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1、基于通篇要注意表达的流畅、还有标点符号的全角问题。不能出现半角逗号和句号。GIS技术的煤矿瓦斯事故应急救援管理系统应用研究论文题目：基于GIS技术的煤矿瓦斯事故应急救援管理系统应用研究专 业：安全技术及工程硕 士 生：许永刚 （签名） 指导教师：田水承 （签名） 摘 要煤炭企业是我国国民经济和社会发展的基础，一直以来其在我国一次能源生产和消费结构中始终占据70%左右。近几年，煤矿重特大事故频繁发生，其中瓦斯事故尤为突出，在瓦斯事故发生后，往往由于缺乏必需的应急救援管理系统或救援管理系统不完善、不畅通而延误了最佳救援时机，导致瓦斯事故范围扩大，伤害程度加重，给企业带来了深重灾难。因此需要制定发生
2、瓦斯事故时，应该采取的紧急措施和应急方法，将瓦斯事故对人员、财产和环境造成的损失降低至最小程度。建立瓦斯事故应急救援管理系统是煤矿有效控制瓦斯事故的有效手段。本文将地理信息系统（(Geogaphic Information System，简称：GIS）运用于煤矿瓦斯事故应急救援管理工作中，结合煤矿生产实际情况，介绍了基于GIS技术的煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的设计方法及其GIS技术中快速响应技术。论文结合我国煤矿企业的生产现状和安全形式，从实际应用的层面，分析了煤矿重大危险源数据采集，安全预警等危险源监控技术及井下的空间和属性信息。通过对GIS软件的对比分析，最终选取了美国MapInfo公司
3、的组件式地理信息软件MapX，应用通用开发语言Visual Basic，采用了Microsoft SQL Server关系型数据库实现了系统的集成，详细介绍了基于GIS技术的煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的设计过程，阐述了GIS中图形快速显示的几种策略和基于R树的空间索引框架，通过控制读入内存的图形数据量和减少绘制图形本身的数据量相结合的策略，实现了图形的快速、动态显示。论文还对最短路径算法进行了研究及优化，缩短了系统对事故的响应时间，提高了系统的实用价值。关 键 词：GIS；应急救援；空间索引框架；最短路径；研究类型：应用研究目 录摘 要1ABSTRACT21 绪论11.1 问题的提出及研究意
4、义11.1.1 煤矿安全现状11.1.2 建立煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的意义21.2 国内外研究现状31.2.1国外煤炭行业信息化研究现状31.2.2国内煤炭行业信息化研究现状41.3 研究目的及内容61.3.1 研究的目的意义61.3.2 研究的内容61.4 技术实施路线72 应急救援管理系统的构建分析82.1 煤矿瓦斯灾害概述82.1.1 瓦斯灾害类型82.1.2 瓦斯灾害预防措施92.2 重大事故的应急救援102.2.1 重大事故应急救援的基本任务102.3 监控预警与信息管理系统技术分析122.3.1监控预警系统122.3.2信息管理系统152.4 应急救援系统平台的系统架构192
5、.5 基于GIS技术的应急救援管理系统202.6本章小结223 基于GIS的煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的总体设计233.1系统设计的目标及原则233.2生产监控系统的结构设计253.3系统的功能及数据库设计263.3.1系统的功能划分263.3.2系统的数据结构分析和数据库设计273.4系统安全性设计293.4.1权限管理模型设计303.4.2系统的角色控制模型设计313.5 GIS平台的设计思想323.5.1平台开发的技术路线323.5.2 GI S平台的开发333.5.3 GIS开发模式的选择373.6本章小结39第四章GlS地图显示的优化设计404.1空间索引简介404.1.1网格索引
