煤礦井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用研究

郭雷

摘要：隨著國(guó)家對(duì)煤炭行業(yè)安全問題的重視和企業(yè)自身現(xiàn)代化建設(shè)的要求，井下安全監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)在我國(guó)大部分礦井都得到了廣泛使用，形成了煤礦井上下順暢的信息交流通道和可靠的安全預(yù)警機(jī)制。這不僅可以依靠及時(shí)準(zhǔn)確的信息指揮生產(chǎn)，預(yù)防事故的發(fā)生，又能及時(shí)了解各種與安全生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)相關(guān)的信息，形成一個(gè)安全、生產(chǎn)、調(diào)度和管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。因此文章就煤礦井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行略述。

關(guān)鍵詞：煤礦井下安全;監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng);應(yīng)用

煤礦安全一直是我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，許多大中型煤礦企業(yè)采用煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠收集災(zāi)難數(shù)據(jù)，對(duì)即將或者已經(jīng)發(fā)生的災(zāi)難進(jìn)行預(yù)告和監(jiān)測(cè)，對(duì)環(huán)境情況及時(shí)檢測(cè)，有效提高了煤礦生產(chǎn)的安全性。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)、提供災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)、自動(dòng)報(bào)警、斷電閉鎖等功能，實(shí)實(shí)在在地為煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供有力保障。

一、煤礦井下安全事故的一些種類

（一）瓦斯事故

在煤礦生產(chǎn)過程中，最為嚴(yán)重的安全事故莫過于瓦斯爆炸。在瓦斯爆炸之后，還會(huì)導(dǎo)致次生的煤礦斷電、通風(fēng)阻礙、頂板塌方、煤層引燃等災(zāi)害。我國(guó)經(jīng)常出現(xiàn)低瓦斯礦井比高瓦斯礦井瓦斯爆炸事故多的現(xiàn)象，可見，低瓦斯礦井不等于無瓦斯礦井，更不等于不發(fā)生瓦斯爆炸的礦井。例如2011年7月12日，寸草塔二礦施工密閉時(shí)，未切斷巷道四周的金屬物，也沒有掏槽，密閉內(nèi)瓦斯積聚，在重新處理密閉過程中，氣割頂板鋼帶時(shí)引燃頂板局部積聚的瓦斯，火源沿鋼帶縫隙進(jìn)入密閉，引爆密閉內(nèi)的瓦斯，造成 3 人死亡，2 人輕傷。

（二）頂板事故

在煤礦生產(chǎn)中非常容易出現(xiàn)的一種安全事故是頂板冒落事故，其會(huì)對(duì)礦井作業(yè)者生命安全構(gòu)成威脅。結(jié)合近年來國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)的煤礦頂板事故發(fā)現(xiàn)，其出現(xiàn)的幾率存在逐年提升的勢(shì)頭。而頂板事故重點(diǎn)涵蓋兩種，即工作面采空區(qū)垮塌以及巷道冒頂和片幫事故。結(jié)合礦壓壓力原理和巖層控制理論發(fā)現(xiàn)，通常都是回采時(shí)頂板附近的應(yīng)力以及頂板巖石的特點(diǎn)等要素決定了回采工作面的頂板冒落事故。

（三）火災(zāi)事故

因?yàn)槊禾康奶攸c(diǎn)是易燃性強(qiáng)，在相應(yīng)的溫度條件與氧氣濃度中，煤塵非常容易引起自燃，如此一來，煤礦的火災(zāi)事故會(huì)出現(xiàn)。某礦區(qū)開采的煤層均有一定的自燃傾向性，揮發(fā)份高（32%～37%）、燃點(diǎn)低（270℃左右）、易氧化、埋藏淺（30～230m）、漏風(fēng)嚴(yán)重、綜采工作面走向長(zhǎng)（一般在2000-6000m）、準(zhǔn)備工作面時(shí)采用連采機(jī)雙巷掘進(jìn)形成的煤柱多、遺煤多，同時(shí)，為保證煤質(zhì)不割頂、底板而留的頂煤垮落破碎等都將給煤炭自燃防治工作造成困難。隨著生產(chǎn)任務(wù)加大，生產(chǎn)礦井主要工作面采空區(qū)的浮煤都不同程度地出現(xiàn)低溫氧化及自燃現(xiàn)象。隨著開采深度、強(qiáng)度和范圍相應(yīng)增加，采空區(qū)煤炭自燃的危險(xiǎn)性將更加突出。

二、煤礦井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路

（一）系統(tǒng)功能

基于北斗的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通過北斗衛(wèi)星傳輸至中心監(jiān)控，中心監(jiān)控完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、集中監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控顯示、數(shù)據(jù)處理情況做出相應(yīng)的信息預(yù)警、處置決策，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦區(qū)域地質(zhì)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與科學(xué)管理。具體功能如下：（1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集。通過布設(shè)孔隙水位計(jì)、

分層沉降計(jì)傳感器等專業(yè)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集。（2）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)配置及維護(hù)。中心監(jiān)控可以根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集周期及數(shù)據(jù)發(fā)送周期的調(diào)整配置，同時(shí)可對(duì)傳感器進(jìn)行開關(guān)機(jī)、復(fù)位、數(shù)據(jù)清空等遠(yuǎn)程維護(hù)工作。（3）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)通過北斗用戶終端將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)測(cè)中心。（4）監(jiān)測(cè)信息綜合管理。中心監(jiān)控對(duì)前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)控，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)備份和統(tǒng)計(jì)分析，并能根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)發(fā)布預(yù)警信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)礦區(qū)安全信息的綜合管理。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于北斗的煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩層體系結(jié)構(gòu)，底層是前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)，上層是中心監(jiān)控。前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用專業(yè)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并以有線或無線方式將數(shù)據(jù)匯聚到數(shù)據(jù)采集和通信設(shè)備。數(shù)據(jù)采集和通信設(shè)備將數(shù)據(jù)按照固定的格式發(fā)送到北斗用戶機(jī)，通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)傳送至中心監(jiān)控。

