礦井安全監控技術與系統

溫知強

（汾西礦業兩渡煤業 ，山西 靈石 031302）

0 引 言

礦井安全監控技術與系統，可對瓦斯、煤塵、火災、水害及礦山壓力等礦山災害數據進行實時監測，該數據通過專用傳輸線路及采集設備，顯示在礦井監控控制中心，人們只需要對上傳至相關系統的數據采用數學方法進行分析，便可預知發生礦井災害的可能性，從而為礦井安全開拓及生產提供指導意見[1-3]。隨著煤礦開采的機械化、智能化，同時為進一步提升礦井開采的安全性，國家煤礦安全監察局要求要求所有煤礦井下必須安裝安全監控系統，為礦井安全開采保駕護航，由于煤礦井下環境的特殊性及復雜性，如有易燃易爆瓦斯氣體及煤塵，線路較多電磁干擾較大，空間狹小，線路易受到損壞等，因此對礦井安全監控系統也提出了特殊要求，如，需要采用防爆設備，監控線路應耐腐蝕，防干擾，為在礦井合理布置該系統，了解礦井安全監控系統的組成及面臨的問題很有必要[4-5]。

1 礦井安全監控技術與系統的職能

顧名思義，礦井安全監控技術與系統的首要職能就是進行安全監控，但該職能可細分為生產安全、供電安全、運輸安全，下文將對其加以詳細介紹。

1.1 生產安全

礦井生產安全是實現礦井有效運營的頭等大事，生產能力是衡量礦井盈利的主要指標，而安全則是保證生產的首要前提，生產安全的保障措施主要有：在礦井頂底板安裝位移計測量頂底板變形情況，在巷道中安裝瓦斯監測設備，監測實時瓦斯濃度，在生產工作面重要部位，安裝視頻監控掌握生產情況及根據視頻排查危險源等。

1.2 運輸安全

立井提升用的鋼絲繩及斜井和工作面運輸用的皮帶在達到一定的損傷和使用年限后便需要更換，那么何時進行更換，便成了礦井安全及生產人員所要考慮的問題，更換時間過早，會使成本提高，不經濟，更換時間過晚，則不安全，因此有必要在這些提升設備上安裝相關監測設備，根據數據來確定更換時間，達到安全經濟的目的，目前采用弱磁監測技術，可對皮帶及鋼絲繩的損傷情況進行較好的監測及預報。

1.3 供電安全

如今，機械化開采已成為礦井開采的主要方法，可見電力對于礦井生產的重要性，而礦井用電又存在高壓、高危、環境復雜等特點，因此在礦井供電中危險源很多，且電氣設備均要采用防爆型，并需要做好防爆措施，建立礦井供電系統安全監測系統可實現對礦井用電電壓及電流等數據的實時監測，如出現數據異常，可及時采取措施，做到防范于未然。

2 礦井安全監控系統的組成

礦井安全監控系統是計算機技術在礦井安全中的運用，典型的礦井安全監控系統如圖1所示，表現為一個完整的網絡數據處理流程，下面主要從數據采集、人員定位及監控系統對其進行詳細說明。

圖1 煤礦安全監控系統

2.1 數據采集監測系統

礦井安全監控系統監測的數據主要有：瓦斯濃度；頂底板、巷道兩幫位移量；電流、電壓數據；巷道圍巖應變等，這些數據由安裝在相關位置的傳感器采集后，通過專用線路傳遞到數據監測分站，監測分站收集傳遞過來的數據，并將其傳送給網絡接口，環網設備對所收集到的數據進行轉換后傳送給安全監控數據采集系統終端，終端對數據進行處理后，做出預判并反饋給監測分站。

2.2 人員定位系統

礦井人員定位系統主要由：無線信號塔、井下基站、網絡接口、環網設備、以及定位終端組成，井下每個人都有其特定的頻道參數，無線信號搭將該頻道參數發射給網絡接口，環網設備將該頻道參數轉碼后發送給定位終端系統，在定位終端可對井下人員進行管理。

2.3 視頻監控系統

視頻監控系統主要由地面監控系統及井下監控系統兩部分組成，地面監控系統主要用來對地面的安全行為及生產情況進行監測，其工作條件相對簡單，井下監控系統則工作條件復雜，視頻監控系統主要由：防爆攝像機、網絡接口、環網設備以及監視設備終端等組成，網絡接口將防爆攝像機收集到的數據傳送到環網設備，并在環網設備進行轉換，將圖像顯示在視頻監控終端，監控終端進行預判和預警。

3 礦井安全監測技術

3.1 紅外傳感監測瓦斯技術

通過紅外線吸收光譜的原理可用紅外技術進行礦井瓦斯監測，該技術運用參比測量校正技術，同時通過雙波長和單光源進行調制，具有監測范圍廣，監測精度高等優勢，其監測范圍為0.00%～10.00%，監測誤差小于0.06%，同時該監測技術用時短，一般不超過25秒便可測得數據，且監測方便抗干擾能力強，使用該技術與安全監控系統結合，可實現自動報警，自動斷電等功能，有效保障礦井安全。