6、404.1.2 R树索引414.1.3 R+树和R*树索引434.2空间索引框架设计444.2.1 ESIL存储管理器模块的设计454.2.2 ESIL功能和性能的优越性464.3地图显示的优化设计464.3.1道格拉斯普克 (Douglas Peucker)压缩算法474.3.2快速图形显示模型的分块思想494.3.3快速图形显示模型的方案设计504.3.4快速图形显示模型的实验结果及评价524.4本章小节54第五章基于GIS的最佳避灾路线设计555.1 Dijkstra算法分析555.2改进Dijkstra算法的思想基础585.3改进Dijkstra算法的实现方法605.4最短路径的案例分
7、析625.5小结63第六章总结与展望646.1总结646.2展望65参考文献661 绪论1.1 问题的提出及研究意义1.1.1 煤矿安全现状煤炭作为一次能源，在我国的能源消费组成中的比重达70%，产量占世界煤炭总产量36.5%1。煤矿是世界上最为复杂的企业和生产组织形式。煤矿的生产过程包括掘进、开采、运输、提升、筛选等环节，而且面临着复杂多变的地质条件，同时要求人员井下作业，因此存在着多种不安全因素，容易导致各类事故尤其是各类重大事故的发生2。2003-2010年，全国煤矿共发生事故18258起，其中瓦斯重特大事故2062起。我国煤炭开采形式中有96%为地下开采，国有重点煤矿大多数属于瓦斯矿井
8、，其中46%为高瓦斯矿井，在我国煤矿事故中，瓦斯事故的危害程度最大，死亡人数占煤矿事故总死亡人数的30%左右3。新中国成立以来煤矿发生的死亡百人以上事故，95%为瓦斯事故，瓦斯始终是我国煤矿安全的最大威胁。粗略估算，从各种途径投入瓦斯灾害的防治费用每年高达20亿元以上，给煤矿生产带来沉重的经济负担。瓦斯事故的威胁极大地限制了煤矿生产能力的发挥。在当前市场经济条件下，瓦斯灾害治理、预防的好坏已成为矿井特别是高瓦斯矿井兴衰存亡的关键因素之一。我国瓦斯伤亡事故情况：2003年-2010年我国共发生煤矿事故18258起，瓦斯事故2062起。对瓦斯事故统计情况如下：2003年为596起，2004年266
9、起，2005年19月为233起，2006年265起，2007年272起,2008年182起，2009年167起，2010年81起，死亡人数分别为1595人、1389人、4228人、1319人、1084人、778人、551人、341人4；值得注意的是，2005年同期瓦斯事故死亡人数分别为2003年和2004年的1.16倍和1.91倍。2005年至今，一次死亡十人以上的煤矿企业特大事故已达49起，死亡1325人，同比增加16起、618人5，煤矿事故与瓦斯事故起数对比如图1.1所示。同期比可以看出，虽然瓦斯事故逐年减少但瓦斯事故造成的危害依然严重，严重制约着煤炭行业的良性发展。图1.1 历年事故起数
10、统计图1.1.2 建立煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的意义根据各国的事故统计分析得出，有效的事故应急救援管理系统可以将事故损失降低到无应急救援管理系统的 6%6。我国有一些事故由于及时启动事故应急救援管理系统而降低了事故损失，有些甚至避免了人员伤亡，如郑煤集团超化煤矿 2004 年“4.11”透水事故、辽宁阜新艾友煤矿 2006年“2.18”顶板事故等。但也有一些煤矿由于在发生事故时没能及时启动事故应急救援管理系统，造成事故危害和灾害范围的扩大。建立煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的目的是一旦发生瓦斯事故，控制危险源，避免瓦斯事故扩大，在可能的情况下予以消除；尽可能减少瓦斯事故所造成的人员伤亡和财产
11、损失。建立煤矿瓦斯事故应急救援管理系统，其主要作用是管理各种危险源信息，及时控制造成瓦斯事故的危险源是应急救援工作的首要任务，只有控制住危险源，防止瓦斯事故的继续扩展，才能及时、有效地进行应急救援；抢救受害人员是应急救援的重要任务，在应急救援行动中，及时、有序、有效地实施现场急救与伤员安全转移，是降低伤亡率、减少事故损失的关键；指导井下工人防护，组织工人撤离，由于瓦斯事故发生突然、扩散迅速、涉及范围广、危害大，应及时指导和组织工人采取各种措施进行自身防护，并迅速撤离出危险区域或可能受到危害的区域；帮助现场清查，消除危害后果；对瓦斯事故外逸的物质，应及时组织人员予以清除，消除危害后果，防止对人的
