煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)

文/郭春平

隨著煤礦機械化、自動化和信息化程度的提高，煤礦安全生產(chǎn)有了長足的進步。但井下違章帶電作業(yè)引起的觸電傷亡、甚至瓦斯爆炸事故卻時有發(fā)生。為解決這一問題，山西全安新技術(shù)開發(fā)有限公司研發(fā)了一套從技術(shù)層面預(yù)控違章帶電作業(yè)的預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)了“想違章違不成，即使違章也造不成事故”的目標(biāo)。

圖1 煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)示意圖

一、煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)背景

目前，國內(nèi)外煤礦井下電氣設(shè)備的短路、漏電和接地三大保護的共同特點是：在發(fā)生電氣故障后才斷電跳閘，這種技術(shù)在限制故障影響范圍方面起了巨大作用，但不能在觸電前預(yù)防違章作業(yè)，也就是沒有“抗違章保護”裝置。對于目前煤礦井下電氣設(shè)備存在“抗違章短板”問題，國內(nèi)外煤礦主要通過法規(guī)、管理、教育培訓(xùn)規(guī)范人的行為來遏制違章帶電作業(yè)，從技術(shù)上預(yù)防和控制違章帶電作業(yè)的裝備還很缺乏。

大量的典型事故案例分析表明，僅僅依靠現(xiàn)有在用的設(shè)備以及規(guī)章制度來規(guī)范和約束人的行為是不可靠的，無法從本質(zhì)上（技術(shù)裝備）杜絕和遏制違章帶電作業(yè)行為的發(fā)生。應(yīng)用博弈論的“納什均衡”及數(shù)理統(tǒng)計的“大數(shù)定律”從理論上分析研究也表明：有規(guī)章就一定有違章，違章可以減少，但難以徹底避免。井下要大大減少違章，就必須開發(fā)一套能有效遏制違章帶電作業(yè)的系統(tǒng)裝置，該系統(tǒng)裝置要能將所有的違章帶電作業(yè)進行安全預(yù)控，保證違章帶電作業(yè)無法進行，或即使違章作業(yè)了也造不成事故。山西省全安公司自主研發(fā)的“煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)”，正是為了彌補這方面的“抗違章短板”而創(chuàng)新開發(fā)的安全管理信息系統(tǒng)。

二、煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)的原理

1.原理

煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)如圖1所示，工作原理簡述如下：在井下工人違章打開電氣設(shè)備接線腔、主腔、電纜接線盒進行操作或檢修時，安裝在該設(shè)備上的“智能傳感器”會通過與之相連的井下監(jiān)控分站檢測上級電源（電源開關(guān)）是否為“有電”狀態(tài)，如若“有電”則自動關(guān)閉該電源開關(guān)停止供電，同時發(fā)出聲光報警信號，并將違章動作信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號上傳至地面調(diào)度室的監(jiān)控主機上，監(jiān)控主機通過信息處理，在監(jiān)控大屏幕上顯示相應(yīng)的報警提醒，同時將該數(shù)據(jù)上傳至互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器。

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器判斷比對實時信息，如若出現(xiàn)報警信息則自動推送到已安裝 “煤礦風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)”APP的用戶手機上，此時手機用戶會收到如圖2中顯示的通知消息，點開推送消息后會自動顯示報警的位置，提醒用戶在井下哪個工作面哪個具體的電氣設(shè)備將可能被違章操作，使手機用戶及時調(diào)查了解并處理有關(guān)違章事件。用戶也可以自行進入“在線預(yù)警系統(tǒng)”瀏覽所有電氣設(shè)備的工作狀態(tài)。

煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)還搭載了煤礦事故案例系統(tǒng)，以及最新煤礦安全知識、政策、新技術(shù)、先進經(jīng)驗、產(chǎn)品信息等，方便大家學(xué)習(xí)，以提高安全素質(zhì)。

圖2 預(yù)警信息推送查看示意圖

2．主要技術(shù)指標(biāo)

煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：

（1）系統(tǒng)傳輸速率：5000bps

（2）系統(tǒng)傳輸距離：監(jiān)控分站到傳感器：≤2km；數(shù)據(jù)傳輸接口到監(jiān)控分站：≤10km

（3）系統(tǒng)的巡檢周期：≤20s

（4）系統(tǒng)傳輸誤碼率：≤10-8

（5）系統(tǒng)容量：每個分站最多可接32個抗違章智能傳感器

（6）違章（誤）動作信號轉(zhuǎn)換為電信號預(yù)控時間≤10ms

（7）違章（誤）動作信號轉(zhuǎn)換為電信號準(zhǔn)確率:100%

（8）控制違章（誤）動作執(zhí)行時間≦20ms

以上技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)可以確保該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運行，為煤礦安全生產(chǎn)保駕護航。

三、結(jié)論

1.目前成果

設(shè)備應(yīng)用抗違章技術(shù)后，技術(shù)裝備就具備了抗違章性，這就像人體注射了疫苗一樣，即使病毒侵入體內(nèi)也不會致病。抗違章技術(shù)已引起國家安監(jiān)總局的重視，安監(jiān)總建函[2010]19號明確表示：對于抗違章技術(shù)創(chuàng)新方法的研究及應(yīng)用，應(yīng)當(dāng)給予立項和資金支持。用抗違章技術(shù)觀點分析過去發(fā)生的各種安全事故，本質(zhì)上是由于技術(shù)落后使人有違章作業(yè)的機會，并能夠從事違章作業(yè)所導(dǎo)致的。

所以，防治違章帶電作業(yè)的根本出路在于開發(fā)“抗違章”技術(shù)，其功能標(biāo)準(zhǔn)有兩條，一是保證無法違章作業(yè)，二是保證即使違章作業(yè)也造不成事故。設(shè)計從技術(shù)裝備上預(yù)控違章帶電作業(yè)及瓦斯爆炸的“煤礦井下供電系統(tǒng)抗違章技術(shù)裝備”已成為煤礦電氣安全發(fā)展的必然趨勢。山西全安新技術(shù)開發(fā)有限公司自主研發(fā)的“煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)”是抗違章技術(shù)裝備之一，作為標(biāo)準(zhǔn)化礦井的“頂配裝備”在同煤塔山試運行幾年來效果顯著。

2.展望

由于現(xiàn)在煤礦井下的各類監(jiān)控傳感器、傳輸設(shè)備來自于各個廠家，生成的數(shù)據(jù)格式、傳輸協(xié)議等沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，各個不同公司的傳感器、設(shè)備、系統(tǒng)之間無法有機地聯(lián)系起來，數(shù)據(jù)的共享存在技術(shù)壁壘和鴻溝，給各煤礦帶來了很大不便，也造成了不必要的損失。例如礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)以及人員定位系統(tǒng)等一般是由不同廠家提供，各家數(shù)據(jù)格式、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同，各系統(tǒng)不能共享數(shù)據(jù)信息、控制聯(lián)動，煤礦必須為各系統(tǒng)準(zhǔn)備不同的工控機、主機等，增大了管理的難度和成本。因此，煤礦井下電氣操作風(fēng)險手機預(yù)警系統(tǒng)在未來的發(fā)展中將著力于同各個廠家設(shè)備兼容及進一步智能化，通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換設(shè)備，使山西全安新技術(shù)開發(fā)有限公司的技術(shù)裝備能與各個廠家的設(shè)備進行兼容互通，做到真正的煤礦物聯(lián)網(wǎng)整合和大數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)井上井下工作數(shù)據(jù)化、智慧化，為煤礦安全生產(chǎn)保駕護航。