全監控系統。煤礦安全監控系統的專業性、穩定性、科學性不斷提高,以此滿足我國企業日益增長的需求。煤礦安全監控系統在避免煤礦事故的發生方面有著十分重大的作用。煤礦安全監控系統在井下將各個裝備連接起來,建立了一套系統性、科學化的網絡。煤礦安全監控系統中的預警機制能夠實時監控到煤礦中各個情況。由于是機器作業,沒有人工作業的時間限制,系統可以全天、連續性的對井下情況進行監控。而且各個設備將獲取的信息傳送到地面中心站,地面中心站對獲取的信息進行有效地整理,能夠清楚地了解井下的實際情況,避免在突況發生時難以應對。
4.2光纖傳感技術
隨著相關企業與研究機構在這一方面加大研究的力度,煤礦安全監控系統的性能得到很大的提高。就當前容易出現的一些問題,如精確度低、穩定性差等,有關機構研發出了新型的技術———光纖傳感技術,并且將這一技術運用到煤礦安全監控系統中。煤礦安全監控系統中的甲烷傳感器是進行災害預警與處理的一個關鍵性的設備。然而我國常用的甲烷傳感器一直面臨著穩定性差、壽命短等問題。而光纖傳感技術是最近幾年才研發出來的一種高效傳感技術。光纖傳感由于其材質的特殊性,具有使用壽命長、使用形式多樣、安全等優點,十分適用于將其運用到煤礦行業中。光纖傳感技術還具有其他的優點。例如除了通風問題之外,灰塵也是煤礦災害易發的原因之一。在井下工作的人員由于長期吸入灰塵,肺病的患病率十分之高。而且灰塵的燃點低,當灰塵的濃度達到一定的數值時,一旦遇到明火就極易發生爆炸。需要注意的是,粉塵爆炸的威力要遠遠大于瓦斯爆炸。灰塵爆炸會產生大量有毒氣體,而在井下又很難將氣體排放出去,所以會對井下人員造成二次傷害。而光纖傳感技術占地面積小、易安裝的特性可以減少設備的占地面積、節約空間,將空間更多的運用到煤炭開發中去。通過使用光纖傳感技術對井下空氣中的灰塵含量進行及時的監測,達到高準確度、高效率的監測作用。
5結束語
煤礦安全監控系統憑借其可靠性高、準確度高、實用性強、安全性高等特點減少了煤礦企業事故發生的次數,從一定程度上保護了礦區工作人員的性命,進而保護了國家財產。而且由于煤礦安全監控系統運用互聯網技術,使得工作人員的工作效率大幅度提高。煤礦安全監控系統的預警功能可以培養工作人員的安全意識,從而降低事故的發生頻率。煤礦安全監控系統在我國煤炭行業生產和監控中發揮著巨大的作用。但是雖然我國煤礦安全監控系統隨著互聯網技術的發展而不斷更新升級,但是我國的煤礦安全監控系統封閉性較強,各個職能部門相對較為分散,信息的傳遞容易出現滯后的問題,從而嚴重影響了各個部門對于信息的使用度,沒有真正發揮出煤礦安全監控系統所應該發揮的功能,不利于煤炭行業科學生產目標的實現。為了真正發揮出煤礦安全監控系統的作用,應當建立起一個全方位一體化的綜合監控系統,將監控系統的各方面結合起來。需要注意的是,除了建立一個全方位一體化的綜合監控系統外,工作人員應當定期對系統進行檢查,并對發現的問題及時解決,對于任何小問題不忽視、不放棄,從而推動煤礦產業的和諧化發展,提高企業的安全管理能力。
作者:李軼 單位:三峽大學水利與環境學院
參考文獻
[1]全國安全生產標準化技術委員會煤礦安全分技術委員會.煤礦安全監控系統通用技術要求(AQ6201-2006)[S].北京:煤炭工業出版社,2008.
[2]郭進偉,吳明發.基于中小煤礦的雙機熱備數據同步系統[J].煤炭科學技術,2009(07):97-100.
[3]霍中剛.我國煤礦安全科技現狀及發展方向[J].煤礦安全,2008(12):122-126.
[4]耿軍平,許家棟,郭陳江,等.全分布式光纖溫度傳感器研究的進展及趨勢[J].傳感器技術,2001,20(2):132-136.
英文名稱:Coal Technology
主管單位:煤礦與煤炭城市發展工作委員會黑龍江煤礦安全監察局
主辦單位:黑龍江科技學院;哈爾濱煤礦機械研究所
出版周期:月刊
出版地址:黑龍江省哈爾濱市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1008-8725
國內刊號:23-1393/TD
郵發代號:14-252
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1982
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽:
Caj-cd規范獲獎期刊
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關鍵詞:煤礦井下 電力監控 研究
中圖分類號:TM6 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2013)05(b)-0067-01
1 我國煤礦井下電力監控系統的應用現狀
煤炭是我國十分重要的能源組成部分之一,而煤礦井下的安全問題一直也是困擾著煤礦安全生產管理者和國家相關監管部門。我國煤礦井下電力監控系統的應用較晚,早在80年代初,我國先后從國外引進了一批電力監控系統,使一部分煤礦的安全生產系數得到了提高。同時,我國相關技術人員對國外的電力監控系統進行研究分析,并結合我國自身電力安全監控系統的現狀,先后研制出一批符合我國煤礦井下作業的電力監控系統。如采用工控機的井下控制單元、用單片機作為控制器等。而目前被廣泛應用到煤礦井下的電力監控系統主要有以下幾種。
(1)由我國第一代時分制監控系統創始人賈柏青研制的鎮江中煤電子KJ101;
(2)在前身KJ2系統的基礎上發展起來的常州自動化所KJ95,它同長城瑞賽的主要區別在于能生產部分傳感器;
(3)由在我國的加拿大外資企業生產的電力監控系統森透里昂KJ31,此系統的優勢在于其傳感器采用分布式組網結構,沒有中間分站進行信息中轉,而是將信息直接傳遞到地面上的主機,所以具有抗瞬變脈沖群干擾的性能。