前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)及中心監(jiān)控配備北斗用戶機(jī)，利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)獨(dú)特的短報(bào)文通信功能完成前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)與中心監(jiān)控之間的數(shù)據(jù)傳輸。前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)還配備有GPRS無線通信模塊，同時(shí)具備數(shù)據(jù)傳輸功能。通過中心監(jiān)控對(duì)前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管理控制，實(shí)現(xiàn)信息監(jiān)測(cè)、異常告警、信息發(fā)布等功能。

三、煤礦井下安全監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的應(yīng)用以及維護(hù)

（一）清楚組織的領(lǐng)導(dǎo)

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)牽涉到比較廣的方面，能夠密切聯(lián)系煤礦的所有部門。為此，對(duì)于安全監(jiān)控機(jī)構(gòu)的創(chuàng)建，所有的部門需要取得領(lǐng)導(dǎo)的支持，讓具備安全監(jiān)測(cè)專業(yè)化技術(shù)的監(jiān)測(cè)人員、工程師進(jìn)行安裝。并且，針對(duì)管理安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)而言，能夠堅(jiān)持責(zé)任清晰、劃分范圍、班組的原則進(jìn)行。

（二）注重培訓(xùn)技術(shù)工作者與管理人員

在煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，人的因素至關(guān)重要。倘若技術(shù)工作者與管理人員不熟悉有關(guān)的技術(shù)、不懂得煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的管理，那么就難以體現(xiàn)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，進(jìn)而使系統(tǒng)變得形式化。對(duì)于安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備而言，需要建設(shè)詳盡的檔案，涵蓋檢修的時(shí)間、調(diào)試的記錄、設(shè)備的數(shù)據(jù)信息等，確保即時(shí)性、準(zhǔn)確性、詳細(xì)化。并且，安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)牽涉到比較廣的學(xué)科，調(diào)入部門的工作者需要接受專業(yè)化的培訓(xùn)，在工作過程中也應(yīng)不斷學(xué)習(xí)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。并且，部門的領(lǐng)導(dǎo)人員也應(yīng)多安排相應(yīng)的培訓(xùn)，從而充實(shí)隊(duì)伍力量和提高隊(duì)伍素質(zhì)，從而跟迅速發(fā)展的現(xiàn)代化煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)的需要相符合。

（三）搞好平時(shí)的維護(hù)以及檢驗(yàn)新設(shè)備

建立系統(tǒng)之后的維護(hù)非常關(guān)鍵。礦井的工作條件比較差，設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)且分散，再者受到人為因素的制約，煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)也需要維護(hù)。只有實(shí)時(shí)地發(fā)現(xiàn)和處理隱患，才可以確保系統(tǒng)的順利工作，有效地體現(xiàn)系統(tǒng)的功能。煤礦能夠創(chuàng)建自身的維護(hù)團(tuán)隊(duì)，讓專門的人員進(jìn)行管理和負(fù)責(zé)，如此一來，能夠穩(wěn)定、及時(shí)地處理故障及問題。

（四）有效地處理監(jiān)測(cè)信息

為了取得設(shè)備狀態(tài)以及場(chǎng)地環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，安裝一系列的傳感器應(yīng)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。應(yīng)及時(shí)地測(cè)試與調(diào)校一系列的傳感器。在報(bào)表中實(shí)時(shí)地錄入采集的數(shù)據(jù)，存在不正常情況下需要迅速地向礦調(diào)度報(bào)告，且認(rèn)真地進(jìn)行記錄。中心站應(yīng)提供每一天的日?qǐng)?bào)表，讓監(jiān)控部門研究與審閱。針對(duì)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)信息，不但能夠讓礦區(qū)把握礦井的現(xiàn)狀，方便指揮，還能夠結(jié)合這一系列的資料信息和開采情況對(duì)地下水、瓦斯、自燃發(fā)火等的改變特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而實(shí)施有效的開采方案。

（五）健全應(yīng)急預(yù)案

安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是工具、監(jiān)控“一通三防”是手段，最終目標(biāo)是為了降低事故發(fā)生率。在系統(tǒng)報(bào)警的情況下，煤礦首先應(yīng)實(shí)施有效的應(yīng)急措施，且確保按部就班地開展，最大程度地減小損失。

總之，煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)良性健康的發(fā)展，對(duì)中國(guó)現(xiàn)今社會(huì)工業(yè)的發(fā)展有重要意義。在煤礦資源開采過程中，要在注重技術(shù)提高的同時(shí)加強(qiáng)煤礦工人的安全保障及礦井環(huán)境的監(jiān)測(cè)水平。如今，煤礦工程中采用了煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。將礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦井下開采之中，可以對(duì)頂板壓力、瓦斯?jié)舛?、氧氣濃度等指?biāo)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和記錄，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦監(jiān)控集中化、系統(tǒng)化管理，提高煤礦資源的開采效率，提高煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、安全效益。

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（作者單位：國(guó)家能源集團(tuán)內(nèi)蒙古大雁公司生產(chǎn)部）