基于無線移動技術的煤礦井下瓦斯監測系統

劉永剛

摘要：瓦斯是古代植物在堆積成煤炭的過程初期，由纖維素和有機質在厭氧菌的作用下，分解而成無色、無味的氣體，當在井下進行采煤作業時，達到一定的濃度后，就會使人缺氧而窒息，甚至發生燃燒或爆炸。本文中介紹的無線移動瓦斯監測系統，可以將井下移動的便攜武檢查儀進行聯網，通過人員的移動不斷地監控各個區域、各個時間節點的瓦斯濃度，并將數據自動上傳至主計算機，當出現瓦斯超標時，計算機就會自動閉鎖進行控制，或者發出警報，通過煤礦井下無線移動瓦斯監測系統的分析，闡述其優缺點，為實現煤礦技術型創新提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦井下；無線移動；瓦斯監測系統

瓦斯是威脅煤礦安全生產的關鍵問題之一。據不完全統計，我國的高瓦斯礦井占全體礦井的50%左右，瓦斯事故所造成的人員傷亡總人數，占礦難總傷亡人數的60%以上，并且在所有礦難中，瓦斯事故幾乎接近于七成，因此所有煤礦的瓦斯監控，都是煤礦安全管理部門的核心監控項目，是所有安全工作中最重要的組成部分。在實際生產過程中，為了實時監測煤礦井下的瓦斯濃度，各個煤礦采用了各種瓦斯監控的方法，用以保證井下正常的生產活動。

1.傳統瓦斯監控系統存在的問題及不足

傳統的瓦斯監控系統主要分為兩大類：一類是固定式監控，所采用的檢測設備是瓦斯傳感器；另一類是移動式監控，所采用的監測設備為個人便攜式瓦檢儀。

1.1固定式瓦斯監控系統

固定式瓦斯監控系統主要的組成部分有：瓦斯傳感器、地面監控系統、井下監控系統等，固定在煤礦井下的瓦斯傳感器，將井下監測的實時數據通過井下監控系統，將監測的信息傳遞到地面的控制中心，以實現井下瓦斯的全天候監控，固定式的瓦斯監控設備采用的是有線連接的方式，雖然監測數據穩定、可靠，但是還存在很多弊端。

第一、固定式瓦斯監控體系存在監控盲區；

第二、瓦斯傳感器后期維護問題；

第三、人為破壞。

1.2移動式瓦斯監控系統

移動瓦斯監控系統與固定傳感器不同的是，由瓦檢人員攜帶便攜式的瓦斯檢測儀，進入到生產區域，進行流動性檢查，當進入到一個瓦斯濃度超標的區域內，瓦斯檢測儀就會發出聲光警報，瓦檢人員需要立即通知井上調度中心，采取相應的安全措施，便攜式瓦斯檢測儀體積小、使用方便，但是同樣存在很多問題。

第一、監測點隨意性較大；第二、監測到的數據不能聯網監測、不能自動上傳，即使把數據上報到調度中心，數據的滯后性也很明顯；第三、人為因素明顯，在監測過程中，對于人員素質的要求很高，如果大量不利的人為因素出現，必然會導致監測數據的不準確性。

2.無線移動瓦斯監控系統組成及工作原理

針對固定式（固定瓦斯傳感器）及移動式（便攜式瓦斯檢測儀）監控系統的缺陷，由此產生了無線移動瓦斯監測系統。它是通過無線通信技術，將便攜式瓦斯檢測儀中的數據實時的傳遞給調度中心，完成全區域監控。在實際組成煤礦井下整體瓦斯監控體系時，首先需要解決煤礦井下無線信號大面積覆蓋的問題，其次要形成統一的數據上傳網絡平臺，充分利用無線移動技術，將井下便攜式瓦檢儀實時監測的數據，上傳到計算機中，由計算機進行全程監控。無線移動瓦斯監測系統主要包括：終端監測儀、無線收發器、定位裝置、數據通信接口以及計算機監控系統幾個方面。

