煤礦監控系統瓦斯數據分析技術研究
瓦斯測點的布置情況，將礦井通風網絡劃分為若干相互毗鄰的控制分區。依照質量守恒定律，分f
各控制分區瓦斯流入、流出測點的歷史數據，計算每條巷道的瓦斯歷史數據規律，獲得礦井瓦斯裹 動的歷史規律和近期規律，最后將當前瓦斯監測數據放在歷史規律的背景中進行分析，給出對當言 瓦斯監測數據的合理性判斷。
關鍵詞：瓦斯；通風網絡；監控系統
中圖分類號：TD76 文獻標志碼：A 文章編號：0253—2336(2008)04—0058一03．
礦井瓦斯監測是預防瓦斯災害的重要手段，礦井安全監測系統和瓦檢人員隊伍則是保障煤礦安全生產的重要基礎。
煤礦現場的作業地點和相關重要位置是煤礦瓦斯監測的重點，每班均有瓦斯數據測得和保存，在
安裝有瓦斯自動監控系統的礦井，瓦斯數據可以 24 h不問斷地產生，因而煤礦現場積累的瓦斯數
據是十分豐富的。然而，目前礦山所測定的瓦斯數 據進入安全技術管理的生命周期很短，主要僅用來判斷當時當地瓦斯是否超限以決定是否允許正常作業生產，其后即被保存起來而很少再用。與此同時，與通風瓦斯相關的計算、決策輔助、專家系統、優化分析等均是技術人員在人為限定命題、且與通風瓦斯前臺管理相分離的條件下完成的，主觀因素重，對日常管理的作用往往是間接的，因而效果不顯著。其實，大量通風和瓦斯的測定數據形成了浩大的時空序列，除了直接指示測點區域的安全狀況以外，其中還包含了瓦斯運移與積聚的重要信息。礦井瓦斯涌出規律及其對礦井風流瓦斯分布的影響是礦井安全生產管理十分重要的信息。有效解讀通風瓦斯數據時空序列所隱含的瓦斯涌出、轉移、平衡、積聚的趨勢和現狀，并將日常測值予以實時分析以確定該測值可能揭示的通風瓦斯異常和瓦斯災害預警，對于掌握瓦斯治理主動權有著重要的意義。
1 礦井瓦斯監測與數據分析研究現狀
煤礦監控系統的監測對象包括巷道風速、瓦霧斯、一氧化碳等，其中，瓦斯的實時監測是國內外瓦斯治理的基本手段。國產監測系統經多年的研究積累，達到了一定的水平，取得了較大的成功，在煤礦得到了大面積的推廣應用，但是，從總體上講礦井安全監控系統仍以監測功能為主，系統僅對采集到的各類數據進行實時及歷史曲線顯示等規處理，不能形成對瓦斯狀況的預警與工程措施
乏果預案分析等專業功能。
從目前國內外在瓦斯涌出量預測方面的研究來看，瓦斯涌出量預測方法可分為2類H。：一類是建
立在數理統計基礎上的礦山統計法，這種方法依據礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的統計規律，外推到預測的新區，主要適用于地質條件簡單的礦井；另一類是以煤層瓦斯含量為基本預測參數的瓦斯含量法，這種方法通過計算井下各涌出源的瓦斯涌出量．得到礦井或某一預測范圍的涌出量預測值“這2類方法都只是用于對全礦井瓦斯涌出量的宏觀預測，無法精確到具體的巷道。本文提出的瓦斯數據甚分析技術，根據測點在井下巷道的布置情況，可以分別對全礦井、礦井部分區域和具體巷道進行預測：
2監控系統瓦斯分析技術
在既定的通風網絡中，礦井瓦斯混合在風流中安照流體力學的規律來移動。流體力學中把流體看
車連續介質，流體由無窮多的流體質點組成，系統是指某一確定流體質點的總體。系統的邊界把系統確外界分開。系統隨流體運動而運動，其邊界形狀和聽包圍空問的大小隨運動而變化。在系統邊界上．沒有流體流出或流進，即系統與外界沒有質量交換，因此系統始終由同一些流體質點組成。
系統的概念實際上就是采用拉格朗日觀點來描述流體的運動。但在大多數流體力學實際問題中，
專個別流體質點或流體團的運動及其屙l生并不感興趣．感興趣的是流體對流體場中物體或空間中某體 積的作用和影響。在瓦斯監測系統中，人們關注的并不是同一流體團瓦斯質點在通風網絡中的運動軌跡．而是在特定地點的瓦斯濃度場的變化，因此引入控制體的概念【2】
控制體是指流場中某一確定的空間區域，控制體的邊界面稱之為控制面。控制面上可以有質量交
