煤礦安全監測監控系統存在問題分析及優化研究

李冬棟

【摘 要】安全監控系統是煤礦預防自然災害、有害氣體等事故的重要手段。我國煤礦監控監測系統種類繁多，生產廠家眾多，但是各個廠商技術實力差距較大，安全監控系統普遍存在一些問題。本文立足于我國煤礦監測監控系統的現狀，深入分析煤礦監測監控系統存在的問題，在進行大量的調研后，提出優化我國煤礦安全監測監控系統的相關措施。

【關鍵詞】煤礦安全；監測監控；問題；優化

一、煤礦安全監控系統使用中存在的問題

（一）載體催化元件傳感器易受影響

煤礦井下作業環境比較差，產生的粉塵多，入井設備需要有比地面更高水平的防護級別，同時井下部分地點還會因作業而產生H2S、SO2等有毒有害氣體。這些氣體及粉塵會引起監控設備零部件出現中毒、腐蝕或電路故障等情況，使傳感器在井下工作時出現不可靠性的概率增加。當傳感器催化元件被水汽、油污等液體封堵，或傳感器受到猛烈撞擊時，傳感器檢測輸出的數值會與現場真實數值產生較大偏差。當前普遍采用的載體催化傳感技術成本雖低，但性能較落后，在工作過程中會出現不穩定、零點漂移的情況，同時傳感器在進行測量工作時，所處通風環境還會對傳感器測量造成一定影響，進一步降低了傳感器測量的準確度。

（二）監控設備抗干擾能力需要加強

由于日常開展井下作業時，作業空間環境比較狹小，一些強電場及磁場干擾源會對傳感器造成比較嚴重的影響，這使得傳感器不能正常工作。傳感器的輸出信號一般比較微弱（mV、mA級別），而井下的大功率、大耗能設備很多，特別是大功率感性負載的啟停往往會產生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾，同時井下監控系統的信號電纜與交流動力電纜往往與長巷道同走向敷設布置，會出現搭接共鉤現象，如果信號電纜的屏蔽處理不到位，就會出現干擾情況。總體而言，監控信號的傳輸過程中信號的抗干擾能力比較弱。

（三）監測設備整體智能化較低

當前安裝的大多數傳感器，一臺只能監測到一種氣體參數或設備運行參數，采集數據信息單一，對傳感器自身的運行狀況、完好情況無法做出自診斷，需要人工日常維護判斷；同時，與分站的連接多靠電纜連接，無法自組網，由于井下環境復雜造成布線受空間限制嚴重，各個傳感器之間無法相互連接通訊；同時，現場作業人員獲取傳感器的數據只能靠觀察和聲光信號判斷，現場交互能力弱導致安全保障能力低。

（四）現有數據利用率低

由于開采煤層的多樣性和礦井井下現場的復雜性，歷史監測數據的保存和分析可以有效指導今后的生產作業情況，但實際情況是數據僅僅用作當前作業情況的分析，之后僅作為一種安全監管的手段，不再有其他用途。各種設備的運行參數、通風環境參數等未能有效與采掘作業、機電設備管理、通風瓦斯治理關聯，不能有效指導現場作業和設備檢修維護工作。

二、煤礦安全監測監控系統的選擇管理

（一）系統地面中心站

對于系統地面中心站的選擇管理，安全監測監控系統的地面中心站系統結構部分一般來說選擇最新配置的工控機，為信息的有效處理和傳遞提供保障。

（二）系統結構中井下分站

重點是保證系統電力供應和監測設備能夠處于正常的運行狀態，在進行分組選擇管理時，需要滿足井下環境瓦斯超限斷電的條件，保證分站的正常運行。同時，在不斷運行的過程中，對電氣設備的運行安全提供保障，選擇使用隔爆型電器。

（三）安全檢測監控系統的通信

1.系統通信方式的選擇。目標是提升監測控制信號的傳遞效率，通信模式需要選取集中信息傳遞量的方法；通信傳輸過程中使用統一的通信協議標準，通過互聯網進行的開放式傳輸。能夠最大化地滿足通信監測和控制管理。