另外,還有一些比較知名的電力監控系統,如長春東高KJ19、撫順安儀KJ80,上海嘉利KJ92以及江西煤研KJ65等。雖然我國擁有眾多具備各種不同性能的電力監控系統,但由于煤礦井下電力監控系統是由地上監控主站、井下監控單元、傳感器、電纜等組成,系統結構宏大而復雜,因此對入井人員管理較為困難,井上的管理人員難以掌握井下人員作業的實時情況,而且一旦事故發生,對井下人員安全信息的獲取以及營救效率較低,加之我國的電力監控系統的發展水平一直還停留在上世紀90年代初,因此,充分了解煤礦井下電力監控系統的結構、工作原理和過程并提高煤礦井下電力監控系統的技術以保障煤礦井下作業人員的安全顯得尤為重要。
2 我國煤礦井下電力監控系統的分析研究
我國煤礦電力監控系統主要由井上系統和井下系統組成。而井上系統又由系統中心站和局域網絡組成。在系統中心站中,主要完成的功能有環境監測、生產監控、并由中心站軟件完全顯示測量數據及實現網絡連接。井上系統的工作過程是由地面上的光端機采集井下監控單元的數據,然后將這些數據傳送給地面監控計算機,工作人員再通過相關的軟件平臺對這些數據進行分析整理,再將整理后的數據通過地面光端傳送給井下監控單元。而地面上的集控站是通過以太網與井下監控系統相連,并通過采集的數據對煤礦供電系統的當前運行狀態進行分析處理以實現隨時對井下的電力系統進行監控管理。而對于井下的煤礦監控系統,雖然其形式多樣,但基本上都具備以下功能:開機自動檢測和本機初始化功能、通信測試以及監測功能(包括環境監測、瓦斯管道監測等)、死機自動復位且通知中心站功能、接收地上站的參數功能、自動識別傳感器型號功能等。而在這些功能中,傳感控制器的穩定性和可靠性顯得尤為關鍵,它關系著煤礦監控系統所反映的被測環境和設備參數是否正確,若參數不正確,將會直接影響地面集控站對井下煤礦作業的監控。目前我國所生產并用于煤礦電力監控環境系統的傳感器基本都滿足了煤礦安全生產監控的需要,如對風速、負壓、溫度、電流電壓的模擬量。但是這些傳感器也存在一些缺陷,如使用壽命相對國外產品短、可靠性的和穩定性方面也遠遠不如國外同類產品,其某些性能還不能滿足用戶的需要,因此對傳感器的升級研究非常重要。
再者,對于井下電力監控系統的研究方面,應格外注意以下功能的設計:井下工作人員的識別和定位、井下動態目標的定位,如車輛及其它設備、井下安全的實時監控、井下一旦發生安全事故時工作人員的及時救援。在對井下工作人員的識別方面,應尤其注意限制井下作業人的進出數量,并對其進行嚴格考勤和實時監控以確保一旦事故發生,地上管理人員可第一時間了解井下作業人的數量及位置,保證救援的及時性和準確性。而對動態目標的定位,通常是采取對不同的動態目標進行唯一編碼的形式以實現對動態目標的信息獲取和定位監控。在井下實時監控方面,一般通過采集煤礦安全數據并對其分析處理,以實現超時報警和斷電控制,同時采用高線形式對井下瓦斯濃度進行記錄分析,從而采取相應的安全生產措施并保證生產決策的正確性。而對于井下作業人員的救援方面,包括了逃生監測、輔助搜救,每個工作人員身上都攜帶了便攜式數據終端,通過這個數據終端,井上的監測中心工作人員可以準確地獲取工作人員的定位信息并及時救援。
3 我國煤礦井下電力監控系統的新技術
根據以上分析,我國煤礦井下電力監控系統雖能基本滿足煤礦井下作業的基本要求,但和國外同類產品相比其安全系數還有待提高,多數產品都存在以下問題:易發生故障越級跳閘、故障定位速度比較慢、漏電保護沒有選擇性、缺乏供電信息整合。針對以上問題,我國產生了一批煤礦井下電力監控系統的新技術。
(1)如采用XR-200系列煤炭專用型保護構成的區域保護系統,它能完全消除越級跳閘,在斷路器失靈時,上級能保護快速跳閘。
(2)防電壓波動而造成大面積停電,這類技術是采用流閉鎖方法而避免電壓波動造成保護誤動,甚至在失電后,失壓保護還能正常工作。
(3)對電網故障快速定位,這類技術是在調度SCADA系統的基礎上,實現供電系統的故障診斷,給系統的調度人員一個非常明確得提示。
(4)采用專利技術的XRA-600高壓選擇性漏電保護系統,它通過一個基于模型識別原理的算法,以實現耐過渡電阻能力強、不受消弧線圈和間歇電弧的影響。此系統速度快、原理十分可靠、靈敏度高且準確率達到了100%。
以上這些技術,實現了對井下工作情況的實時監控、地面及井下變電所無人值班,提高了安全運行效率,在減少安全監控工作人員數量的同時還提高了故障定位和處理的速度。
4 結語
雖我國的煤礦井下電力監控系統的發展日新月異,但相比發達國家的煤礦井下電力監控系統的技術仍有不小差距,且煤礦井下的電力監控系統關系著每一個井下工作人的生命安全,責任重大,因此對我國煤礦井下電力安全監控系統的進一步研究刻不容緩。
參考文獻
關鍵詞:煤炭工業;大數據;物聯網;云計算;煤炭大數據平臺
0引言
隨著傳感器、計算機、通信、物聯網、數據存儲等技術的發展,以及企業信息管理系統的不斷普及,制造工業等行業產生并存儲了大容量數據,且隨時間呈指數級增長[1],工業界已經進入了“大數據”時代[2-3],煤炭工業就是其中的一個典型代表。煤炭是中國的主體能源,其產業的健康發展對經濟社會發展至關重要,甚至關系著國家能源安全。因此,迫切需要依托物聯網、云計算和大數據技術,采集、存儲和挖掘海量數據,從數據中探索解決煤炭“采掘機運通排”中若干問題,推動煤炭行業由生產自動化、信息自動化轉型升級為知識自動化。麥肯錫的報告顯示,就大數據的數量而言,諸如煤炭等領域的過程工業,其數據產出量及可被接入的設備數量遠遠超過移動互聯網等其他行業,而且增速是其他大數據領域的2倍[4]。然而,煤炭大數據的利用卻遠沒有在當前互聯網領域那樣普遍和深入,其中數據的價值還有待挖掘。本文闡述了煤炭大數據的特征及研究現狀,并在分析煤炭大數據新特點的基礎上,對煤炭大數據平臺的發展與應用進行了探討與展望。
1煤炭大數據特征
