煤矿瓦斯治理动态工作流构建方法研究

煤矿瓦斯治理动态工作流构建方法研究

杨永奎

焦作煤业（集团）有限责任公司    河南省焦作市    454000

摘要：随着我国经济的不断提升以及科技的不断进步发展，煤矿开采率也在持续增加，但是因为存在诸多安全隐患问题，比如透水事故、瓦斯事故、煤尘事故、火灾事故、顶般事故等，导致开采效果并不理想。

关键词：煤矿；瓦斯治理；动态工作流；构建方法

引言

以煤炭工业信息化建设为基础推进智能矿山建设是煤炭行业发展的必然趋势。煤矿瓦斯治理信息化是煤炭工业信息化建设的重要内容之一。目前在瓦斯治理仪器装备信息化，瓦斯监测监控，基于GIS的瓦斯信息管理、展示和分析等方面取得了重要进展，同时，将现代信息技术应用于瓦斯灾害预防预警也成为煤炭科技创新的重要方向之一。

1煤矿瓦斯通风存在的安全问题

1.1通风环境存在隐患

我国具有丰富的煤矿资源，但煤矿开采地质条件却十分复杂。目前，我国煤矿通风主要采用自然通风、机械通风两种方式，随着煤矿开采深度的不断增加，不仅巷道长度增加，而且也愈加狭窄曲折，送风非常困难，应用常规的通风方式难以将井下的瓦斯排出。如果煤矿单位不能根据实际情况选择适宜的通风方式，购置先进的通风设备，势必会造成瓦斯聚集，增加安全事故的发生概率。不仅如此，由于矿井地质条件复杂，仅是安装通风设备是不够的，还需要配置通风系统，以此来达到防瓦斯、防粉尘、防明火的目的。但实际情况却并非如此，部分煤矿单位为了加快开采进度，对于井下环境、地质条件的勘查不够全面；没有综合考虑多方面因素，因而导致通风系统存在缺陷，应用效能无法得到充分发挥。

1.2安全管理有待加强

煤矿单位的可持续发展离不开管理，其管理内容是要包括矿井设备管理、作业人员管理。现阶段，我国很多煤炭单位依然还在沿用传统的管理方式，没有安排技术人员负责专门调试、监测通风系统的运行，从而使得矿井通风系统的性能不能得到充分发挥。而且在各个开采环境，也缺少技术人员的指导监督，这就造成了出现问题时，不能及时追责问责，使得作业人员的安全意识相对薄弱。

1.3相关设备更新不及时

我国的煤矿矿井数量非常多，而且大多处于开采的中期阶段，大部分设施设备都是按照以前的标准配置的。个别煤矿单位过度关注短期利益，没有重视长远发展，所以对于瓦斯通风设备的更新与维修养护不够及时。由于通风设备长时间运行，风压及风量不足、无风、循环风等问题加剧，造成瓦斯积聚，安全隐患也随之增多。不同通风形式的矿井，聚集瓦斯的情况也会有所差异，比如，在机械通风矿井中，最容易瓦斯聚集的情况是风扇停风；自然通风的矿井，则在春秋季容易出现瓦斯聚集；在采掘区域，停电情况下容易聚集瓦斯；独头回采及长距离的巷道掘进容易聚集瓦斯等。所以说，为适应多样化的瓦斯聚集情况，需要对通风系统、设备进行及时调试更新，才能让其应用效能实现最大化。

2瓦斯治理过程特征描述

2.1瓦斯治理过程模型

建立过程模型是瓦斯治理过程控制的基础。由于煤矿瓦斯治理方案和瓦斯治理过程实例都具有多样性，难以用统一的过程模型来描述，因此，通过总过程模型组合子过程模型的方式来实现。总过程模型用来描述瓦斯治理过程的总体框架，不包括瓦斯治理措施的细节，子过程模型用来描述瓦斯治理的工作内容和措施。不同瓦斯治理工作内容和措施对应不同的子过程模型，当它们代入总过程模型后，形成具体的过程，称为过程实例。