12、再次危害和对井下环境的污染；辅助事故调查，估算危害程度，瓦斯事故发生后应及时调查事故的发生原因和事故性质，估算出事故的危险程度及范围，查明人员伤亡情况，做好事故调查，防止有毒有害物质及气体再次对人和井下环境造成二次破坏7-10。煤矿瓦斯事故应急救援制约因素多、情况复杂多变，与其它行业的抢险救灾工作相比，具备更强的技术性、时效性和更大的危险性，要求反应快速、判断准确、应变及时，措施有力。一旦发生瓦斯事故，需要多支矿山救援队伍协同救援、密切配合、集中指挥11。为此，为保证煤矿的安全生产、保障煤矿瓦斯事故应急救援工作的及时有效，煤矿必须建立一套完整的瓦斯事故应急救援管理系统，提高煤矿对瓦斯灾害的抗灾
13、救灾能力，也是处理煤矿特重大瓦斯事故的关键。1.2 国内外研究现状1.2.1国外煤炭行业信息化研究现状国外从六十年代开始着手管理信息系统的研究，经历了由简单到高级逐步完善的发展过程后，利用其先进的管理技术、通信技术、计算机网络技术和数据库技术使管理信息系统应用于各行各业。特别是近年来随着企业内部网intranet和国际互联网internet的发展和全球化的进程，在全球五百强的企业中的一些跨国公司里，管理信息系统已经成为了其核心竞争力之一。发达的煤炭生产大国如美国、德国、澳大利亚等，他们的信息基础设施齐全、信息化程度高，信息资源的开发加工能力、国民信息意识及公众信息服务等方面都比其他国家高。德国
14、矿井平均生产规模达到280万吨，波兰200万吨，英国180万吨。高新技术的应用改变了煤炭工业的面貌，发达国家在实现煤炭生产工艺综合机械化的基础上，向遥控和自动化发展，煤炭工业由劳动密集型向资本及技术密集型转化。信息数据库是发达国家煤矿行业信息服务的一个主要方式，其超过一半的电子信息资源是数据库，其开发的数据库规模大、容量大、结构合理，覆盖了产品、技术、科研等各个方面。在煤矿企业方面，英国的Robshaw L教授提出用信息技术来提高采掘工作面的获利能力12。他利用信息技术建立一个煤矿信息系统（CIS），该系统给企业经理提供了关于煤矿采掘工作面性能的及时、准确的信息。通过该系统能实现提高生产效率，
15、减少采掘面滞后和改进采掘面系统的功能。1.2.2国内煤炭行业信息化研究现状在我国，金融、电力、钢铁、石油、石化、有色、电子等行业的信息化建设走在了煤炭行业的前头，从煤炭行业自身来看，各煤炭集团信息化水平参差不齐。信息化建设仍存在一些问题13-17：1）整个煤炭行业对企业信息化重要性的认识和重视程度远远不够。对如何运用信息技术促进企业发展，提高企业的竞争力缺乏相应的战略对策和具体规划；对信息技术有所应用也停留在急功近利的阶段，或用传统的计划经济思想，来看待和规划本企业的信息化建设。2）计算机应用开始普及，但信息工程建设比较滞后。煤炭企业大都使用上了计算机，但只能说是刚刚起步，计算机信息管理系统仍
16、然是在分工基础上按部门设计，处于封闭和静止的状态，系统的集成相差很远。3）信息化建设缺乏具体的规划，带有很大的随意性和盲目性。企业信息化建设必须要与企业内部管理改革同时进行，但绝大多数煤炭企业没进行这一步。有的企业只知道计算机和计算机网络先进，就投资建起本企业的计算机网络。而不是从本企业的人员素质、技术力量和基础管理条件等实际出发，充分进行方案的论证和规划。系统建起来干什么?如何用?达到什么样的目标?是否会有成效?全然不顾。4）忽视软件和本单位信息资源的开发、应用和管理，造成信息资源的浪费。在我们所接触的企业中，有相当多的企业仅将计算机用于部门办公和单项事务管理，有少数企业建立了自己的计算机通
17、信网络，并且资金投入较多，网络带宽、速度、结构等指标都是比较高的。信息通道有了，而通道上数据传输却未能解决好。没有符合本企业实际的数据软件，信息的采集、处理、利用等工作做得还很不够，企业内部的信息资源未能开发，没有本企业的数据库，网上有价值的数据寥寥无几，数据流向单一，整个网络未能发挥出应有的效益，造成资源的极大浪费。在矿山企业领域，信息管理系统的应用也有许多成功的实例。近十几年来煤矿也完成了安全监测系统、工业电视等多种计算机辅助管理系统。黑龙江省是我国重要的能源基地，也是主要产煤区。煤矿分布点多面广，情况复杂，单靠有限的煤矿安全监察人员和监察装备，对可能出现的安全隐患很难做到及时发现。工作人