為了保障上傳的瓦斯監測數據與井下位置保持一致性，也就要確定監測點的位置，需要在井下無線信號覆蓋的地方加裝定位裝置，定位器不斷的發出位置信息，與無線瓦檢儀傳遞的數據一起反饋給地面；同時地面計算機也可以通過操作系統向井下人員發送報警信息，通過聲音、閃光、震動等形式，提醒井下工作人員，現在的瓦斯濃度已經超標，為井下人員的撤離及井上人員的救援提供參考。

3.無線移動瓦斯監控系統功能

無線移動瓦斯監測系統實現了井下信號的全方位覆蓋，有效解決了固定式瓦斯傳感器存在的監控盲區問題，同時實現了聯網監測，解決了傳統便攜式瓦斯檢測儀存在的數據滯后及人為現象嚴重的問題。各個監測點的數據，可以及時上傳，由各個井下監測分站將數據進行匯總，其主要的系統功能有：

第一、瓦斯監測數據實時上傳，監控區域覆蓋于整個煤礦井下。

第二、便攜式瓦斯檢測儀與井下監測分站及井上調度中心形成聯網體系，可以第一時間將數據信息反饋給地面調度部門。

第三、監測數據可以進行自動的分析及保存，有利于井上分析處理相關問題，當瓦斯濃度超標時，具有自動閉鎖及聲光報警等功能。

第四、具有一定的定位功能，方便地面調度中心對瓦檢員的井下移動軌跡，進行相關的跟蹤，進行移動線路間數據的相互對比，防止人為因素現象產生。

第五、無線移動瓦斯監控系統具有雙向通信功能，如果地面調度中心有緊急事件需要通知時，可以通過收發短信的形式，將信息發送到單個或整體的瓦斯監測儀上，煤礦井下人員當遇到突發事件時，也可以反向向地面調度中心發出求救信號，以獲得及時的救援。

4.無線移動瓦斯監測儀關鍵問題分析

4.1煤礦井下信號覆蓋問題

煤礦井下的巷道結構復雜，巷道里面有錯綜復雜的分支、拐彎以及各個工作面，還有生產設備、皮帶車輛等障礙物的存在，所以要實現井下信號的全方位連續覆蓋，其實并不容易。首先要在大巷中設立瓦斯監測分站，并且數量要進行保障，同時這些分站的位置要相對固定，分站與分站之間用有線電纜進行連接，作為信號處理的中轉站，從每個分站中引出多個無線信號收發器，充分分布于分站周邊的各個區域，如：工作面、掘進面、分支巷道等，分站與無線信號收發器之間也采用有線電纜進行連接，以方便后期無線信號收發器的日常維護。

當無線信號收發器鋪設完成后，需要從無線收發器中引出多條信號電纜作為信號天線，沿著所需要覆蓋的區域進行鋪設，有信號電纜的地方就有無線信號，總體來說只要人可以進駐的地方，信號電纜就可以鋪設到哪，沒有區域的限制，同時信號也不會隨著巷道的分支及拐彎而受到影響。

4.2便攜式瓦斯檢測儀的定位問題

信號收發器可接收的范圍往往涉及幾百米的空間，在同一個范圍區域內，有時有可能會出現多臺便攜式瓦斯檢測儀同時上報數據，因此需要對每一臺便攜式瓦斯檢測儀進行數據定位，這就需要通過定位裝置來得以完成，定位器是由電池供電的小型無線設備，通過事先在地面數據庫中進行輸入位置，它會不斷地向外發送其特有的位置數據信息，當瓦檢員到達一個區域后，在它附近的定位設備就會向地面調度中心把當前的位置信息及瓦斯數據信息一起進行上報，并由地面上的瓦斯監控計算機統一處理。

5.結語

通過以上的分析，我們發現無線移動瓦斯監測系統對個人便攜式瓦斯監測儀進行了統一集中的管理，整個系統在實時數據上傳方面及雙向數據通信方面有著無可比擬的優勢，所以在2009年全國煤炭瓦斯防治工作會議中，將無線移動瓦斯監測系統定位為先進適用技術。目前，煤礦井下的無線移動瓦斯監控系統已經完成了相關的開發及準備工作，相關行業部門已經得到了充分的認證，并且已經在一些大新型煤礦中得以實際運用。該系統的推廣，必然會對煤礦瓦斯監測及瓦斯事故預防提供積極方面的意義，對我國整個煤炭行業的安全生產提供堅強的保護。