2.系統通信協議的選擇。在設計過程中，采用的是國際標準的IP通信協議，結合相關管理信息網絡系統，成立網絡鏈接，以實現通信傳輸。

三、煤礦安全監測監控系統的優化措施

（一）推廣先進監控傳感器

高性能傳感器是煤礦安全監控系統穩定運行的保障，推廣使用先進的監控傳感器既能提高監控系統可靠性，又能減少人工維護量。

1.激光甲烷傳感器。傳感器采用光譜吸收原理測量甲烷氣體濃度，與催化式甲烷傳感器相比，具有響應速度快、測量精確、抗交叉干擾能力強、工作穩定的特點，可長期在線工作，無須頻繁校準，是載體催化式甲烷傳感器理想的替代品。

2.無線傳感器。傳感器自動將數據通過無線信號傳給分站，實現與監控系統主網絡的無縫對接。適用于井下綜采工作面回風隅角、掘進工作面等傳感器設置密集度較大的位置或需經常移動的位置。無線傳感器技術可以減少人為移動傳感器導致纜線接觸不良造成的監控系統誤報警，還可以節省監測纜線，減少成本費用。

3.自診斷型傳感器。能在電源接通時進行自檢，診斷測試以確定組件有無故障，并定位故障。具有自診斷功能的傳感器給使用和維修帶來了很大的方便，是提高儀器可靠性的必要手段。

4.多參數型傳感器。由若干種各不相同的敏感元件組成，可以用來同時測量多種參數，傳感器集成度高、體積小，適用于綜采、掘進工作面等傳感器設置密集度較大的位置。

（二）推廣數字式通信技術

煤礦安全監控系統除主干網升級為工業以太網 + CAN 總線傳輸方式外，分站之間、分站與傳感器之間也應采用 CAN 總線進行互連互控。CAN總線是一種用于實時應用的串行通信協議總線，具有尋址及檢錯能力，有很強的實時性和可靠性。同時，總線具備自動仲裁機制，如果有兩個或兩個以上的節點同時發送報文，可通過使用優先級標識符的逐位仲裁解決碰撞問題。基于 CAN 總線通訊的煤礦安全監控系統采用先進的“多主并發”、“主動上傳”數據傳輸方式，井下傳感器狀態發生變化，無須上位機輪詢，即可在 10s 內主動將監控數據傳送至地面，分站之間的異地斷電功能也無須上位機參與，便可直接進行數據交互，有效縮短異地斷電時間。同時，傳感器使用數字總線傳輸數據，多個傳感器可共用一條數字總線，降低安裝和維護的線纜成本。

（三）強化數據分析及應用

系統應具有大數據的分析與應用功能，實現偽數據的標注及濾除分析；通過搭建瓦斯突出、火災預警模型，可實現對瓦斯涌出、火災等的預測預警；根據瓦斯濃度的大小、瓦斯超限持續時間、瓦斯超限范圍等設置不同的報警級別，實現分級響應；可與人員定位、應急廣播、無線通信等系統數據融合，在瓦斯超限、斷電等需立即撤人的緊急情況下，可自動與應急廣播、通信、人員定位等系統的應急聯動。

（四）完善監控系統軟件功能

監控軟件應采用 B/S 結構，在機房設置主、備服務器，不同的終端用戶只輸入 IP 地址或網址即可完成數據、圖形、報表的查閱和系統設置。軟件可利用 GIS 礦圖技術，將監控數據和地圖信息相結合，利用 MD5、RSA 等數據庫加密技術，對重點監控數據進行加密。軟件應完善自診斷、自評估技術，全面提升智能化水平。

四、結語

信息化的新媒體時代，大數據的發展趨勢是不可避免的，不僅給各行各業帶來了便利，也打開了我們分析數據的新視角，在煤礦事業的發展上也起到了一定的推動作用。全面的分析數據，讓我們在安全管理上更具有科學性，所以，煤礦管理層應該將大數據進行全面推廣，轉變管理思維，分析事故全面化。

【參考文獻】

[1] 汪叢笑.煤礦安全監控系統升級改造及關鍵技術研究[J].工礦自動化，2017（2）：1-6.

[2] 郭江濤.煤礦安全監控系統現狀及發展趨勢[J].煤礦機械，2017（3）：1-3.

[3] 孫繼平.煤礦信息化自動化新技術與發展[J].煤炭科學技術，2016（1）：19-23.