18、员疲于奔命，安全事故频繁发生，一直是困扰该省煤矿安全监察工作的一个难题。为扭转工作被动局面，2002年10月，黑龙江省煤矿安全监察局着手建立煤矿安全信息化监控网络系统。该系统由5个子系统组成，分别为小煤矿主要扇风机运行监控子系统、煤矿瓦斯联网监控子系统、煤矿瓦检员远程定位监控子系统、煤矿超层越界预警监控子系统、低瓦斯矿井无线终端入井监控子系统。主要作用就是利用移动通讯系统及无线发射接收等高科技装备，对矿井个6万吨以上矿井实现井下瓦斯监控。2003年全省煤矿安全事故比2002年少死亡210人；2004年18月，煤炭产量比去年同期增加1200万吨，死亡人数减少24人。在2004年第二届全国安全生产
19、科技成果评选中，煤矿安全信息化网络监控系统获得一等奖，被列为国家煤矿安全生产领域重点推广应用技术项目。兖州矿务局机械化处，利用DBASE开发的采煤工作面数据管理系统，实现了采煤工作面及采煤数据、直接成本、油脂消耗等有关信息的采集、查询、维护、统计处理和报表生成，为生产管理人员及时提供生产管理工具。淮南工业学院安全工程教研室，采用FoxPro2.5为淮北卢岭矿开发的煤矿管理信息系统，将操作环境移植到Windows系统下，充分利用了网络技术和多媒体技术，将煤矿生产，监测，管理联为一体，使煤矿企业管理的信息化水平得到很大的提高。太原研究院张生益高工等人提出的矿区计算机综合网络系统设计，采用安全监控子
20、系统，实现安全生产自动化，采用人事，计划，财务等系统，实现管理自动化。矿井各子系统通过个智能信息转换装置接入虚拟管理机到计算机网络中，以矿井为单位采用改进型STAR网，将所有信息收集，以星型网联接最大可达4层，与原煤炭部联接采用国际CCITT标准。主要扇风机运行情况、瓦斯超限作业情况、瓦检员工作状态等事关煤矿安全的关键环节实施远程实时监控，及时发现隐患，控制瓦斯爆炸事故发生。目前该省已经建立起连接鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河四大矿区的13个监控网络，有310个煤矿安装了扇风机监控系统，274哈尔滨工程大学开发出一个基于组件式GIS的井下安全与救援信息系统，以GIS的组件MapX为核心，以井下安全
21、生产和事故救援信息支持为主要功能，系统使用组件化的结构，地图控制组件、管理信息子系统组件库（人员管理组件、考勤管理组件、设备管理组件、生产作业管理组件以及统一界面组件、公用核心类组件，并分层实现），做到模块化设计18。重庆市研发了重庆市煤矿应急救援指挥通信平台，是基于GIS和GSM /GPRS的远程无线监控技术与现有事故救援指挥通信体系的科学结合,实现了省(市)级煤矿应急救援指挥体系的自动化、信息化。系统以组件式GIS作为安全救援信息可视化的基础, 集空间数据显示、数据查询、数据分析于一身, 可帮助用户分析、查询、有序管理大量数据信息并以直观的图形方式显示结果19。北京杰龙公司研发了应急救援管
22、理信息系统。此系统是国内第一套基于DotNet平台的专门应用于煤矿救护管理的专业煤矿软件。它是为实现矿山应急救援(矿山救护)管理信息的计算机化、网络化而设计开发的。系统的目的在于通过计算机及网络，实现信息远程、异地、科学管理。以提高应急救援的工作质量和工作效率。为应急救援工作提供科学、准确、综合的信息支持20。从信息管理系统的发展现状来看，仍然存在一些问题和困难：一是系统大；二是缺乏一定的分析功能；三是地图或专题数据的修改和编辑功能不够完善，不方便进行系统数据库的更新维护，从而降低了系统的实用性。针对以上这些不足，在本论文中进行了相应的研究和探索，并在系统设计中做了一些有益的尝试研究现状应整理
23、归纳。1.3 研究目的及内容1.3.1 研究的目的意义本文研究的目的：煤矿瓦斯事故应急救援管理系统是一个庞大的系统工程，在很大的地域范围内，需要根据瓦斯事故的灾害类型、破坏程度、地质条件等因素的不同，选择适用的救援方式。将地理信息系统（GIS-Geographic Information System）和煤矿瓦斯事故应急救援管理结合起来，是瓦斯事故的应急救援决策指挥软件的发展趋势。从功能和内容上讲，地理信息系统是一种以计算机为工具，具有地理图形和潜在危险范围的信息管理系统，它是信息技术高速发展的产物，它具备变枯燥、死板的数据为直观、生动图表的能力，将它应用于煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的开发，