大數據分析手段主要是圍繞大數據的“4Vs”(Volume——大容量,Velocity——快速性,Variety——多樣性,Veracity——真實性)特性去發展與完善的[5-6]。除“4Vs”特性外,煤炭大數據還應該加上“2Vs”,即Visibility——可見性(通過大數據分析使以往隱匿的重要因素和信息可見)和Value——價值(通過大數據分析得到的信息應該被轉換成價值)。這“2Vs”代表了煤炭工業界對于大數據所追求的目的和意義。(1)大容量(Volume)體現在數據采樣率高(毫秒級)與采樣時間段長(24h不間斷運行)所帶來的大容量歷史數據。以單臺礦井通風機為例,其數據采樣頻率為50Hz,每秒產生225kB數據,按每年7000h工作時間計算,僅單臺通風機每年生成6TB數據。(2)快速性(Velocity)體現在高頻的數據采集。由于井下作業環境惡劣、24h不間斷生產,生產環境安全監測監控系統、各生產環節的自動化系統等的實時數據與信息需要安全、準確、實時地傳至數據處理中心,所以每秒鐘會記錄幾千兆甚至上萬兆字節的數據。(3)多樣性(Variety)體現在異構性、不同時間尺度和不均勻采樣。煤炭工業數據異構性是指非結構化類型煤炭數據,其數據存儲形式除“采掘機運通排”控制系統采集的結構化的生產過程數據外,還包括以生產環境在線監測為主的視頻圖像、語音,以及規章制度、應急案例文本等非結構化數據。此外,煤炭工業分層次運行,采集的時間序列數據既有高維且快速率動態采樣的壓力、流量等過程數據,又有低速不均勻采樣的灰分、硫分等指標數據。(4)真實性(Veracity)體現在真實數據與離群點數據的混雜。由于煤炭掘進、開采和洗選過程生產環境惡劣,測量儀表或變送器受到干擾嚴重,且故障頻發,使得測量數據中混雜不真實數據,具有離群點、缺失點等異常樣本。如重介質選煤過程中由于在線灰分儀運行不穩定經常導致灰分實際測量值出現大偏差,導致歷史數據中出現離群點。(5)可見性(Visibility)體現在對隱匿性問題的建模和預測。設備性能下降、健康衰退、零部件磨損等問題難以通過測量被量化,而大部分可見的問題都是這些不可見的因素積累到一定程度所造成的,因此需要通過大數據分析使以往隱匿的重要因素和信息可見,從而避免可見問題的發生。(6)價值(Value)體現在數據密度高、價值小。煤炭生產中,系統經常在某一特定且正常工況下運行,而故障等異常工況只是偶然發生,因此大量數據均是存在冗余的正常運行數據,而反映異常的數據非常少。
2煤炭大數據研究現狀
從20世紀90年代至今,煤礦自動化經歷了從單機自動化、綜合自動化到煤礦物聯網的發展[7],且隨著煤炭企業信息化與自動化的不斷提高及兩化融合的快速發展,安全監控、人員定位、可視通信、數字化礦山、三維建模、企業資源計劃等系統的不斷應用,產生了海量、不同層次、不同類別的數據資源,為大數據在煤炭工業中的應用奠定了基礎[8]。由于缺少針對煤炭大數據特征的分析工具及高效的計算平臺來提取隱匿的知識,煤炭大數據還未充分利用,目前主要是將數據采集、壓縮存檔、恢復與少量預測分析。其中預測分析主要集中研究在煤炭安全生產領域,但尚處于理論研究和起步階段,沒有成功的模式和案例。鄭磊[9]分析了當前中國煤礦安全管理存在的問題,并提出大數據將對煤礦安全管理帶來變革。丁振等[10]討論了大數據在變革管理思維、增強系統安全觀念,提高設備運轉可靠度、監測設備健康運行,提供事故分析新視角、實現安全管理關口前移等方面的應用前景。大數據、物聯網與云計算是提升煤礦安全生產水平的3個重要技術手段。胡英[11]分析了安全生產大數據的特點與煤礦安全生產大數據當前面臨的主要問題,提出建設基于物聯網、云計算技術的煤礦安全綜合數據庫,建設基于專家系統的煤礦安全專家知識庫,建設三維虛擬礦井可視化平臺,研發煤礦安全動態分析系統的需求。孫繼平[12]分析了煤炭大數據和物聯網對煤礦事故分析的重要作用,討論了大數據在煤與瓦斯突出、沖擊地壓、水害、火災等事故預警,煤礦重大關鍵設備故障診斷,煤炭需求和價格預測等方面的應用。劉玉海[13]分析了現有的Hadoop云計算平臺及云計算技術用于實現煤炭井下人員定位系統、礦井瓦斯安全預警系統、煤礦安全生產應急系統的可行性。繆建華等[14]提出了基于大數據和云計算技術的智慧礦山計劃,并對淮南煤礦安全高效生產運用前景進行了展望。馬小平等[15]闡述了物聯網、大數據及云計算技術的研究現狀,并指出3種技術之間的關系,即物聯網產生大數據,大數據助力物聯網;大數據需要云計算,云計算增值大數據。當前,大數據已經成為國家的戰略資源和推動產業發展的重要引擎,煤炭工業的安全化、綠色化、智能化發展對煤炭大數據平臺的需求迫在眉睫。張茜[16]利用SWOT分析方法,從優勢、劣勢、機會和威脅4個方面對煤炭企業建立大數據平臺進行了分析。劉香蘭[17]搭建了煤礦安全生產大數據分析模型,研究并設計了煤礦安全生產大數據分析與管理平臺的功能架構與技術架構。申琢等[18]以數據集成、數據挖掘和可視化展現為主線,設計并開發了由設備層、網絡層、數據層、挖掘層和展示層組成的基于數據挖據的煤炭大數據可視化管理平臺。2016年7月19日,煤炭大數據平臺V2.0[19]在“2016夏季全國煤炭交易大會”上正式啟動,該平臺涵蓋煤炭GIS、圖解煤炭、煤炭物流、信用查詢、預測預警、數據分析、能源經濟七大功能模塊,但仍存在數據體系不完善、采集渠道不暢通、數據時效性不強等問題。
3煤炭大數據新特點及研究挑戰
隨著信息化發展和可編程邏輯控制器與集散控制系統的廣泛采用,以及安全生產過程管理、設備操作優化需求的不斷增加,煤炭生產向大規模、集成化發展,多單元、多產品生產、動態運行。煤炭大數據體現出與廣泛過程工業大數據[20]類似的多層面不均勻采樣性、多時間尺度特性、不真實數據混雜性的新特征,對已有研究方法帶來挑戰。(1)多層面不均勻采樣性。煤炭生產過程既有高維動態的過程數據,又有不均勻采樣的指標數據,比如灰分指標往往難以在線測量,通常通過人工化驗獲得,而人工化驗時間在一定范圍內具有隨機性,因此導致數據具有大延遲和不均勻采樣的特點。現有數據驅動方法多集中在對均勻采樣數據的分析與處理,無法對不均勻采樣的數據進行分析與處理。(2)多時間尺度特性。多時間尺度體現在不同系統根據需求進行分層采樣,進而進行優化決策與控制。其中,設備層是整個生產系統的最低層,為實時監測設備運行狀態,其通常以毫秒為單位采集設備數據(如重介質選煤過程的入料泵變頻電流等);上一層為過程控制層,采集秒級的過程控制數據(如重介密度、合介筒液位等),并實施控制,以保證過程的關鍵變量按照給定的設定值變化,并驅動設備狀態按指定邏輯順序變化,是穩定生產的關鍵;再上一層為運行優化層,采集從產品質量分析儀或人工化驗或統計得到的多種類且不均勻采樣的產品質量、產量、能耗的運行指標數據(如灰分、硫分,視頻監控帶式輸送機運煤表面圖像數據等),由優化策略進行分析計算,產生新的過程設定值;最上層為生產經營管理層,采集來自市場營銷和售后服務與用戶的反饋數據(如市場對煤質的定量與定性評價數據),進行市場分析,從而指導和協調生產。