換．即有流體流進或流出，因此占據控制體的流體質點是隨時問而改變的。在瓦斯監測系統中，如果根據瓦斯測點的分布狀況，將整個通風網絡劃分為互相毗連的若干個控制體，就可以對每個控制體中的瓦斯流量和濃度變化進行研究。瓦斯監測系統以通風網絡中不同地點的瓦斯濃度為主要監測目標，而通風網絡中每一點的瓦斯濃度隨時間不斷發生變化，同一時刻各點的瓦斯濃度也不相等，所以通風網絡中的瓦斯濃度場是非定常、非均勻場一“。
在通風網絡中，對任意的控制分區，根據質量守恒定律，該分區的瓦斯涌出量等于單位時間內流
出該分區的瓦斯流量減去流入該分區的瓦斯流量，由此提出控制分區的連續方程如下：
按照控制分區的連續方程(1)，控制分區瓦斯涌出量等于該分區各測點瓦斯流量的代數和。為
了統計各條巷道的瓦斯涌出規律，需要將分區的瓦斯涌出量換算成分區內各巷道的瓦斯涌出量，分區內瓦斯分配算法如下：
這樣，對于瓦斯監測系統的每一組測值，按照上述公式，可以求出全礦井各條巷道的一組瓦斯涌出值，進而可以得到全礦井各巷道的大量瓦斯涌出值。對巷道的瓦斯涌出值進行統計，就得到了全礦井各巷道的瓦斯涌出規律。
3系統的應用分析
在某礦進行驗證研究工作，該礦的通風方式為多井口進風，分區通風方式。各采區及各用風地點均實行獨立通風，南一主要通風機擔負南一采區、北二采區的通風任務，北一、北二主要通風機聯合運轉擔負北一采區的通風任務。
采用Microsoft．NET框架中的C#語言開發了煤礦監控系統瓦斯數據分析軟件一，使用該軟件繪
制好的某礦的通風網絡如圖1所示。
該礦的人工瓦斯測點共有13個，見表1.
測點編號 測點名稱 測點所在巷道編號 測點所在巷道名稱 1 11501采煤工作面 27 11501掘進工作面 2 11501采煤工作面回風流 29 11501回復呢個斜巷 3 2321采煤工作面 22 21工作面 4 2321采煤工作面回風流 23 21回風巷 5 2508采煤工作面 49 08工作面 6 2508采煤回風流 51 07回風人斜巷 7 南翼3號工作面 12 南翼3號聯絡巷 8 南翼3號回風流 16 南翼3號回風巷 9 南翼5號煤工作面 30 5號煤軌道上山 10 南翼行人上山回風流 31 2508行人回風上山 11 南翼工作面 45 施工行人進風巷 12 385總回風測點 77 385主要通風機位置 13 3號煤總回風測點 67 局部通風機硐室
在通風網絡圖上添加瓦斯測點，自動將瓦斯測點與巷道關聯起來，同時錄入測點的基本信息，其操作示意如圖2所示。
依據以上通風網絡結構和瓦斯測點，運行本軟 件，軟件計算完成之后，單擊某巷道就可以查看其
瓦斯涌出歷史數據的統計直方圖和概率分布圖，如08工作面的瓦斯涌出統計直方圖(圖3)。圖3中
測點數表示瓦斯涌出歷史數據中落在某區間的個數。
08工作面的瓦斯涌出統計分布如圖4所示，圖4中，小于瓦斯涌出量的分布概率表示瓦斯涌出量小于對應橫坐標某值的概率。
4 結 語
在礦井瓦斯分析預測方面提出采用控制分區來計算全礦井的瓦斯涌出、流量和濃度的波動規律|
這樣就在瓦斯數據處理方面提供了一種根據已知歷史數據生成未知準歷史數據的方法，這對于井下瓦斯測點布置的巷道的瓦斯預測具有重要意義。 |
參考文獻：
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【2】劉英學．礦井瓦斯涌出量預測方法的研究[J]．湘潭礦業學院報．1995(3)．
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作者簡介：李高正(1972一)，男，江蘇豐縣人，博士，副教授，研究方向為制造信息學、自適應控制、計算機信息系統、礦山安全等，現主要從事煤炭機電設備管理和煤炭企業信息化工作。
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