淺析對井下瓦斯的預測和監控

陳峰輝

摘要：煤礦瓦斯是影響煤礦安全生產的重要因素，隨著煤礦開采規模的擴大和數量的增加，瓦斯災害問題日益突出，煤礦安全成為全社會關注的焦點。加強煤礦瓦斯量的預測，對井下瓦斯突出及時采取預防措施；研制出高性能、高可靠性、實用性強的煤礦瓦斯監控系統，對井下瓦斯濃度跟蹤監控，及時采取處理措施，將對改善我國煤礦安全生產狀況及提高經濟效益具有重要意義。

關鍵詞：瓦斯 預測 監控

近年來，煤礦瓦斯發生事故的數量在不斷增加，如何加強安全生產，提高監測監控能力，是擺在各級主管部門的面前的主要問題。因此，瓦斯檢測準確和斷電靈敏可靠是預防瓦斯事故的關鍵。由于井下作業環境復雜存在各種電磁波干擾，有時會造成瓦斯檢測“大數”現象，影響瓦斯數據的真實性，通過分析"大數"產生原因，并采取了相應了措施，大大減少甚至杜絕了監控系統冒大數現象。

為此，如何正確處理安全與生產、安全與效益的關系。如何準確、實時、快速履行煤礦安全監測監控職能。有效進行礦工管理，安全高效運作，顯得尤為重要和緊迫。面對新形勢、新機遇和新挑戰，國家各級主管部門的領導對安全生產工作提出了很高的要求和期望。提升安全生產信息化管理水平，加強以災害預防、監測、監控為主要目標的安全生產長效機制， 是安全生產工作的必由之路。

在此環境下，平煤一礦結合兄弟局的先進經驗整合出適用于該集團的井下瓦斯監測、監控系統。該系統從井下采掘工作面直接提取信號，通過井下分站經過調制解調器的轉換傳輸到地面瓦斯監測系統服務器。計算機軟件處理后，可對井下所有工作面的瓦斯、一氧化碳等氣體進行全面監控，可以實現地面監控中心、地、市煤礦安全監控指揮中心與省局監控指揮中心聯網，使煤礦安全管理工作向科學化、規范化、數字化管理軌道邁進，提高煤礦安全管理水平。

1.需求分析

平煤一礦位于平頂山礦區中部，是新中國成立后我國自行設計興建的第一座大型煤礦。1957年動工興建，1959年投產。礦井設計生產能力為400萬噸/年，核定生產能力400萬噸/a，是平煤股份的主力礦井。主要生產1/3焦煤和肥煤，屬中灰、低硫、發熱量穩定的優質動力煤，廣泛應用于電力、建材、冶金、化工等行業。目前，全礦井綜采機械化程度和掘進機械化程度均達到100%，實現了采掘機械化、運輸皮帶化、安全裝備系列化、地面儲裝運自動化，成為全國煤炭系統首批建成的“現代化礦井”和“高產高效礦井”。被譽為“中原第一礦”。同時平煤一礦也是已開采多年的老礦區，煤層的瓦斯含量較高，地質結構復雜，采掘工作面人員集中作業，極易發生事故。

在分析以往煤礦事故時發現存在如下問題：①地面與井下人員的信息溝通不及時；②地面人員難以及時動態掌握井下工作面環境實際情況；③井下瓦斯監管人員是否真正到位，即使監管人員到位，當瓦斯超限時是否能即時監督停止作業等。

目前，煤礦井下作業遠離地面，地形復雜、環境惡劣、與地面人員問溝通不便。如果利用通風監測監控系統，當瓦斯超限時。自動提供報警功能，并有歷史記錄保留。地面監控人員則可以直接對井下情況進行實時監控，不僅能直觀地監視和記錄井下工作現場的安全生產情況及工作面的人員數量，而且能及時發現事故隱患，防患于未然；也能為事后分析事故提供有關的第一手圖像資料，同時也可通過網絡進行遠程傳輸。