多時間尺度上的數據具有強自相關與互相關關系,以及時間序列相關關系[21],但由于不同時間尺度的采樣,使得所獲取的數據具有不均勻稀疏性,對現有分析方法帶來挑戰。(3)不真實數據混雜性。高維動態歷史數據中夾雜與過程特性無關的干擾數據,這是因為受惡劣環境影響,煤炭實際生產過程數據易受采集、傳輸、存儲過程中的異常影響,從而混雜離群點、甚至缺失點。這在不同時間尺度采樣中均存在,如過程層的傳感器設備故障,以及指標層的化驗與人為誤讀數誤差等。現有數據分析方法需要無污染的數據,但不真實數據的存在不可避免。因此,如何從混雜數據中提取出反映過程特性本質的模型,建立魯棒數據分析方法,將是研究的重點和難點。
4煤炭大數據展望
4.1煤炭大數據平臺展望
近幾年,煤炭大數據技術發展較快,具備了一定基礎,但當前中國煤炭數據信息采集渠道仍不暢通,數據傳達相對滯后,時效性不強,缺少有效的分析工具及高效的分析方法實現煤炭大數據的價值。因此,煤炭大數據平臺必須重點實現大數據采集與管理、大數據分析、大數據共享的功能。(1)大數據采集與管理。大數據的基礎在于數據,因此需充分利用各類傳感器、無線網絡等加強對生產過程、監測監控、設備運行、經營管理等各類數據的采集與管理。此外,標準統一是大數據的基礎。沒有統一的行業信息標準,就無法整合來自不同領域、不同企業、不同類型的數據和信息。按照煤炭大數據建設的核心理念,建立全國煤炭數據實時在線采集系統,對各省市現有煤炭監測系統進行整合,形成基礎數據庫,并使各系統能夠以統一的接口進行數據傳輸,實現基層煤礦數據的實時更新。同時,依托物聯網、大數據技術,將煤炭行業數據全部納入采集系統,實現各煤炭數據種類的全國聯網,構建囊括煤炭生產、消費、交易等相關信息的全國煤炭數據庫。(2)大數據分析。對大容量數據中知識的挖掘是大數據技術的關鍵所在,然而,解決問題的知識通常具有隱匿性,其不是直接呈現在數據里,而是呈現在用于揭示數據的模型中。因此,煤炭大數據的核心在于采用降維技術、分類與聚類技術、時序數據模式挖掘技術、數據源融合處理技術及關聯關系分析技術等數據分析方法,快速獲取、分析、處理海量的工業生產過程監控數據,建立不同層次(過程監測、故障診斷、優化決策、控制等)的模型,從而推動煤炭安全管理思維變革,增強系統安全觀念,推動安全監察監管信息的共享,加快打通信息源壁壘,推動數據的深度發掘,為設備運行優化提供理論支撐。對于容量呈指數級增加的大數據,傳統數據分析方法無法處理或處理過慢,因此煤炭大數據分析需借鑒已有高速的大數據建模與優化算法,如面向大數據特征的深度學習算法[22-23]等。(3)大數據共享。依靠某個企業單一數據樣本很難實現大數據價值,需建立全國煤炭行業各類數據匯總的總平臺,與本行業各類信息平臺及電力等其他行業相關平臺進行數據接入與共享,充分發揮行業協會、煤炭企業、科研院所、信息技術廠商等各方力量。
4.2煤炭大數據應用展望
煤炭工業應根據自身大數據特點,結合工業大數據在建模、控制與優化技術方面研究成果,利用互聯網產業已建立的大數據管理平臺,推進煤炭行業各級部門間數據的共享,面向煤炭安全生產、過程優化與決策、控制、故障診斷進行應用實踐。(1)基于大數據的煤礦智能無人開采。通過積累各類地質構造、煤巖煤質、大型采掘設備等的大數據樣本,構建各類開采條件下的智能開采模型。(2)基于大數據的煤礦災害預警與防治。通過積累煤礦大量監測數據樣本,可探索基于大數據的煤礦事故預警方法,將大數據用于煤與瓦斯突出、沖擊地壓、水害、火災等煤礦事故預警。(3)基于大數據的煤礦設備故障診斷。通過監測煤礦設備振動、聲音、溫度、功率等設備運行狀態數據,研究關鍵設備狀態異常與設備故障的關系,實現基于大數據的煤礦設備故障診斷。(4)基于大數據的行業運行監測與預測。通過積累煤炭市場交易數據、供需企業經營數據、港口鐵路運輸數據、國際大宗商品市場數據、宏觀經濟及下游行業運行數據等,能夠進行煤炭需求與價格預測。(5)基于大數據的煤礦生產全流程一體化。通過不同時間尺度非均勻采樣,可充分挖掘設備層、過程控制層、運行優化層、生產經營管理層不同層級內與層級間的隱匿性知識,設計集全流程生產指標、運行指標、過程設定值與控制規律的優化控制方法,實現生產全流程一體化,從而降低煤炭生產的能耗與物耗,提高產品質量。
5結語
煤炭大數據還處于理論探索階段,已建立的煤炭大數據平臺尚未能挖掘大數據隱含的價值。同時,煤炭大數據的多層面不均勻采樣性、多時間尺度特性、不真實數據混雜性的新特點對大數據分析所帶來的挑戰性問題,是煤炭大數據技術進一步研究的重點和難點。在煤炭行業開展大數據應用,利用煤炭大數據平臺,探尋煤炭產業發展規律,探索煤炭行業科學管理方法,成為煤炭乃至整個能源行業發展的必然要求和必經之路。
參考文獻:
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關鍵詞 煤礦;機電一體化;智能化
中圖分類號:TD67 文獻標識碼:A 文章編號:1671-7597(2014)15-0125-01
我國煤炭資源豐富,煤礦產業比較發達,隨著煤礦數量的增多和規模的擴大,煤礦安全事故也頻繁發生,為企業的生產和工人帶來巨大的損失,甚至危及礦工的生命安全。面對如此嚴峻的煤礦安全生產形勢,加強對煤礦企業的機電一體化建設也是減少安全事故發生的有效手段之一,所以要提高煤礦企業的機電一體化水平,切實保障工人的生命財產安全。
1 機電一體化發展現狀
機電一體化技術是將多種現代化的技術進行綜合的應用技術,其中包括機械技術、電工電子技術、信息技術、微電子技術、傳感技術等,將這些技術進行有機的整合,并在實際的生產活動中進行應用。機電一體化產品是在機械產品基礎之上,利用機電一體化技術開發出的新型電子產品,礦業發展過程中需要應用機電一體化產品來提高生產效率。煤礦中的機電一體化產品與計算機系統進行了有效的結合,為企業生產提供了更加強大的功能。我國煤礦中的機電一體化產品是在借鑒國外先進經驗的基礎上進行自主研制的,是非常實用的安全管理監督系統,型號種類十分豐富。
