煤礦安全監控系統的升級改造分析

張藝　林壯

摘 要：煤礦安全監控系統包括很多設備，這些設備中主要是以傳感器為主，而傳感器的性能仍有待提升，經常會出現供電不穩、傳輸線路容易受到外部因素影響的情況，技術水平較低，同時也會出現連接接口不規范等，對此，技術人員要提高傳感器的性能，采用新型的數字傳感與傳輸技術，優化煤礦安全監控系統的整體設計。

關鍵詞：煤礦安全監控；傳感器；升級改造

引言

安全監控系統的應用，是保證礦區深井安全作業的主要方式，而該系統是一個綜合性較強的系統，內容復雜，對設備與技術有很高的要求，但因為設備自身的不足與技術水平較低等因素，增加了系統的不穩定性，因此，需要對系統使用的設備進一步升級，提高技術水平，保證礦井施工作業的安全。

1煤礦安全監控系統的功能

現在，煤礦安全監控分為兩點，一點是人工監測，另一點是自動監測。首先，人工監測是指由檢測人員在特定的時間與特點的地點，對礦井中的危險因素進行檢測，得出檢測的數據，根據數據顯示的結果，加以控制，就像是隨身帶著瓦斯便攜儀，測定礦井內瓦斯的含量。其次，自動檢測是指結合瓦斯傳感器與通信技術的優勢，先由傳感器檢測空氣中瓦斯的濃度，并把結果用傳輸技術傳送到計算機中，由計算機記錄各項數據，并進行分析，做出反應。

煤礦安全監控系統的功能包括：對礦井內各項數據進行采集，傳輸并儲存到計算機中，進行處理，把結果打印出來，一旦出現潛在的危險，會及時處理，并采用聲光報警的方式，控制危險的發生，其監測內容包括空氣中甲醛、一氧化碳的濃度，礦井內風流動的速度與壓力，以及溫度變化等。整個系統的運行包括數個設備，比如主機、傳感器、控制器等。

2煤礦安全監控系統運用的現狀

2.1傳感器性能不穩

礦井下的環境較為惡劣，濕度較高，會隨著操作人員的開采產生大量的粉塵，有時也會形成腐蝕氣體，破壞傳感器正常的運行，導致傳感器內部的感應元件和其他插件失靈，很難順利檢測，而傳感器如果受到猛烈的撞擊或震動，雖然也可以傳輸數據，但傳輸的數據與實際檢測的數據存在一定的偏差，失去真實性。同時，又因為井下可以活動的范圍較小，有強烈的電場與磁場，也可能會讓傳感器失靈，而現在礦井中使用的傳感器并不穩定，測量數據常常失真。

2.2傳感器供電不穩

煤礦安全監控系統的相關文件要求，傳感器和分站的距離必須超過2km，但隨著工作的進行，兩者的距離已經超過6km，增加了線路承擔的壓力，導致傳感器電力不足，很難正常啟動，需要多次復位。

2.3傳輸線路容易被干擾

傳感器與分站使用的是單向傳輸方式，信號在200Hz到1000Hz之間，不需要校驗，導致線路的抗干擾能力較差，被其他傳輸線路影響。并且，現在很多礦井中傳感器都有抗干擾能力差的特點，而從技術的角度分析，抗干擾與安全設計的要求是互相沖突的，這一點是線路容易受到干擾的主要原因。

安全監控系統在井下有數個監測點，分布很廣，數據傳輸的距離很長，傳感器與分站之間的距離或長或短，有的是幾十米，有的是幾千米，又因為井下空間范圍的限制，電纜多以平行敷設為主，變成一個耦合的回路。而其他設備的運行，也會對其工作造成影響，讓傳輸中斷。

除了傳感器的性能不穩，會受到其他因素影響外，其他設備也會出現同樣的情況，無法順利運行。

3煤礦安全監控系統技術的升級優化

3.1提高設備的可靠性與穩定性

設備正式投入使用前，可以預先對設備進行抗干擾的測試，使用數字傳輸技術，采用新型的傳感器，提高傳感器的防護等級，合理調整數據傳輸線路的距離，并對傳輸數據進行加密處理。

3.2完善系統功能

系統的運行需要大量的設備，這些設備包括傳感設備、控電設備等，每個設備分屬于不同的小系統，對此，技術人員可以優化設備的性能，進而完善各系統，比如電力監控系統等，提升系統功能。