24、能够快速准确的分析、判断原煤、地质断层的分布及各种设备设施的地理位置，空间及它们之间的内在因素和外在联系，有的放矢地配置不同作业区域的资源，结合各种井下监测设备，缩短瓦斯事故报警到处理时间，提高处理的准确性，为救援行动提供现场数据，帮助救援人员做出救援方案，有助于提高煤矿重大瓦斯事故应急救援预案编制的科学性和针对性，为瓦斯事故抢险救援工作以及指挥决策提供技术支撑。1.3.2 研究的内容应急救援的总目标是通过预先设计的应急措施，利用一切可以利用的力量，在灾害事故发生后迅速控制其发展，并努力使灾害损失降至最小。针对目前煤矿企业的应急救援信息管理中存在的问题，本论文研究开发“煤矿瓦斯事故应急救援管理
25、系统”，并借此推进煤矿应急救援信息资源开发利用技术的发展，完善煤矿应急救援信息库，开发一条符合我国煤矿应急救援信息管理的方式，改进当前存在的问题。研究的主要内容有：1）研究煤矿应急救援预案体系的组成及各部分功能，分析应急救援工作中对各种应急信息的需求。2）在对矿山信息技术、国际信息化技术及发展趋势进行了全面分析和调研的基础上，结合我国矿山应急救援信息化现状，对煤矿瓦斯事故应急救援管理系统的系统结构、系统模式、系统安全性、数据库进行全面设计。3）针对GIS技术和数据库技术在应急救援信息系统的运用进行研究，通过对煤矿事故应急救援资料的分析，对系统的功能模块进行开发、测试，实现系统对数据的分析、统计
26、功能，实现对应急救援信息的及时更新和发布。1.4 技术实施路线技术路线感觉不太对路，你仅局限于系统方面。太窄吧。再看看别人的技术路线怎么写的系统实施路线包括系统需求分析、系统设计、系统开发、系统集成和系统评价，如图1.2 所示。面向对象链接与嵌入MapX 系统需求分析系统设计总体设计详细设计系统开发系统模块设计系统软硬件设计系统评价数据库设计数据文件设计输入输出设计模块逻辑设计GIS平台选择基础类开发Visual Basic系统集成图1.2 技术实施路线2 应急救援管理系统的构建分析2.1 煤矿瓦斯灾害概述2.1.1 瓦斯灾害类型瓦斯灾害的形式21矿井瓦斯能产生多种形式的灾害，对煤矿安全生产威
27、胁极大，目前主要有以下几种灾害形式：瓦斯窒息、瓦斯燃烧、瓦斯爆炸以及煤与瓦斯突出。瓦斯窒息：由于停风导致瓦斯积聚而未采取相应措施或者通风系统管理不善，随着空气中瓦斯浓度的增高，氧气浓度降低。当空气中瓦斯浓度达到43%时，氧气浓度将降至12%，此时人会感到呼吸困难。当空气中瓦斯浓度上升为57%时，氧气浓度将降至9%，这种情况下人会处于昏迷状态或使人缺氧窒息甚至死亡。瓦斯燃烧：在高瓦斯矿井中生产时瓦斯涌出量较大，当通风系统不能将瓦斯及时稀释并排出时，瓦斯将会在局部区域积聚。当井下空气中瓦斯浓度低于5%时，遇明火会缓慢燃烧；当瓦斯浓度高于16%时，因氧气量减少而燃烧不完全，会产生有害气体。瓦斯爆炸：
28、瓦斯爆炸发生的条件是瓦斯积聚达到爆炸极限浓度、引爆火源和足够的氧气。煤矿瓦斯爆炸是剧烈的氧化反应，当巷道或采场空气中的瓦斯浓度在515%范围内时，一旦存在点火源或者高温就会引起瓦斯爆炸甚至引起煤尘、瓦斯联锁爆炸，造成严重伤亡事故并会损坏相关设备。煤与瓦斯突出：煤与瓦斯突出是煤矿井下一种非常复杂的矿井动力现象。当煤层瓦斯压力较高、地质构造复杂、地应力较大、煤体破坏严重时，在该地区进行采掘作业时就容易发生煤与瓦斯突出。即在很短的时间内，由煤体向巷道或采场周围突然喷出大量的瓦斯及碎煤，在煤体中形成特殊形状的空洞，并产生一定的动力效应，如损坏采煤机和刮板输送机、破坏支架、冲倒矿车或胶带输送机、冲击破碎
29、围岩甚至造成人员伤亡等。2.1.2 瓦斯灾害预防措施不必前面总结四点，可以直接写一、加强矿井通风，防止瓦斯积聚。然后下面接着写5小点。按照这样的格式写。为了做好瓦斯灾害的防治22，应该做到以下五点：第一、加强矿井通风，防止瓦斯积聚；第二、杜绝火源，加强防火管理；第三、加强矿井瓦斯监测监控管理；第四、合理利用瓦斯抽采技术；第五、狠抓培训工作，提高员工综合素质。1）加强矿井通风,防止瓦斯积聚合理的通风是煤矿井下排除瓦斯的最重要手段，井下所有的掘进工作面、回采工作面、峒室以及没有封闭的巷道都必须保证有一定的风量来稀释瓦斯，使瓦斯没有积聚的条件，进而可以防止瓦斯事故的发生。（1）根据矿井生产条件建立合