2.2过程特征参数

由过程控制理论可知，瓦斯治理过程的运行状态可以通过其过程特征参数来反映，将过程参数分为基础参数、施工参数、瓦斯抽采参数3类。1）基础参数。包括空间位置、煤层赋存、地质构造、瓦斯赋存情况的描述。瓦斯治理与采掘活动密切相关，为了更好地描述瓦斯治理过程中的空间位置，除了矿井统一的空间三维坐标外还应有井下地点的描述，因此，需要对井下地点管理，在矿井开拓煤层、水平、采（盘）区划分的基础上，把井下地点划分为4个层级。在此基础上，对各采掘工作面的抽采单元、揭煤点信息以及它们的统一坐标范围进行添加。最后建立井下地点树方便各类瓦斯治理信息的归类和筛查。此外，瓦斯治理需要人员的参与和仪器设备的投入，因此，瓦斯治理过程的管控除需要矿井组织机构、人员、角色、班次等信息外，还需要瓦斯治理仪器设备全生命周期管理的信息。

2.3过程控制参数

从时空角度看，1个过程的控制参数可分为初始化参数、节点参数。1）初始化参数。指瓦斯治理过程或子过程开始时所赋予的参数，对应前述的基础参数部分。2）节点参数。瓦斯治理过程是由各子过程及其内部环节以一定的规则连接而成，其衔接处存在若干分支节点，它标志着前后过程环节的结束和开始。当遇到分支节点时，应分析上一过程环节是否达到了预期的要求，若满足则上一环节结束，否则跳转到相应的环节并循环直至通过该分支节点。区域突出危险性预测/验证、施工质量验收、工作面突出危险性预测和检验均作为措施类子过程的节点参数。对于计划类、测试类和管理类子过程可以用地点的生命周期或预定截止时间作为节点参数。

3瓦斯治理动态工作流创建

3.1　瓦斯治理业务流设计

由采掘工作面和揭煤工作面的瓦斯治理工作流程和实施过程可知，其流程环节可进一步具体化为技术文档和报告单审批、钻孔施工、取制样、瓦斯参数测定、抽采及其参数测定等5类工作。根据流程设计原则，笔者对上述后4类工作的实施路径进行了梳理和重构，并进一步拆分为25个基本工作单元，建立对应内容表单，基于标准的通信协议支持各类轨迹仪所测钻孔轨迹、视频监控设备所录打钻视频、仪器所测参数的井下就地上传和地面实验室仪器设备所测瓦斯参数的联网接入。

3.2任务分派策略

煤矿人员、机构复杂，任务密集，靠传统手动方式分配任务需要大量人力和时间。如果分配者不能及时掌握候选人现有的工作量和工作计划，仅凭主观判断，任务分配难以达到均衡，导致部分员工的工作安排负荷较大，而另一部分员工处于等待任务状态。因此，在工作流任务派单时采用主动和自动相结合的策略将各基本工作单元任务分配给相应的执行者，分2个阶段进行：候选对象在规定时间内从任务列表获取感兴趣的任务；将工作流剩余任务根据任务匹配度筛选出最合适对象，其中，任务匹配度根据候选对象的当前负载量、预期负载量和技能熟练度确定。

3.3　工作流动态设计

由于瓦斯治理业务实施过程管理的工序是严格的人为规定，如果因为工序混乱导致施工出现问题，后果不堪设想，因此不允许擅自更改用户未批准的流程步骤。这里的工作流动态设计主要针对有新的业务流程上传并替换原有业务流程，包括2种情况：①过程定义的动态修改。在过程定义阶段，通过在描述文件中预先定义的规则，尽量覆盖到运行中的动态变化，然后为其提供可选择的流程分支。②过程实例的动态修改。在工作流运行阶段，根据实际状态变化，可以选择终止所有正在运行的流程实例，然后按照新的流程定义重新启动，或者对正在运行的流程实例不做任何处理，之后创建新的流程实例并按照新的流程定义执行，或者将正在运行的过程实例转换为新流程定义下的流程实例，并执行下去。

结语

后续结合需要，可对保护层开采、地面井预抽煤层瓦斯等区域瓦斯治理措施，安装金属骨架、煤体固化、水力冲孔等工作面防突措施及安全防护措施开展业务流程化研究，针对接入的不同系统和仪器设备建立对应的内容表单模板，开发移动端程序，以便更加灵活、便捷地执行井下瓦斯治理相关业务，不断完善瓦斯治理业务流程。

参考文献

[1]孟国才.煤矿瓦斯通风安全问题分析及解决措施研究[J].当代化工研究,2021(12):17-18.

[2]方明.煤矿井下瓦斯治理方案及通风系统优化探析[J].矿业装备,2021(01):78-79.

[3]蒋国芳.基于瓦斯的煤矿通风系统问题与防范对策研究[J].河北企业,2020(06):44-45.