2 煤礦中機電一體化的應用
機電一體化技術在煤礦企業中被廣泛推廣和應用,在煤礦的安全生產過程中發揮了重要作用,機電一體化技術的應用,促進了煤礦企業的快速發展。
1)機電一體化在帶式輸送機中的應用。在煤礦的礦井之中需要一種帶式的輸送機對煤炭等材料進行傳送,帶式輸送機在煤炭生產中十分重要。帶式輸送機也可以叫做膠帶輸送機,通過摩擦驅動的方式實現對材料的連續性運輸。煤礦中的帶式輸送機之中應用機電一體化技術,在很大程度上提升了帶式輸送機的技術水平,提高了運輸數量和功率,為帶式輸送機的關鍵技術開發提供了很大的幫助。我國帶式輸送機的研發與國外先進水平相比還具有很大的差距,特別是在長距離輸送以及單位輸送量上存在很大局限,今后的研究可以在這方面繼續努力。
2)機電一體化技術在提升機中的應用。在煤礦生產之中必不可少的就是礦井提升機,礦井提升機的主要工作地點不止在井下,地面工作也承擔一部分。在礦井提升機之中應用機電一體化技術,可以將提升機的一體化功能得到充分的發揮,實現提升機的全數字化運行。機電一體化技術的應用,可以對提升機的機械結構進行一定程度的簡化,將驅動和滾筒等結構進行適當的結合,發揮機電一體化的效果。提升機的數字化管理可以使通訊速度更快,并且能夠實現機械診斷功能的全自動化,使提升機的操作和控制更加的簡單,在很大程度上提高了提升機的工作效率。
3)機電一體化技術在監控系統中的應用。煤礦生產中的安全隱患對礦工的生命財產安全造成了嚴重的威脅,必須對煤礦企業的安全生產過程進行全方位的監控。機電一體化技術在監控系統中的應用能夠實現對故障的自動化診斷,對生產過程進行全方位的實時監控,并對安全事故進行自動報警等功能。煤礦安全生產的實時在線監控是對生產設備、機械裝置、電動機等機械的運行狀態進行實時的監督和控制。如果生產過程中的設備出現故障,就可以通過機電一體化技術對其進行自動報警,并且找到故障的準確位置,為維修人員進行設備維修節省了
時間。
3 煤礦中機電一體化應用發展趨勢展望
機電一體化技術對煤礦的生產方式和其機械設備的發展方向有著重大的影響。煤礦地下開采的作業條件十分惡劣,作業空間狹窄、高濃度粉塵與潮濕的環境并存,導致煤礦工人勞動強度大、矽肺、風濕等職業病很難從根本上消除。特別是水、火、瓦斯及粉塵的噴涌與爆炸以及頂板垮落等自然災害會對款共的生命和安全造成嚴重威脅。由于歷史和現實的原因,具有較高文化素質的職工不愿意下井作業,井下職工的文化素質和知識結構偏低,嚴重影響采礦工業的現代化進程。煤礦井下作業的勞動力來源日益減少。因此,實現井下作業的機械化和自動化甚至無人化是世界各國采礦工作者奮斗的目標,機電一體化技術導引的工業機器人技術及相關技術是實現這一目標的關鍵。
井下機器人、智能化作業設備是煤礦一體化技術提供的完整的獨立設備,是對采煤行業的一種巨大的貢獻。機電一體化技術也為煤礦開采提供了廣泛的空間。場子傳動控制時代的到來,煤礦井下的各種電力設備將由于這一進步而使設備的重量減輕,煤礦電氣設備體積重量的機電設備中,將由于交流電機調速傳動技術的進步而使得煤礦機電設備的系統響應和控制精度大大提高。交流調速技術也會使得煤礦機電設備的可靠性、成本、使用的靈活性方面大大受益,并能起到節能的作用。煤礦中的機電一體化應用已經為煤礦生產帶來了巨大的收益,在今后的發展過程中,機電一體化技術的應用規模將逐漸擴大,機電一體化技術也將得到更高層次的發展。
1)智能化發展趨勢。煤礦中的機電一體化技術今后將向著智能化的方向發展。智能化的機電一體化技術可以在最大限度內對生產過程中的各項管理進行類似人類思維的處理,提高機電一體化技術水平。煤礦中的機電一體化系統向智能化轉變,可以使系統具有人類的思維能力和邏輯能力,減輕人工工作的壓力,同時提高煤礦生產的工作效率。
2)信息網絡化趨勢。隨著計算機以及互聯網技術的不斷發展,煤礦中的機電一體化技術也將向著信息網絡化的趨勢發展。形成具有特色的機電一體化網絡技術系統,將煤礦管理納入到信息網絡的范圍之內,實現對煤礦生產的網絡化管理。
3)環保發展趨勢。煤礦企業的發展在帶來巨大的經濟效益的同時,也對環境造成了嚴重的破壞,煤礦中的機電一體化技術應該向著綠色化的方向發展。為了減少煤礦生產對環境的破壞,可以通過機電一體化技術實現煤礦生產的綠色開采,促進煤礦行業與自然環境的可持續發展。
4 結論
煤礦企業的安全生產一直是社會各界普遍關注的一個話題,機電一體化技術在煤礦生產之中的應用,為煤礦開采提供了巨大的動力。機電一體化技術的發展使機電產品功能和質量得到了提高,帶來了顯著的經濟效益和社會效益。機電一體化的出現不是孤立的,它是許多科學技術發展的結晶,是社會生產力發展到一定階段的必然要求。煤礦中機電一體化的應用,提高了煤礦生產的效率,使整個開采過程更加數字化、信息化,在很大程度上提高了煤礦企業的經濟效益,促進了煤礦企業的可持續發展。
參考文獻
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關鍵詞:煤礦安全 事故 心理危機 干預
中圖分類號:B841 文獻標識碼:A 文章編號:1007-3973(2013)007-087-02
現代社會以前所未有的驚人速度在發展進步,無論是工業的不斷革新還是農業現代化的飛速發展,都離不開能源的支撐。現代科技的進步促使新能源的不斷被發現和利用,能夠作為能源的材料有許多,然而,從總量上來看,煤炭依然是主要的能源之一。眾所周知,煤炭的生產是一個高危行業,充滿著風險和不確定性,這從各類煤礦事故的頻繁發生就可以看出一二。煤礦開采的高風險威脅著煤礦企業的財產和煤炭行業從業人員的生命和健康。近年來,我國各級部門采取可一系列積極有效的措施,使得煤礦安全工作不斷得到加強,與此同時,安全生產狀況總體上得到改善。但是,即便如此,煤礦安全重大事故依然不斷發生。在進行事故救援和調查的同時,積極關注和救助親歷事故的人員的心理創傷并及時治療,對于迅速恢復正常的生產秩序,也是非常重要的。
