基于電子信息技術在束管監測監控系統中的優化設計

李建軍 李榮升

（陽泉市南莊煤炭集團有限公司南莊公司，山西 陽泉 045000）

1 引言

南莊礦預防煤層自然發火主要依靠束管監測系統，通過對井下有自然發火的危險區域進行全面監測監控，對采空區、工作面及巷道內火災指標氣體成分進行分析，來預測煤層自然發火情況[1]。但是在實際應用中卻存在著束管管路破損維護、氣樣易污染不純、監測人員技術差異、無法實時監測[2]、數據分析指標單一等問題。南莊礦安全生產系統中電子信息技術主要運用于井下人員定位和井下巷道監控。該礦檢測設備老舊而且不夠全面，安全信息平臺建設停滯不前，電子信息化水平整體不高，技術人員檢測數據差異性很大，造成了目前面臨著安全問題考驗的局面。因此，束管監測系統有必要結合電子信息技術的優勢特點，來提高南莊礦信息化建設水平和解決實際運用中的難題。

2 電子信息技術的優勢特點

電子信息技術成為當代最活躍、滲透力最強的科學技術之一，隨著我國科學技術的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，各種電子信息技術已應用于各大企業生產中，電子信息產業已成為一種新興的高科技產業[3]。依據電子信息技術設計的設備產品應用上主要體現形式是一體化特點，機電一體化可以提高產品設備的自動實時監控能力、預警能力和決策管理能力等。

電子信息技術具有以下三方面優勢特點：

（1）智能化。智能化是指由現代通信與信息技術、計算機網絡技術、行業技術、智能控制技術等技術匯集，最終形成一種針對某一方面應用的智能集合，如智能交通信號燈控制、監管系統都應用到了智能化技術。

（2）數字化。數字化是把現場各種復雜情況的信息轉變為可以度量的數字或數據，再將這些數字、數據建立起數字化模型，轉變成代碼，將其引入計算機內部，再對實際數據進行統一處理。數字化具有直觀、穩定、可靠、簡單等特點，能為技術人員減輕工作負擔，減少人力物力資源。

（3）網絡化。網絡化是指用通信技術和計算機技術，把各個地點的計算機及各類電子設備互相連接，按照一定的網絡程序軟件達到相互通信的目的，使得各個用戶都能夠在同一時間共享各種數據、圖片等信息資源。網絡化具有實時、反應快捷的特點。

3 電子信息技術在束管監測監控系統中的應用

3.1 電子信息技術應用實現技術方案

為解決南莊礦現有束管監測系統存在的問題，結合電子信息技術的智能化、數字化、網絡化三大優勢特點，設計如圖1所示的新型束管監測監控系統結構圖。該系統主要由井下監測監控系統和地面監測監控系統兩大部分組成，地面與井下有局域網絡實現信息暢通，井下監測監控系統是通過布置在危險區域的傳感器和束管氣樣監測分析，實時采集所監控區域的瓦斯、風速、風壓、溫度等指標，井下監測的數字化信息通過有線網絡傳輸至地面監測監控系統，再經過調度室和監測監控中心來對信息綜合決策，通過智能預警監控系統來判斷預警級別，并作出相應的預警級別響應措施，實現對井下監測監控目的，保證南莊礦安全生產。

圖1 新型束管監測監控系統結構圖

3.2 系統功能分析

（1）實時監測

將氣樣和溫度采集分析設置在井下可避免長管路鋪設和后期維護困難等問題，能極大地減小由于抽氣排空而導致監測區域時間滯后的可能性，能保證數據的精確性。系統可采集瓦斯、風速、風壓、溫度等多重指標，可實現風、電、瓦斯閉鎖功能。井下監測監控系統根據工作面危險區域合理布置傳感器的數量、類型、位置，可實時顯示所監測區域的指標數據動態圖形、歷史曲線，并且操作員可設定監測起止時間，自動生成報表，報表里的數字化信息數據能實時傳輸至地面監測監控系統。

（2）自動監控

井下監測監控系統通過風速傳感器、風壓傳感器、溫度傳感器以及束管采集到的氣體成分等數據信息，能夠實時獲得井下實際情況，再通過局域網絡完成數據傳輸到地面監測監控系統，利用設計的安全監測監控系統軟件對采集來的數據進行分析處理，對測點信息進行數據匯聚，對超過《煤礦安全規程》的指標數據所對應的區域進行超限報警提示，可實現自動監控功能。

（3）智能預警

井下監測監控系統里的應用軟件具備自動搜索瓦斯超限、停風區域、風壓異常變化區域、溫度異常區域，并且達到相應指標后自動實現區域報警。地面計算機智能預警監控系統將監測區域所有可能產生的指標氣體濃度、風速、風壓、溫度劃分到相應的預警級別，同時每一個預警級別都有相對應的安全措施數字化編入智能預警系統中，通過井下實時傳輸到地面的計算機智能預警監控系統的數據，由該系統智能判斷井下監測區域的實際情況，并作出對應的級別響應措施，可避免有操作員主觀判斷錯誤的現象，實現綜合智能預警功能。

3.3 結合實例應用分析

為保證南莊礦8824綜采工作面防滅火工作做到科學、安全、有效，結合8824綜采工作面實際開采情況，設計了8824工作面煤自燃預測預報系統，束管監測監控測點布置方案如圖2所示。在采空區內部，沿著回風巷和運輸巷布置在采空區內距離工作面30m和60m處，設置有4個束管測點，如圖2所示的1、2、3、4四點，束管采用無縫鋼管保護。在工作面和回風巷中，測點分別布置在上下隅角、工作面和回風巷中部，測點布置有CO傳感器、CH4傳感器、風速傳感器、風壓傳感器和溫度傳感器，如圖2所示的5、6、7、8四點。隨著工作面的推進，測點也向前移動。井下監測監控系統通過工作面布置的各種傳感器，對CO、CH4、溫度、風壓和風速等進行24h連續循環監測，并將監測結果和采樣氣體組分數據傳輸到地面計算機智能預警監控系統，以報表、曲線、趨勢預警等形式實時滾動發布，一旦超限（按《煤礦安全規程》的要求設定）就進行聲報警。

圖2 束管監測監控測點布置示意圖

根據南莊礦8824工作面煤層煤樣氧化升溫實驗結果，可初步按照如表1所示的CO氣體監測預警體系表來指導8824工作面的防滅火工作。分5個預警級別，每個級別都有對應的預警響應措施。依托CO氣體監測預警體系來開發設計的智能預警程序已運用在該工作面的束管監測監控系統中，目前針對監測到的CO數據異常情況，已嚴格按照預警級別來采取響應措施，充分體現了該技術方案的優越性。

4 結論

電子信息技術在南莊礦束管監測監控系統中的應用并不完善，結合電子信息技術中的智能化、數字化、網絡化特點，優化設計了一種新型束管監測監控方案，在一定程度上可實現南莊礦8824工作面安全生產監測監控信息暢通，提高礦井安全實時監測、自動監控和智能預警水平，增強該礦8824工作面防滅火工作的可靠性。

表1 CO氣體監測預警體系表