30、理的通风系统，加强工作面通风、瓦斯和采煤工作面上隅角瓦斯的管理，应严格控制上隅角的瓦斯浓度，防止超限，同时采取合理有效的措施保证工作面的供给风量。（2）整个矿井的掘进生产和通风是相互协调匹配的，要通过采掘平衡来避免工作面的风量供给不足，有必要时可以开掘中切眼来辅助通风。（3）必须加强在更换、检修局部通风机或者风机停运时的管理，以保证及时恢复通风或连续不间断通风，使煤矿生产顺利进行（4）对局部通风机必须始终做到“三专”供电，即专用变压器、专用供电线路和专用开关,其供电系统有必要时应采用两个独立电源的双回路供电。局部通风机要实行挂牌管理和定期检修。（5）在通风设施上，首先要严格进行各种风门、风窗、
31、盲巷、风眼等的静态和动态管理,避免出现漏风、跑风及风流短路等严重影响通风质量的现象。2）杜绝火源，加强防火管理严禁带火种入井，并且应严格控制井下火源和高温物体的产生。对煤矿井下的电气火花、摩擦撞击火花、爆破火花、静电火花、煤炭自燃等火源都要有一些相应的防治措施。首先要加强机械的日常维护，提高机电检修质量,通过经常润滑来减小摩擦，尽量避免带故障运行。其次要加强对电气设备的管理：（1）是要加强电气设备的防爆管理；（2）是要求各种电气的接地、漏电、过载、短路等保护必须齐全；（3）是继电保护系统应科学、合理,确保非正常状态下保护动作的快速、可靠、灵敏。最后就防范角度而言,煤矿井下的消防系统、消防设备以
32、及消防设施应规范、健全。3）加强矿井瓦斯监测监控管理根据煤矿井下采区、巷道布置以及瓦斯浓度的分布，建立合理的瓦斯监测监控系统。为了使监测结果准确，应采用反应灵敏、信号准确率高、布线简单、维护成本低、不会出现监测盲区的网络监测系统。通过采用定点和不定点,定时和不定时的监测手段，可以对瓦斯的状态形成及分布形成个可视网，充分把握瓦斯的整体动态，从而确保瓦斯出现异常时能及时发现,并且迅速采取有效的对策和措施，防止瓦斯事故的发生。4）合理利用瓦斯抽采技术23。抽采瓦斯方法的选择主要应考虑矿井瓦斯来源、煤层赋存情况、采掘布置方式、开采顺序以及开采地质条件等因素。合理的抽采瓦斯方法是保证瓦斯抽采效率的重要因
33、素。通过对矿井瓦斯的有效抽采，可以使矿井的通风管理、瓦斯治理工作有效提高，矿井安全可靠度增强，同时也可以使瓦斯得到合理利用，达到可持续发展的目的。5）狠抓培训工作，提高员工综合素质。在煤矿生产中，没有一支优秀的的员工队伍,搞好瓦斯管理是很难想象的。瓦斯事故是一种带有毁灭性的事故，为了安全生产和避免瓦斯事故的发生，煤矿领导者应该做到以下几点：（1）在技术层面上，要狠抓瓦斯检查员及其它“一通三防”重要工种人员的业务技术培训，并要定期进行考核。（2）在思想建设方面，要加强爱岗敬业、德育教育、安全教育和法制教育,提高每个职工的道德修养、安全意识、法制观念和岗位责任。(3) 在处罚程度上，要加大“一通三
34、防“违章处罚力度。对于违反矿井通风管理规定的单位和个人进行合理有力的通报批评和教育，情节恶劣者应该予以严惩，甚至开除。(4) 在宣传方面，要充分利用广播、电视、板报等多种渠道，大力向广大职工宣传“一通三防”知识。2.2 重大事故的应急救援2.2.1 重大事故应急救援的基本任务近几年来，随着我国煤矿工业的快速发展，生产装置的日益大型化、复杂化、生产过程中巨大能量潜在着危险源。通过安全设计、操作、维护、检查、安全监控等措施可使预防事故，降低风险，但是达不到绝对安全。因此，需要制定万一发生事故，所采取的紧急措施和应急方法24。1）重大事故应急救援的基本任务重大事故应急救援是一项重要的社会性减灾救灾工
35、作，基本任务是25:(l)立即组织营救受害人员，组织撤离或者采取其他保护措施保护危害区域内的其他人员;(2)迅速控制危险源，并对事故造成的危害进行检测、监测，测定事故的危害区域、危害性质及危害程度;(3)做好现场清理，消除危害后果对事故外逸的有毒有害物质;(4)查清事故原因，评估危害程度。2.2.1 重大事故应急救援的主要内容l)应急救援的组织机构包括(如图2. 1)五个方面26各机构要不断调整运行状态、协调关系，形成整体，使系统快速、有序、高效地开展现场应急救援行动。2)应急救援预案的主要内容包括有27:对可能发生的事故进行预测和评价;人力、物资等资源的确定与准备;明确应急组织和人员职责;设