在國內,當煤礦事故發生之后,人們所關注的重點往往放在生命的救援和財產的保護,在這些方面上投入了大量的人力物力。對于煤礦事故受害者及其家屬的心理創傷撫慰和干預不夠,往往會對他們造成二次傷害,也不利于煤礦事故受害者和其家屬盡快從事故造成的陰影中走出來。基于此,本文認為,在煤礦事故發生后,對煤礦事故受害者及其家屬進行及時的心理危機干預,對于煤礦事故的受害者及其家屬的心理創傷的恢復和治療,體現人性關懷,具有重要的意義。本文從心理危機干預的內涵和意義出發,進而按照一定的標準對煤礦事故心理創傷進行分類,并對其特點進行分析,在此基礎上嘗試性地提出煤礦事故后心理危機干預的可行性路徑。
1 事故后心理危機及干預的內涵及意義
從本質上來看,心理危機是一種狀態,主要指由于突然遭受意料不到的災難、重大生活事件或其他能夠帶來巨大精神壓力的事件,使當事人所處的環境和狀況發生了較大的改變,尤其是出現了在當時所擁有的條件難以克服的困難和障礙,這種危機使當事人陷入不安的驚恐狀態。
心理危機干預是一種心理的撫慰和幫助,是指針對遭受困難,心理受到創傷,處于危機狀態的個人和群體,給予及時和適當的心理援助,他們心理創傷得以撫慰,盡快擺脫危機困難。礦難后心理干預是指對礦難發生后處于心理危機狀態的礦工幸存者、礦工親屬、子女、礦山救護人員及時給予適當的心理疏導,使之盡快擺脫困擾。
在心理學領域中看來,危機干預是一種對危機的處理,是指對處在心理危機狀態下的受害者及受其影響的相關者采取有效的策略,盡快走出危機的影響,重新融入并適應生活。危機干預的解決有三重意義,個體可從中得到對現狀的把握,對經歷的危機事件重新認識,以及學到對未來可能遇到的危機有更好的應付策略與手段。
2 煤礦事故心理創傷分級以及這些受害者的心理特點
煤礦事故發生后,受到直接傷害的人一般是可以確定的,然而除了直接受到傷害的人以外,還有其他因事故受到影響的人,不能僅僅關注因為煤礦事故而直接受到傷害的人。科學合理的做法是對因煤礦事故直接受到傷害和間接受到傷害的所有人,按照一定的標準進行分類,針對不同類別的人,采取不同的心理干預措施,使心理危機干預更具有有效性和針對性。
應受關注和干預的一級人群:該類別是指煤礦事故中的重傷、殘疾人員。這部分人的最大特點是受到不可恢復性的傷害,傷害的產生對他們造成了極大的影響,他們很容易產生心理問題,從事故中的陰影中走出來的難度也較大。其心理創傷的最大特點是對未來生活失去信心,難以看到希望,脾氣也變得暴躁,依靠酒精或藥物來麻醉自己。
應受關注和干預的二級人群:指煤礦事故中受傷較輕的人員。在煤礦事故發生一段時間后,這類人群可能會經歷事故過程的強迫性回憶,過度的警覺和對安全的過分關注以及產生心理上不安等問題。主要的特點表現在外在的、身體上受到的傷害可能已經恢復,但心理創傷能否恢復與其自身的心理承受能力有很大的關系。如不進行及時有限的心理干預,其中部分自身不能夠有效調解的人員可能發生影響較為負面的心理障礙,從而造成新的心理傷害。
應受關注和干預的三級人群:指與前兩級應受到關注和干預的人群有密切的生活和工作聯系的同是和家屬。由于煤礦事故中受傷害者的巨大痛苦具有一定的傳染性,與受傷害者有密切聯系的這些人心理上也會受到影響,也會對他們造成一定的心理創傷,其心理創傷的特點是可能會產生嚴重的悲哀和內疚反應,對于這類人群需要緩解繼發的應激反應。
應受關注和干預的四級人群:指在臨近煤礦事故災難場景時心理失控的人、從事救援或搜尋的非現場工作人員,幫助進行生產恢復或康復的工作人員。這些人的心理創傷特點是在心理承受能力弱的情況下,某些人可能表現出強迫性回憶等心理病態的征象。如沒有得到及時有效的心理干預,對于他們也可能會造成較大損害。
3 煤礦事故后心理危機干預路徑選擇
危機出現之后,就需要采取相應的方式進行處理,其干預的方法和路徑就成為了關鍵,在這種情況之下,所采取的措施和方法妥當合適與否在很大程度上決定著對于事故中的人員而言在處理,進行有效的危機干預還是導致二次傷害。
在實際之中,經常會發現這樣一些現象,事故出現之后,已經有一些熱心的人在幫助處理,這些人也得到事故中受傷害的當事人及家屬的接受,在此情況下,再有貿然介入的時候,當事人會很反感,甚至會產生抵觸的情緒。
所以,在探討煤礦事故后心理危機干預路徑之前,必須強調的是,在接觸每一個事故中的受害者和其家屬之前,都要對他們的情況有一個詳細的了解和把握,然后再有針對性的采取相應的措施,進行有效合理的心理干預,達到預期的目的,詳而言之,煤礦事故后心理危機干預的路徑有以下幾端。
3.1 共情的產生
事故發生之后,對于當事人而言,是一個巨大的心理沖擊,此時危機干預人員要學會共情,設身處地的為當事人著想。此時,與事故當事人是伙伴和盟友的關系,對于當事人的宣泄和非理性情緒給予理解,并進行適當的引導,進入當事人內心的精神世界,與他們一起共同渡過難關。(1)察顏觀色,及時發現和準確把握當事人的心理感受,心理狀態,并做出初步的判斷;(2)對于當事人的這種情緒和心理感受給予充分的理解,在理解的基礎上進行全面分析和把握,找出來龍去脈,分析其中的主要原因;(3)與當事人產生心理上的共鳴,把自己的理解和感受與當事人進行交流,建立雙方基于信任的溝通渠道。
3.2 危機干預的正是開始――進行有效的心理教育
在前一階段工作的基礎上,開始向當事人闡明事故之后進行心理危機干預的積極作用,介紹當事人尋求幫助和傾訴的作用以及可以尋求哪些幫助。鼓勵當事人在危機產生之后要有意識的積極尋求物質上和精神上的幫助。鼓勵當事人將影響心理感受的因素進行并告知心理干預的工作人員,向他們進行傾訴,以便有效減輕自己的心理壓力。
3.3 煤礦安全生產事故中心理危機干預的關鍵之點
信任至關重要,只有產生信任感,才會將自己的真實感受進行交流。在事故發生之后,接觸到當事人時,應當先用日常生活的招呼語言與當事人進行溝通,建立初步的信任關系,以此建立雙方溝通的可能性。所以,在這一過程中,信任是第一步的,也是關鍵之點。如果當事人對心理危機干預人員沒有信任感,接下來的工作很難進行下去。
參考文獻:
[1] 劉春華.災害事故救援中的心理干預簡析[J].湖南公安高等專科學校學報,2005(3).