3.3規范系統通信連接的接口

系統中的各個設備只有規范連接，才能夠讓數據有效傳輸。系統中主機使用的是工業以太網，也可以采用其他類型的總線，比如RS185、CAN等。而傳感器與分線之間的線路連接，有線連接方式是工業以太網，無線傳輸包括WIFI等。

3.4提升系統的整體性能

系統每次巡檢的時間間隔都必須在20s以內，不同地點斷電的時間最長為40s，如果出現斷電的情況，備用電源可以保證4h小時電力的正常，但供電兩個小時后，必須進行更換。對模擬量的處理結果雖然有誤差，但這種誤差必須控制在0.5%以內，而分站順利供電的范圍最長不超過6km，如果超出，很難保證供電的安全。

4煤礦安全監控系統的升級改造

煤礦安全監控系統的升級改造，對設備的設計提出了更高的要求，通過不同設備性能的提升，優化煤礦安全監控系統。

4.1整體的設計要求

瓦斯傳感器可以精確測量數據，穩定性符合國家的相關標準，并使用數字處理技術。與傳感器連接的分站內，要放置數據的存儲器，控制檢測現場，并及時與主機建立聯系，接受主機的遙控指令，控制電力的斷開與恢復。而傳感器會把檢測到的空氣中瓦斯的含量數據變成電信號，借助電力輸出，要求有良好的穩定性，根據礦井下的實際情況，選擇合適的傳輸距離，保證信號的有效傳輸。

分站終端會把接收到的信號變成信息，并按照與主機特定的連接方式，把處理后的信息傳給主機，同時，它還會控制執行器的運行。而執行器接收到分站下發的指令后，就會做出斷電、復電的行為。

傳輸接口是主機與分機連接的主要方式，實現信息的交互，接受分站發出的信息，并傳送給主機，再把主機下發的指令傳給分機，自動檢測系統。

4.2傳感器設計

瓦斯傳感器是系統設計的重要部分，通常會安裝在工作區域、掘進的盡頭或是回風崗等，檢測空氣中瓦斯的濃度，如果濃度超過報警值，就會發出警報。瓦斯傳感器的內部，有載體催化元件，主要放置在探頭內，如果空氣中沒有瓦斯，電橋就會保持穩定，不會向外輸出信號，但一旦瓦斯進入探頭，電橋失衡，形成檢測信號，再把信號放大，傳入芯片，由處理器進行處理。信號經過處理后，會用標準頻率傳給分站，再傳給主機。而瓦斯的濃度達到報警值，傳感器就會發出蜂鳴警報，恢復后警報自動解除。

4.3分站設計

分站是系統中必需的一部分，它會接收傳感器傳輸的信號，并按照原有的復用方式，在較長的距離內把信號傳送到接口，并接受接口的復用信號。同時，分站也有簡單的數據處理能力與顯示功能，把與主機的通訊結果或傳感器傳輸的數據顯示在屏幕上，用曲線的形式呈現出來。

4.4執行器設置

動作執行器主要接收的是分站命令，與控電設備連接，進行斷電或復電。因為分站有數個開出口，數量在8到16個之間，但每個控制電源的設備距離不同，如果控電設備距離較遠，再加上電平的不穩，可能會導致控電設備無法正常使用。因此，要求設計人員設計出遠動執行器，它接收到信號后，會把信號放大，帶動繼電器工作，另外，也要及時收集執行器的使用情況，從而保證執行器的正常使用。

4.5傳輸接口設計

主機下發的信號會先進行轉換處理，把輸出的RS232信號變成TTL信號，并用光電把元件隔離開，讓主機與分站使用的電力不會互相影響，減少電力之間的干擾，指示燈會顯示信號的傳輸過程。這些傳輸過程結束后，再次進行信號的轉換，讓信號變成485信號制，由分站接收。

5結語

綜上所述，煤礦安全監控系統的升級改造，可以通過使用設備的優化升級實現，即按照整體的設計要求，優化主機、傳感器、分部終端、處理器與傳輸接口的設計，比如傳感器性能與供電不穩，傳輸線路容易被干擾等，通過實現設備的升級優化，確保傳感器檢測結果的真實，讓信號有效傳輸。這不僅可以提高設備的可靠性與穩定性，同時也可以完善系統功能，提升系統的整體性能，改善系統應用的現狀，從而減少礦井安全事故。

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