36、计行动战术和程序;制定训练和演习计划;制定专项应急预案;制定事故后清除和恢复程序。3)训练和演习可以看作应急预案的一部分或继续。它是通过培训和演练，把应急预案加以验证和完善，确保事故发生时应急预案得以实施和贯彻。4)应急救援行动主要包括:现场初始评估;危险物质的探测;建立现场工作区域;确定重点保护区域等。5)对现场中接触污染的员工和应急人员必须进行清洁净化，例如对化学品污染的清洁净化。净化的方法主要是稀释、处理、物理去除、中和、吸附等。此外，还要考虑伤害和医疗前的净化、分类及处理。设备的清洁也是应急行动的一个环节，在事故发生后要对被污染的仪器和设备进行清洗。6)在应急救援行动结束后必须对系统进
37、行恢复，而且尽快恢复最重要。恢复活动主要包括:组织重新进入和人群返回;受影响区域的连续检测;现场警戒和清理;损失状况评估;恢复损坏区的水、电等供应;抢救被事故损坏的物资和设备;恢复事故影响的设备、设施;事故调查28。应急救援组织机构应急指挥机构事故现场指挥机构信息管理机构支持保障机构媒体机构整个系统的重心，负责协调事故应急期间各个机构的运作，统筹安排整个应急行动，保证行动快速、有序、有效的进行，避免因行动紊乱而造成不必要的事故损失负责与新闻媒体接触的机构，处理一切与媒体报道、采访、新闻发布会等相关事务，以保证事故报道的可信性和真实性，对事故单位、政府部门及公众负责负责事故现场应急的指挥工作，进
38、行应急任务分配和人员调度，有效利用各种应急资源，保证在最短时间内完成对事故现场的应急行动应急的后方力量，提供应急物质资源和人员支持、技术支持和医疗支持，全方位保证应急行动的顺利完成负责系统所需一切信息的管理，提供各种信息服务，在计算机和网络技术的支持下，实现信息利用的快捷性和资源共享，为应急工作服务图2. 1 应急救援系统组成框架图2.3 监控预警与信息管理系统技术分析由于工业活动的复杂性，有效地管理和救援需要采用系统工程的思想和方法。应急救援管理系统主要由监控预警、信息管理两大功能模块构成。2.3.1监控预警系统实践证明，任何事故或灾害的发生都有一个自然发展的过程，在其酝酿伊始直至临界状态呈
39、现，都有“征兆”可寻。这些“征兆”便是危险源的安全状态信息，在这些信息中，大多数是可观测得，有些还是可控的。因此，对危险源实施可靠、科学的安全监控预警，能从源头上避免事故的发生或将事故造成的损失及其影响降低到最低限度29。1）监控预警系统组成原理及关键技术监控预警系统的目的主要是监控其正常情况下危险源对象的运行情况及状态，并对其实时和历史趋势做一个整体评判，对系统的下一时刻做出一种超前的预测和预警，自动启动现场应急处理系统，将事故抑制在萌芽状态。监控预警系统的组成如图2.2所示30。危险源目标样本采集装置计算机系统图2.2 监控预警系统组成示意图图2.2中，危险源对象是指煤矿生产过程中所需的各
40、种设施或设备，比如采煤工作面、库区、生产场所、压力管道、锅炉、压力容器等对象。这些对象有各种易燃、易爆、毒性等危险物质，对安全生产和人身安全构成极大的威胁。它们的特性参数是监控预警系统所要关注的主要参数，将这些参数进行采集，转换成计算机所能识别的信号，通过计算机对危险源的检测、监视、预警和控制，预防重大事故的发生，实现安全生产31。2）危险源数据采集技术建立监控预警系统，首先从危险源数据采集开始，分析哪些因素是造成事故的原因，找到需要采集的危险对象和参数。生产设施或系统中存贮的物质可能是气体或液体，可能是有毒或无毒，也可能易燃易爆，可能是液位超标溢出或者故障泄漏等，可能造成燃烧或者爆炸而酿成事
41、故。不管怎样，危险源对象在安全状态和事故临界状态时的状态特征是不一样的，因而只要检测到危险对象参数的变化，就可以及时准确地达到系统监控预警的目的30。表征危险源对象的参数大多数是对象的温度、压力、液位、浓度、湿度等，根据各种对象参数的特点，采取相应的传感器材、检测手段，将各种参数信号转换成05V的电压信号或者是020mA或420mA的电流信号。将这些信号通过数据采集装置，转换成计算机能够识别的数字信号，用于预警系统的后处理。数据采集装置可以是数据采集卡、单片机或PLC，它往往可以同时采集多路标准信号。如果需采集的标准信号很多，也可以选用多个数据采集装置。当数据采集装置与监控中心相差很远时，可以
