煤礦瓦斯安全監測系統的設計及實現

鞠 麗

唐山開灤林西礦業有限公司

煤礦瓦斯安全監測系統的設計及實現

鞠 麗

唐山開灤林西礦業有限公司

瓦斯安全監控系統在煤礦生產中的應用能大大提高煤礦安全生產管理水平。從近年來煤礦重大安全事故來看，瓦斯安全隱患是造成礦難的主要原因之一，探索科學高效的煤礦瓦斯安全自動監測與報警系統，實現對瓦斯安全情況的實時監測，可以有效減少和預防瓦斯安全事故的發生。通過管理上的改進和監測技術的創新，可以增強煤礦瓦斯的監控管理力度及監測準確性。本文對于煤礦瓦斯安全監測系統的設計及實現進行了探討，希望對以后的具體工作起到實際的參考作用。

煤礦瓦斯安全監控系統；設計；實現

1、引言

我國是一個煤炭大國，煤炭是我國的基礎能源，在國民經濟中發揮了重要作用。然而與世界各主要產煤國家相比，我國的煤炭主要依靠井工開采，而且高瓦斯礦井多，瓦斯事故多發，死亡人數所占比例最大。因此，研究開發新型煤礦瓦斯安全自動監測與報警系統，實時監測井下瓦斯濃度，把瓦斯濃度控制在安全范圍內，是避免礦井事故的主要手段。

2、瓦斯概述及其危害

煤礦瓦斯的危害主要表現在瓦斯窒息和爆炸事故方面；同時煤礦瓦斯大量地排入大氣，增大了大氣層的溫室效應，惡化了氣象條件。瓦斯突出是一個災害的專用術語，是指隨著煤礦開采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤層中形成了在地應力作用下，瓦斯釋放的引力作用下，使軟弱煤層突破抵抗線，瞬間釋放大量瓦斯和煤而造成的一種地質災害。煤礦開采深度越深，瓦斯瞬間釋放的能量也會越大。

瓦斯爆炸就其本質來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產生的激烈氧化反應。煤礦安全在煤炭生產中占有特別重要的地位。煤礦事故發生的主要形式為瓦斯爆炸、瓦斯突出及中毒窒息。其原因主要有：地質條件變化使掘進面或工作面的瓦斯異常涌出并大量積聚；全局和局部通風結構及管理不善，導致異常涌出的瓦斯得不到排除或稀釋；現場監控報警手段落后，不能及時發現和排除事故隱患，不能及時發出報警；上級煤管機關對各礦井下瓦斯變化，缺少直接、定量、有效、客觀的監控條件與手段。

3、系統構成

3.1 瓦斯傳感器

瓦斯傳感器由黑白元件、信號放大器調理電路、A/D轉換器、單片機以及顯示電路和輸出電路等部分組成。它可以將被測物理量轉換為各種電信號輸出，主要轉換為頻率制式和電流制式輸出。

3.2 分站

分站是系統的處理核心，它接收來自傳感器的信號，并按預先約定的復用方式傳送給遠距離外的傳輸接口，同時，接收來自傳輸接口的多路復用信號，分站還具有線形校正、超限判斷、邏輯運算等數據處理能力，對傳感器輸入的信號和傳輸接口輸入的信號進行處理，控制執行器工作。

3.3 執行器

執行器可以接收由分站發來的指令，做出斷電或復電的動作。

3.4 傳輸接口

傳輸接口是連接主控計算機和分站的重要設備，它接收分站遠距離發送的信號，并送達主機處理；接收主機信號、并送相應分站。傳輸接口還具有控制分站的發送與接收、多路復用信號的解調、系統自檢等功能。

3.5 監控主機

監控主機一般使用工業控制計算機，采用雙機或多機備份。主機主要用來接收監測信號、校正、報警判別、數據統計、存儲、顯示、聲光報警、人機對話、輸出控制、打印輸出和網絡連接等。

4、煤礦瓦斯安全監測系統的作用

4.1 煤礦瓦斯安全監測系統的發展

國外煤礦安全生產監測監控技術的發展開始于上世紀60年代，至今已有四代產品，基本上5-10年更新一代第一代煤礦監控系統采用空分制來傳輸信息，第二代產監控系統主要采用頻率區分是信道的頻分制信號傳輸方式，第三代監控系統是以時分制為基礎的，第四代監控系統是以分布式微處理機為基礎的。

我國煤礦安全生產監測監控技術發展于20世紀80年代，先后從英國、國、法國和美國等國引進了一批安全監控系統，裝備了部分煤礦；在引進的同時結合我國的實際情況，先后研制出kJ2，kJ4，kJ8等監控系統進入90年代后，我國煤炭科學研究總院下屬的重慶分院和常州研究所分別研制開發出了kJ90和kJ95監控系統，已達到了世界先進水平kJ90和kJ95系統軟件均采用Windows操作系統，且具有網絡連接功能。

4.2 瓦斯監控管理決策功能設計

通用的瓦斯監控系統實際上只是建立了一個對井下瓦斯進行監測的系統平臺，要想真正實現監測監控和預測分析，為管理人員提供決策支持，必須結合自己的實際情況，借助瓦斯監控系統這個平臺，拓展性地進行工作，才能使瓦斯監控系統在煤礦安全中充分發揮作用。經過幾年的應用研究，結合實際情況，在原有瓦斯監控系統的基礎上增加了人員考勤、分級統計、網絡監控、測點定義、曲線分析等。這些功能的開發和應用，構筑了強大的防治通風瓦斯事故的防御體系，為瓦斯監控系統賦予了強大的生命力。以下重點闡述分級統計模塊設計。

4.3 分級統計

監控模塊將采集數據通過網絡逐級上傳，并在礦、縣、市各級設置監控平臺，方便監控人員掌控所轄區域的統計信息。市級監控人員可獲取各縣的煤礦總數、聯網礦數，以及網絡狀態、數據上傳狀態、設備異常次數、異常報警次數、異常處理情況、煤礦類型統計、當日產量、當日下井人數、值班人員及聯系IP電話等統計信息。突出對異常信息的匯總，對異常報警傳感器所屬詳細信息的獲取及異常判斷，強化了技術與管理的結合。

5、結束語

對煤炭系統的企業來說，煤礦安全生產監測監控系統是生產管理的重要工具，各個職能部門管理人員可以隨時掌握各個煤礦的生產狀況和安全狀況，能夠進行綜合性動態分析，并為集團公司高層管理者提供生產決策的數據依據，達到實現遠程信息交流和生產管理的目的，有力的避免和減少安全事故的發生。因此，煤礦安全生產監測監控系統的建設，對煤炭企業的安全生產、文明生產、科學生產具有重要的意義。

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