礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

宋清貴

（陽泉市南莊煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000）

1 礦井概況

1.1 礦井基本概況

南莊礦井井田位于沁水煤田陽泉礦區(qū)南東部邊緣，面積為12.5928km2，批準(zhǔn)開采3#、6#、12#和15#煤層，其中3#、6#、12#已開采完畢。礦井為高瓦斯礦井，經(jīng)鑒定為不易自燃煤層，煤塵均無爆炸性，水文地質(zhì)類型為中等，核定生產(chǎn)能力200萬t/a。截至2018年3月底，礦井剩余可采儲量1050萬t，可布置正規(guī)回采工作面儲量170萬t，可布置綜采開采工藝回收的大巷煤柱、邊角煤儲量300萬t。

1.2 采掘頭面數(shù)量

生產(chǎn)布局上布置有兩個生產(chǎn)采區(qū)，分為12#煤六采區(qū)和15#煤八采區(qū)。12#六采區(qū)最后一個工作面已于2017年6月底結(jié)束回采，目前12#六采區(qū)僅保留系統(tǒng)巷道，15#八采區(qū)布置一個綜放工作面，一個準(zhǔn)備工作面，一個綜掘工作面。

2 南莊公司安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

（1）2002年，重慶煤科院生產(chǎn)的KJ90NB安全監(jiān)控系統(tǒng)投入運行，后經(jīng)過幾次軟硬件升級改造，能夠24h不間斷對各作業(yè)場所環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測，具備了瓦斯電閉鎖、故障閉鎖、風(fēng)電閉鎖、異地斷電閉鎖等功能。南莊公司目前在用的安全監(jiān)控系統(tǒng)就是該系統(tǒng)，2008年完成升級改造并通過陽泉市煤炭工業(yè)局驗收。目前，各類安全監(jiān)控設(shè)備采集、傳輸、處理、分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，環(huán)網(wǎng)運行正常，各類上傳信息準(zhǔn)確。

（2）安全監(jiān)控系統(tǒng)顯示和控制終端已設(shè)置在總調(diào)度室，配備專人24h實時監(jiān)測井下各作業(yè)場所環(huán)境參數(shù)，所有值機(jī)人員都是經(jīng)過安全監(jiān)控儀器專業(yè)培訓(xùn)并持證上崗。

（3）傳感器調(diào)校方法嚴(yán)格按照AQ1029-2007標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。標(biāo)校流程符合各項規(guī)定要求。

（4）高低濃度瓦斯傳感器執(zhí)行15d用標(biāo)準(zhǔn)氣樣標(biāo)校一次的管理規(guī)定。采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)的機(jī)載瓦斯傳感器15d用標(biāo)準(zhǔn)氣樣定期標(biāo)校貼牌管理，溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)筒風(fēng)量傳感器、氧氣、二氧化碳傳感器和現(xiàn)場核對方式標(biāo)校。

（5）礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成如表1所示。

表1 南莊公司礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

（6）采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等機(jī)載斷電儀統(tǒng)一掛牌管理。

（7）監(jiān)控值機(jī)人員總共8人，分4個班，每班2人，統(tǒng)一執(zhí)行調(diào)度管理制度。

（8）2017年1月份，安全監(jiān)控系統(tǒng)KJ90NB已升級到最新版本，現(xiàn)系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

（9）每年3月和9月，市質(zhì)監(jiān)局專業(yè)技術(shù)人員調(diào)校2次，每次調(diào)校瓦斯傳感器76臺、一氧化碳傳感器29臺。

（10）本礦井為資源枯竭型礦井，為了提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性，適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需求，南莊公司按照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》要求，分步進(jìn)行硬件升級改造，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3 南莊公司安全監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 總線技術(shù)

在南莊公司礦井的通風(fēng)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，總線技術(shù)是系統(tǒng)最關(guān)鍵的技術(shù)，總線技術(shù)在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛，總線技術(shù)是以總線為核心，將控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)監(jiān)控目標(biāo)。南莊公司的礦井通風(fēng)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，主要應(yīng)用的總線技術(shù)主要有以下幾種：現(xiàn)場總線基金會FF、控制器局域網(wǎng)CAN、RS-485標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議現(xiàn)場總線、局域操作網(wǎng)絡(luò)Lonworks。目前，我國的礦井通風(fēng)安全監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用比較多的要數(shù)控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)了。

控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)在我國最初是在汽車內(nèi)部構(gòu)件的測量中應(yīng)用，后來應(yīng)用到執(zhí)行汽車部件之間的數(shù)據(jù)信息通信功能，控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)的主要結(jié)構(gòu)形式如下圖1所示。通過使用串行總線結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)全雙工方式工作，其中的消息多以消息包的形式傳送，消息包中又包含了消息識別符、遠(yuǎn)地傳送請求、數(shù)據(jù)長度碼以及數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

圖1 CAN串行總線結(jié)構(gòu)形式

在南莊公司礦井通風(fēng)安全中使用控制器局域網(wǎng)CAN總線技術(shù)，要想實現(xiàn)比較理想的設(shè)計效果，達(dá)到精確的監(jiān)測監(jiān)控目標(biāo)，必須做好通信接口設(shè)計和總線軟件設(shè)計工作，就通信接口設(shè)計而言，主要由CAN驅(qū)動器、微處理器、CAN控制器組成，而其中的CAN驅(qū)動器主要發(fā)揮著抗電磁干擾的能力，對于監(jiān)控系統(tǒng)能夠起到過熱保護(hù)作用，在系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，也能進(jìn)行短路保護(hù)，且這種監(jiān)控系統(tǒng)的耗電量不高，具有低能耗的特點，能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運行。