42、采用远距离通信技术将数采装置采集的数字信号传送到较远的监控计算机上。必要的时候，还要采用网络技术，将其连成局域网。整个数据采集系统采取分布式层级结构，如图2.3所示。监控计算机多路转化单元Modem远程数据采集装置数据采集装置数据采集装置危险源对象危险源对象危险源对象图2.3数据采集系统层次结构3）预警技术预警 (Early-warning，Pre-warning)理论最早来源于战争，二战后，美国将预警理论应用于经济领域，为美国宏观经济稳健运行提供了有效的决策支持。用于重大危险源时，预警可以理解为系统实时检测重大危险源的安全状态信息并自动输入数据处理单元，根据其变化趋势和描述安全状态的数学模型
43、或决策模式得到危险态势的动态数据，对危险源向事故临界状态转化的态势做出判断，及时给出预警信息。安全预警的结构如图2.4所示，它由以下几个模块构成32数据采集WAS系统关联分析不确定推理ATMAANNATCHPUZZY推理神经网络综合评价输出模块输出图2. 4重大危险源安全预警的结构数据采集(输入)模块，该模块用于处理采集的危险源参数，通过处理各种不同类别的输入参数，将参数信号转换成电流信号，再通过数据采集装置将电流信号转换成计算机能够识别的数字信号，用于预警系统的后处理。权重分析系统(WAS模块)，它是根据极轴统计和模糊区间分析法，将相关的诸因素综合考虑，并对产生的结果加以修正、调节。关联分析
44、模块，该模块用来处理量化参数，根据量化参数的具体情况可以采用线性预警ATMA模型、自回归条件异方差ATCH模型和人工神经网络ANN模型。不确定推理模块，该模块用来处理非量化参数(如日常安全检查结果、安全防护设备状况等)，它包括模糊推理和神经网络。综合分析模块，它是对关联分析模块和不确定推理模块的分析结果进行综合分析，向输出模块给出最后预警结果。输出模块，如图2.5所示。当被实时监控的危险源对象的各种参数如果超出正常值的界限，就向事故生成方向转化。在这种状态下，系统就会给出语音报警信息。操作人员立即对报警信息进行确认，并按照系统显示的操作步骤，迅速恢复正常工况，同时现场应急处理系统启动，将事故抑
45、制在萌芽状态报警系统终端输出现场应急处理系统记录仪显示器输出图2.5输出模块组成结构2.3.2信息管理系统日常监督和管理是由信息管理系统来实现的。按照安全监督管理要求，参照国内外有关技术资料，从基础信息数据管理，风险评价与管理、空间和属性信息动态管理三个方面建立了信息管理系统。1)基础数据管理基础数据包括:矿区的基本信息数据(主要包括矿区基本情况、煤矿平面采掘图、周围环境信息)、危险源管理信息数据(主要包括瓦斯涌出量、库区、生产场所、压力管道、锅炉、压力容器等)、应急救援预案数据(包括公司的应急救援组织机构、事故分级管理、事故响应程序、应急处理方案、应急救援专业队伍、应急救援装备、联络信息、预
46、案附件等基本信息)、事故案例库、数据字典和日常安全管理数据等。为了方便安全管理人员对重大危险源信息数据的查询，又方便公司管理人员对危险源进行集中、系统的管理，可利用数据库技术建立基础信息数据库33。(l)危险源信息入库功能危险源信息录入是一项复杂的系统性工程，仅仅是统计重点目标所需要的数据条目就达60多条。如此众多的数据条目构成了危险源分析的统计基础。对要素坐标的输入，系统采用两种方式:一是手动录入，根据调查出的地理坐标，手动输入到坐标录入单元;二是地图上定位，用户通过系统中的坐标获取功能，点击地图上的某个位置，从而获取到目标的地理坐标。(2)地图显示计算机中的图形一般有两种表现形式，即矢量图
47、和位图。本系统对色彩的层次和逼真效果没有很大的要求，而要求能够有很好的缩放效果，因此采用矢量图。由于电子地图包含大量的空间信息和属性信息，地图显示速度和查询定位效果将成为不能忽视的问题。为了提高速度，将地图的信息分为两个部分存储，一部分是电子地图的基本信息，包括行政区域、道路、河流等信息存储为Maplnf。格式的文件，作为基本的显示数据。而大量的地图要素数据如人员密集场所、消防栓、消防站、危险品等数据，则保存在数据库中，只有在需要时才绑定到地图上，进行相关分析。在地图显示时，采取以下三种手段进行优化:一是基本的地图数据，如街道、河流等，在显示的地图中始终存在，但可以决定是否让其显示出来;二是除基本图层以外的其他图层，随用户的要求变化而按需要生成，也可以将其地图中删除;三是地图的显示采用LOD(Level of Detail)技术。MapX组件的LOD技术是指在不影响画面视觉效果的条件下，通过逐次简化图层的显示内容减少地图的复杂性，从而提高绘制算法的效率。(3)要素显示在危险源评估系统中涉及到的