【關鍵詞】 煤礦 采空區 瓦斯抽放 技術
高瓦斯近距離煤層群保護層采煤工作面回采結束封閉后,從鄰近煤層、煤柱、圍巖和工作面遺煤等處的瓦斯涌出并未因此而終止,仍然有很多的的瓦斯繼續涌入封閉后的采空區,并且將延續一段時間。一般可1-2a或者更長的時間,這就造成了采空區積存了大量的高濃度瓦斯,嚴重影響礦井的安全生產。采空區的密封很難做到完全嚴密。隨著礦井氣象條件的變化,通風系統的調整等相關因素的影響,導致采空區內的瓦斯從密閉墻體周邊圍巖或隔離煤柱的裂隙往外漏出,造成密閉墻前或巷道內瓦斯超限、積聚,給礦井安全生產帶來威脅,從而增加礦井通風負擔和不安全因素。因此對采空區內瓦斯進行可控、安全地抽采,既能降低采空區內瓦斯給礦井安全生產帶來的威脅,又能合理利用采空區內瓦斯能源,同時又減輕通風負擔。通過不同采空區抽采方式的效果比較、分析和研究,選擇適合可控、安全的采空區抽采方式。
1 瓦斯抽放的目的和意義
隨著機采、綜采和放頂煤技術的應用,開采強度隨之增大,使得工作面絕對瓦斯涌出量大幅度增加。為了解決高產、高效工作面多瓦斯涌出源、高瓦斯涌出量的問題,必須結合礦井的地質開采條件,實施綜合抽放瓦斯。
1.1 瓦斯抽放的目的
(1)預防瓦斯超限,確保礦井的安全生產。(2)對于無保護層可采的礦井,預抽瓦斯可以作為區域性或局部防突措施來使用。(3)開采保護層并具有抽放瓦斯系統的礦井,應抽放被保護層的卸壓瓦斯。(4)開發利用瓦斯資源,變害為利。
1.2 瓦斯抽放的意義
(1)瓦斯抽放是消除煤礦重大瓦斯事故的治本措施之一。(2)瓦斯抽放能夠解決礦井僅僅靠通風難以解決的問題,降低礦井通風成本。(3)瓦斯抽放能夠利用寶貴的瓦斯資源,變廢為寶。
2 閉采空區瓦斯抽放技術
2.1 新采空區瓦斯抽放技術
該采空區在采完不長時間,雖然已經密閉,但是未能夠終止來自煤柱、煤、圍巖的瓦斯,還存在大量的瓦斯一直往采空區涌向,并且持續比較長的時間,一般能夠保持1年―2年以上。聚集在采空區的瓦斯灰往外泄露,離著開采區比較近,這極大地威脅著礦井的安全。為此,對這種新采空區實施瓦斯抽放具有重大的意義。在進行抽放的時候,需要根據一系列礦井的應用現狀實施相應的技術,不但借助一系列的鉆孔,也應在緊靠回風側的防火墻進行插管,從而實施瓦斯抽放。
2.2 老采空區瓦斯抽放技術
一般會儲存大量的瓦斯,而抽放這一部分瓦斯非常關鍵,這就要求加固跟老采空區相通的防火墻,然后插管。把抽放管路和插管連接起來,再進行抽放。
2.3 報廢礦井瓦斯抽放技術
密閉報廢礦井井口,借助其中的一個井筒安裝管子插入密閉加以抽放,在各個水平上的抽放管路需要設計開口,以方便在深部充滿二氧化碳或水的過程中依舊實施抽放。
3 半封閉采空區瓦斯抽放技術
3.1 直接往采空區打鉆抽放技術
該技術應用較多的是在開采急傾斜厚煤層的過程中,它是借助下部煤層巷道,要么是通過回風水平或運輸水平的底板巖巷往采空區打鉆,抽放鉆孔到達采空區區域,進而跟采空區之上和回風側相靠近。該技術也適宜在緩傾斜與傾斜煤層使用。當前,一部分礦井通過穿層鉆孔預抽瓦斯,倘若開采工作面的時候涌出很多的瓦斯,那么能夠借助一些鉆孔充當采空區瓦斯抽放用。
3.2 在頂巖打水平鉆孔抽放技術
開采煤層頂板上面是涌入采空區瓦斯的來源,并且頂板是易碎巖石,在較難打鉆抽放的時候,需要由回風巷往煤層之上挖掘一個斜巷,一直到達穩定巖層,在斜巷末端充當鉆場。需要根據實際情況確定孔深,一般是100m,直接頂厚度決定了煤層頂板至鉆孔中心的距離,一般是5m~10m,在推進采煤工作面的影響下,鉆孔的底部位置一直處在冒落拱之上,可是孔口處于負壓的情形,如此的抽放技術能夠實現理想的效果。
3.3 往冒落拱之上打鉆抽放技術
該技術需要使鉆孔孔底處于冒落拱之上。該技術可以抽放1/2以上的瓦斯濃度,大都有著比較高的瓦斯抽放濃度,能夠實現 2m3-4m3/min鉆孔單孔流量。對保護層進行開采的過程中,往往打鉆孔對周圍層卸壓瓦斯進行抽放,并且在冒落拱之上進行打鉆,以及對未開采的煤分層與冒落帶中上鄰近層的瓦斯進行捕集。
3.4 插管抽放技術
該技術在冒落頂板前把帶孔眼的管子插入采空區實施抽放,在一般情況下,選擇75mm―100mm直徑的管子,位于采空區的一頭長是1m―3m。管壁有小孔且借助沙網包好,防止抽放時發生堵塞的情況。此管子應盡量跟煤層頂部靠近,位于較高濃度瓦斯的位置。該技術抽出的瓦斯濃度比較低,通常是15%,簡單方便,費用較少。
3.5 頂板尾巷抽放技術
在開采工作面之前,在專門用作排瓦斯的巷道掘進一個斜巷道,一直到開采層頂斷相應的高度,最適宜在裂隙帶,然后做一個平巷道到達工作面相應的距離,在推進斜巷口密閉插管工作面超出斜巷區域相應距離之后進行抽放。
3.6 工作面尾巷抽放技術
該技術類似于頂板尾巷抽放技術,在推進采煤工作面超出專門排瓦斯巷跟回風巷之間的聯絡風巷之后,砌筑密閉聯絡風巷口。該技術能夠使得隅角瓦斯超限的情況得以解決。
4 綜合瓦斯抽放方法
隨著煤礦機械化水平的提高,以及綜采放頂煤開采方法的應用,由于開采強度的大幅度提高,開采后(包括圍巖)、鄰近層,采空區等的瓦斯涌出量也急劇增加,有的工作面瓦斯涌出總量超過 100m3/min,這樣大的瓦斯涌出量使原有的抽放方式,方法已經不能消除工作面的瓦斯威脅。為了實現高產高效礦井(工作面)的高安全生產,要求抽瓦斯技術有一個新的突破,而解決高產高效礦井的高瓦斯涌出問題的方法只能是實行綜合抽放瓦斯。
5 結語
總之,全封閉采空區與半封閉采空區所涌出的瓦斯成因存在差異性,這導致不相同的瓦斯分布規律,務必結合一系列采空區的現狀,選用適宜的瓦斯抽放技術。
參考文獻:
[1]孟祥春.采空區瓦斯涌出特點與抽放方法[J].科技論壇,2008,(25):52-53.