3.2 互聯網技術

隨著網絡的發展，傳輸及處理數據越來越便捷，傳輸處理速度及可靠性也大大提升，以太網技術是互聯網技術的核心，在礦井安全監測系統中以太網技術主要應用在系統的傳輸層，以太網具有很大的實用性，可快速準確的傳遞信息，如今其傳輸速度已達到10G，在礦井安全監控系統中運用該技術可靠性強，可保證預警的可靠度，避免錯誤預警的概率。

圖2 以太網示意圖

4 礦井安全監控技術及系統主要作用

國家煤礦安全監督管理局發文要求礦井必須簡歷安全監控系統，并非危言聳聽的一紙空談，眾多實踐經驗已經表明，建立礦井安全監控技術及系統對保證礦井的安全生產意義重大，其作用主要表現為：

1）礦山壓力監測及預防。通過采集巷道圍巖位移，圍巖應變，頂板離層量，聲發射能量，液壓支架工作阻力等數據，可對工作面來壓及沖擊地壓，巖爆等礦井災害進行預測和報警；

2）瓦斯事故監測及報警，通過監測巷道及工作面的單位時間瓦斯涌出量，總瓦斯涌出量等數據，來實現對瓦斯事故的預防和警報，同時在礦井容易積聚瓦斯的區域，如巷道上隅角等通風不暢位置要加強監測，避免發生局部瓦斯積聚引起的瓦斯爆炸；

3）粉塵、煤塵濃度監測。井下作業容易產生粉塵、煤塵，而工作面及巷道空間狹小，如果通風不暢很容易造成粉塵積聚，井下粉塵、煤塵不僅嚴重危害工人身體健康，同時，煤塵達到一定濃度時還會發生煤塵爆炸事故，因此監測井下粉塵、煤塵濃度可對該類事故做到預警，同時可對工作環境粉塵治理提供依據，保障工人身體健康；

4）火災監控。監控環境溫度、溫差、煙霧等，通過控制井下風門，調節風壓來實現火災控制；

5）水害防治。通過監測巷道圍巖單位時間涌水量及圍巖水壓力，來預測突水災害，實現對其防范和預警。

6）其他相關安全數據。如風壓、風量，其他有害氣體，電力系統電壓等。

5 存在的問題及發展趨勢

5.1 目前存在的問題

近年來，雖然礦井安全監控技術及系統在各大礦區得到了廣泛應用，并對指導礦井安全高效生產起到了重要作用，但不可忽視，目前我國礦井安全監控技術及系統尚有許多問題需要解決。

1）智能傳感器性能差。傳感器作為礦井安全監測技術及系統的“一線主力”構件，可以說其性能的好壞，直接決定了安全監測系統的工作性能，而目前我國生產的傳感器存在使用壽命短，不精確，易受干擾等缺點，與國外相比還有很大差距。

2）通信協議不規范。由于井下傳感器及安全監測程序的生產廠商較多，且目前針對該類產品及軟件的設計，沒有一個統一的通信協議，導致不同廠商生產的產品在軟件層次互不兼容，這嚴重制約了礦井安全生產監測系統的發展。

3）系統智能化尚待提高。人工只能的發展促使各個行業得到了突飛猛進的發展，而礦井安全監測系統仍處在初級人工智能階段，其對數據的采集、處理及研判都缺乏現階段的高級人工智能，一些新的算法和程序也有待在礦井安全監測系統中應用。

4）井下人員整體素質較低。雖然，礦業類高校為我國各大礦區培養了大批的煤炭類高校畢業生，但整體而言礦山井下生產人員整體素質仍然較低，對于一些智能化的設備缺乏相關知識，不能較好的應用，如傳感器安裝位置及質量有誤等時有發生，因此進一步提高礦井作業人員整體素質也是當務之急。

5.2 發展趨勢

隨著計算機技術及工業電子技術的發展，越來越多的高科技技術及設備將會被應用在礦井安全監控技術及系統中，如發展系統基于開放式互聯模型的主站-分站集散式結構，開發專家診斷、專家決策系統軟件，提高分站、傳感器、斷電儀、電源等單元性能，通過一系列技術及措施，進一步提高礦井安全監控技術及系統的可靠性，進一步降低礦井生產的安全風險。

6 結 語

礦井安全監控系統是礦井安全避險“六大系統”之一，對礦井安全生產起著重要作用。本文從礦井安全監控技術系統的基本組成和原理出發，探討了其組成結構，數據傳輸方式，技術原理，并在此基礎上提出了目前我國礦井安全監控系統存在的問題，以及未來發展趨勢，并認為可從互聯網、設備、人員等角度全方位的提升礦井安全監控系統的可靠性和準確性。