2.整改方案

第一，建立瓦檢員一票否決制度，在瓦斯超限時瓦檢員可停止所有人員在現場作業，并帶領作業人員安全撤離；第二，解決井上下通訊問題，每個作業面隊長及技術人員配備井下小靈通手機，一旦出現問題及時溝通；第三，利用高科技手段對井下每一個作業人員進行人員跟蹤定位，地面可以實時監控到每個作業人員在井下的實際位置和每人在作業時的位置移動 。

隨著傳輸技術和計算機技術的發展，數字化傳輸的應用得到廣泛普及，在煤礦安全監控系統中引人數字化遠程監控系統也 是大趨勢，因此平煤一礦引進多家煤炭生產安全管理上的先進經驗，建立了自己的井下管理系統。推出了煤礦監控“三位一 體”管理平臺系統，“三位一體”指的是把井下集中監控、井上統一管理、監管部門分別監督三個組成部分進行一體化管 理。

2.1井下瓦斯監控管理

平煤一礦使用的煤礦井下安全監測監控系統KJ2000N。主要監測監控井下的甲烷、一氧化碳、溫度及設備開停等。KJ2000N系統綜合了吸收了國內外計算機控制的工業監測系統在網絡、圖象處理和現場總線方面的先進技術，依照國家2006年新頒布的《AQ6201-2006煤礦安全監控系統通用技術要求》以及《MT/T1008-2006煤礦安全生產監控系統軟件通用技術要求》監測監控相關標準進行設計制造，來滿足大、中、小型煤礦在安全、生產監測監控、生產指揮調度、井下人員管理以及綜合信息管理等方面的要求。

KJ2000N總線型快速反應安全監控系統是KJ4及KJ2000系統的更新換代產品，采用新型的寬帶工業以太網+現場總線（Canbus2.0協議）傳輸平臺，實現全數字化數據傳輸，主干網采用工業以太網，支持光纖冗余環網結構；系統采用的KJJ107井下隔爆兼本安型網絡交換機具有高性能以太網交換功能，同時，系統改變了中心站對各個分站巡檢的主從工作方式，取而代之的是CAN總線協議支持的多主并發、主動上傳方式，形成點到點、點到多點的多主從工作方式。數據上傳由過去的巡檢周期最大30秒，減少到現在的不大于3秒，保證了數據傳輸的實時性。

在井下設置壓力傳感器、溫度傳感器、風速傳感器、風機開停傳感器、風門開關傳感器、一氧化碳傳感器、瓦斯傳感器，通過這些傳感器能夠實時獲得井下的實際情況，利用通風安全監測系統軟件對采集來的數據進行分析處理，建立各種表格便于查閱；同時這些數據實時備份后經過機站及局域網絡傳到井上調度中心、局調度指揮中心、集團公司各有關領導及相關部門。當井下工作面有害氣體超過“規程”規定時，如甲烷傳感器的設置，甲烷報警體積分數≥l%.斷電體積分數≥1.5%，切斷工作面內一切非本質安全型電器設備；回風流甲烷報警、斷電體積分數≥l%，切斷工作面、回風流一切非本質安全型電器設備；甲烷復電體積分數小于l%，人工復電。通過無線手機短信報警系統發送短信到有關人員的手機上，既便于及時處理，也便于集團公司有關領導隨時掌握井下各作業地點瓦斯變化情況，并根據收到的信息責成有關人員調查處理，及時反饋隱患產生的原因及處理意見。

2.2井上統一管理

若干個指揮終端安裝在各級煤礦監管部門，各級領導在自己的辦公電腦上使用匝瀏覽器訪問各煤礦企業數字監控主機，就可以同時對不同的煤礦企業分別進行監查。指揮終端可以在煤礦企業局域網內，也可以在遠端通過互聯網或專網進行遠程指揮。

3.結語

通過監測監控系統，地面監控人員可以直接對井下情況進行實時監控，不僅能直觀地監視和記錄井下工作現場的安全生產情況，而且能及時發現事故隱患，防患于未然，也能為事后分析事故提供有關的第一手圖像資料。另外，煤礦監管部門可以從省部管理中心遠程監看井下狀況，提出整改方法，減少事故隱患。因此井下瓦斯監測、監控系統是保障礦井安全生產的重要組成部分。