3.2 灰色預(yù)測理論

智能傳感器是南莊公司礦井通風(fēng)安全檢測系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分之一，要確保這部分的性能，必須要使用灰色預(yù)測理論。傳感器的使用中需要進(jìn)行自行校正，一般的自校正方法主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、曲線擬合法、查表法等，這些自校正方法在礦井通風(fēng)安全監(jiān)測系統(tǒng)中并不適用，因此，灰色預(yù)測理論就為礦井通風(fēng)安全監(jiān)測系統(tǒng)提供了有效的技術(shù)支持。灰色預(yù)測理論屬于灰色理論范疇，主要是通過數(shù)據(jù)處理的方法對于數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和規(guī)律進(jìn)行分析查找，實現(xiàn)灰色數(shù)的處理。

將灰色預(yù)測理論應(yīng)用到礦井的通風(fēng)安全監(jiān)測系統(tǒng)中，實現(xiàn)智能傳感器的自校正功能，第一步是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，弱化原始數(shù)據(jù)的序列隨機(jī)性。自系統(tǒng)的風(fēng)壓傳感器靈敏度自校正中，這一預(yù)測理論利用等差氣壓對于相應(yīng)的傳感器進(jìn)行校正，在獲取原始數(shù)據(jù)后結(jié)合灰色預(yù)測理論進(jìn)行計算和預(yù)測分析。南莊公司礦井通風(fēng)安全監(jiān)測系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)相對較少，能夠符合灰色預(yù)測理論的應(yīng)用條件。

4 礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用過程中，不穩(wěn)定因素的存在必然會影響技術(shù)效果，針對南莊公司技術(shù)應(yīng)用出現(xiàn)問題，下面將進(jìn)行分析研究，提出相應(yīng)的對策。

4.1 傳感器優(yōu)先，注重質(zhì)量

傳感器對于礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的影響是不容小覷的。在整個系統(tǒng)構(gòu)建過程中，必須把質(zhì)量控制放在第一位，尤其需要注意的是傳感器質(zhì)量控制，這樣可以最大限度地降低由于傳感器所引起的安全事故發(fā)生的概率，另一方面為礦井安全生產(chǎn)提供了堅實的保障。這就要求在傳感器采購中必須對供應(yīng)商進(jìn)行嚴(yán)格的把控，遵循“質(zhì)量優(yōu)先、信譽優(yōu)先”的基本原則，從源頭上保證傳感器的質(zhì)量。以瓦斯傳感器為例進(jìn)行分析。在傳感器正式投入生產(chǎn)之前，需要對瓦斯傳感器的系統(tǒng)兼容問題進(jìn)行試驗分析，之后再對它的抗沖擊性能以及抗毒性能進(jìn)行研究，待全部試驗合格以后才能大范圍投入生產(chǎn)，有效地規(guī)避其中可能出現(xiàn)的安全問題。

4.2 強(qiáng)化功能，注重創(chuàng)新

在任何一個行業(yè)中，創(chuàng)新是發(fā)展的前提，尤其是在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，創(chuàng)新是企業(yè)生存的必要條件。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的帶動作用下，礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)性能也日漸完善，但是受到各種因素的影響，南莊公司系統(tǒng)應(yīng)用仍舊存在著一定的不足，鑒于此，在今后的構(gòu)成中，礦井企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身實際創(chuàng)立科研小組，組建專家團(tuán)隊，不斷地去鉆研，去創(chuàng)新，不斷地完善系統(tǒng)性能，特別是加強(qiáng)對系統(tǒng)防雷功能性能的研究，例如可以在保護(hù)區(qū)與中心站之間設(shè)置安全區(qū)域，實施有效的避雷措施，最大限度降低雷擊事故的發(fā)生。

4.3 做好設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作

設(shè)備養(yǎng)護(hù)工作將直接關(guān)系到系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命和性能發(fā)揮，故而在今后的工作中需要做好以下幾點。（1）制定完善的礦井通風(fēng)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的維修養(yǎng)護(hù)制度，嚴(yán)格執(zhí)行，落實到實處，增加日檢、周檢、月檢以及季度檢等檢查制度，一旦發(fā)現(xiàn)問題必須第一時間解決。（2）對于系統(tǒng)重點位置可以縮減檢測周期，在生產(chǎn)中重點保護(hù)，避免出現(xiàn)安全事故。

4.4 應(yīng)用效果分析

通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)在該公司礦井中的應(yīng)用降低了礦井發(fā)生爆炸的概率，及時監(jiān)測出隱患，并使相關(guān)人員第一時間做出相應(yīng)處理，進(jìn)而在最大程度上保證了員工人身安全。例如員工傷亡這一項就為企業(yè)每年減少一百萬的成本。

5 結(jié)語

上述對南莊公司礦井通風(fēng)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析研究，對日常工作中如何做好系統(tǒng)維護(hù)等做了深入的分析，希望通過上述研究可以引起煤礦企業(yè)重視，為安全生產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。