【關鍵詞】煤礦機電產品;檢測;自動化
一、前言
近年來,煤炭開采逐步機械化,涌現出了很多大型復雜的機械化設備,提高了勞動生產率,增加了煤炭產量,減少了重大惡性事故的發生。隨著現代工業的不斷發展,煤礦生產設備結構越來越復雜,功能越來越多。由于各種不可避免的因素的影響,導致設備出現各種異常,以致降低或失去其預定的功能,造成嚴重的甚至災難性的事故,國內外接連發生的由設備故障引起的各種爆炸、倒塌、斷裂、毀壞等惡性事故,造成了極大的人員傷亡和經濟損失。生產過程中接連發生的設備事故,使機器設備遭受損壞或生產過程不能正常運行,造成極大的經濟損失。所以確保設備的安全運行,防止突發性事故發生,減少事故損失,是十分迫切的問題。故障檢測診斷技術是一項集合了信息技術、傳導技術和電腦技術等多個領域為一體的先進技術手段,近年來在煤礦行業中得到了廣泛應用與普及。機械設備故障診斷技術是了解和掌握設備的運行狀態、識別設備的異常表現、早期發現設備潛在故障并預報故障發展趨勢的技術,它涉及機械、信息、計算機人工智能等許多學科知識,已經成為一門獨立的跨學科的綜合技術,是以可靠性理論、信息論、振動理論、控制論和系統論為理論基礎,以現代測試儀器和計算機為技術手段,結合各種診斷對象的特殊規律而形成的一門新興學科。由于煤礦井下工作環境惡劣,對各種設備的機械性能、使用可靠性以及安全性能的要求很高,因此對煤礦機電產品進行合理地檢測與故障診斷就顯得尤為重要和迫切。
二、故障檢測技術在煤礦機電產品中的應用
1、采煤機故障診斷技術
采煤機是煤礦生產的關鍵設備,它增加了煤炭產量,減少了事故發生率。由于煤礦環境惡劣,加上采煤機自身結構復雜,在工作時不但容易受到來自煤、巖石等沖擊,而且還受到煤塵和水霧的污染,出現故障比較頻繁。采煤機一旦出現故障,將會造成整個煤礦生產系統癱瘓,因此對采煤機進行正確的故障診斷是具有非常重要的意義的。隨著當前煤礦工業的發展,采煤機功能越來越多,且自身的結構和組成愈發復雜,導致故障發生的原因也隨之復雜化。同國外先進的采煤機比較,國產的采煤機在故障檢測診斷技術方面還相對落后,主要表現在檢測參數的缺少和檢測范圍的不全面,并且無故障診斷功能。目前常用的采煤機故障診斷方法有:溫度監測,對于采煤機而言,采用在線溫度監測比較實用,比如當采煤機截割滾筒內軸承損壞發生嚴重摩擦時,滾筒溫度將急劇上升,通過溫度監測可以快速地定位故障部位,連續對這些部位進行溫度監測并記錄歷史變化數據,不但能夠監測采煤機的現況,還能夠預測采煤機的故障發展趨勢;專家系統,采煤機故障具有復雜性和隱蔽性,傳統的診斷方法難以做出快速準確的判斷,存在著誤判的可能。專家系統能夠綜合運用領域內專家的知識,模擬專家的思維過程,從而對故障進行分析。利用專家系統對采煤機進行故障診斷,首先要對現場故障診斷數據進行歷史記錄和分類總結,然后建立知識庫,但是專家系統在知識獲取及推理技術等方面存在著缺陷;人工神經網絡,由于采煤機從故障初始征兆到故障源的映射通常具有復雜的非線性映射關系,將人工神經網絡應用到采煤機故障診斷中,可以從監測到的采煤機故障信號中,找到故障原因和故障部位的非線性映射關系,但是由于人工神經網絡學習周期較長及收斂速度慢等缺點,會影響采煤機故障診斷的及時性。
2、礦井提升機故障診斷
礦井提升機常被人們稱為礦山的咽喉,是礦山最重要的關鍵設備,是地下礦井與外界的唯一通道,它在整個綜合機械化生產中占有非常重要的位置,提升機不僅是它的重要組成部分,同時也是礦山重要的大型固定機械設備。肩負著提升煤炭、下放材料、升降人員等的重要運輸責任。提升機運行的安全可靠性不僅直接影響整個礦井的生產能力,影響整個礦山的經濟效益,而且還涉及到井下工作人員的生命安全。一般來說,主井提升設備只負責將井下采掘到的有用礦物從井底提升到地面;副井提升設備負責提升巖石、下放材料、升降設備和人員等工作。現代提升設備的提升容器一次有效提升量可達到 30 到 50 噸之巨,其在井筒內運行的速度可達每秒 20 到 25 米,一臺提升機的驅動電機的容量最大可達 1 到 1.5 萬千瓦。所以使它們安全、可靠、經濟地運轉對確保礦井安全,經濟生產就具有非常重要的意義。目前,各種以計算機為主體的自動化診斷系統問世并相繼投入使用,反應了當前設備診斷技術發展方向。把分散的診斷裝置系統化,與電子計算機相結合,實現狀態信號采集、特征提取、狀態識別自動化,能以顯示、打印繪圖等各種方式自動輸出診斷報告;利用人工神經網絡、遺傳算法及專家系統組成的智能化專家系統是診斷技術發展的必然趨勢;集機電液一體化的診斷技術得到了迅速發展;信息融合技術已成功應用于眾多領域,其理論和方法已成為智能信息處理及控制的一個重要研究方向,信息融合技術的發展和應用為診斷技術注入了新的活力,使基于多傳感器或多方法綜合的診斷技術具備了系統化的理論基礎和智能化的實現手段,以傳感器技術和現代化信號處理技術為基礎,以信息融合技術為核心的智能診斷技術代表了當今診斷技術的發展方向。
3、煤礦通風機的故障診斷
在煤礦生產中,礦井風機是一種非常重要但又耗能較多的設備,它必須 24 小時不停運轉。煤礦通風的目的,是為井下作業區域輸送適量的新鮮空氣,是保證煤礦安全生產很重要的一環,瓦斯及火災的防治,都是建立在良好的通風之上的。煤礦通風機是氣體壓縮和輸送的機械設備,煤礦通風機主要由葉輪、電機、軸承、機殼、導流片等部件組成。由于煤礦的生產條件十分惡劣,煤礦通風機經常發生各種故障,所以應對煤礦通風機故障展開故障診斷研究,這樣可以有效地減少瓦斯事故和其他類事故的發生概率,促進煤礦安全穩定的生產。傳統上對煤礦故障診斷常采用快速傅里葉變換的分析方法。快速傅里葉變換,是信號頻域分析的有效工具。但是快速傅里葉變換無法分析通風機故障的暫態特征,而這些暫態特征信號里往往包含著故障的重要信息,同時快速傅里葉變換對故障的局部信號分析也無能為力。在煤礦通風機設備故障診斷中,利用小波變換進行動態系統故障檢測與診斷具有良好的效果,小波分析可以將一個信號分解成多個不同尺度的信號,所以在信號檢測中得到了廣泛應用。小波分析能將采集到的通風機振動信號, 小波變換具有空間局部化性質,利用小波變換能有效分析突變信號的時頻局部特征。同時神經網絡具有非線性擬合能力,因此可以構建出小波神經網絡,建立起故障特征分量和故障類型之間的映射,從而正確診斷出煤礦通風機故障。
三、結語
煤礦機電設備是煤礦生產的重要環節。由于煤炭行業和礦井開采條件的特殊性,機電故障現象比較復雜。目前,我國煤礦行業因為各種因素,機電設備故障檢測診斷技術仍處于較為簡單的階段,煤礦設備故障檢測診斷技術應用尚不廣泛,但尚有許多研究成果,應綜合考慮有關機電設備可靠性和經濟性等因素,合理適當選擇監測和診斷方法。同時,還應加強與各個行業間故障檢測診斷技術的交流與合作,并進行新技術的推廣與應用,使煤礦機電設備的安全性、可靠性得到進一步提高。
參考文獻:
[1]王琳.機械設備故障診斷與監測的常用方法及其發展趨勢[J].武漢工業大學學報, 2000 (3)