關于王坪煤礦安全監測監控系統的設計研究

高天元

（同煤集團朔州朔煤王坪煤電公司，山西 朔州 038300）

在煤礦的運營過程中，安全監測監控系統不僅需要實時監測煤礦的運行狀況，更需要對頂板、水災、瓦斯等事故進行預測，有效地避免事故的發生或者降低事故的損失。但是當前王坪煤礦現行的監測系統卻無法準確地獲悉這些關鍵信息，存在大量的問題。在新時代的背景之下，為了從根本上為企業的安全生產保駕護航，提高企業的競爭力，傳統煤炭能源企業的安全監控系統急需進行新的應用轉型升級，設計新型的安全監測監控系統迫在眉睫。

1 王坪煤礦監控系統存在問題

同煤集團朔州煤電王坪煤電公司井田位于山西省朔州市懷仁縣西南30km 處，行政隸屬懷仁縣新家園鎮管轄。該礦公路交通四通八達，生產規模180 萬t/a。安全生產為該礦一致認同的目標，為了盡可能地避免安全問題的出現，煤礦采用了安全監控系統。該礦所采用的安全監測監控系統雖然可以對地下礦井中種種數據進行收集、上傳以及分析，有效地降低了災害以及毒氣對井下工作產生威脅的可能性，但目前仍存在一些問題：

（1）存在的干擾強。井下工作，空間有限，電場、磁場對傳感器影響較大。監控設備抗干擾能力不強，傳輸信號較弱，導致數據不能及時上傳至系統。

（2）效率低。監控監測系統使用傳感器收集參數，數據需要經過井下分站傳輸至地上主機，如此一來有效數據不足20%，這將會對監測監控系統數據的實時性造成影響。

（3）利用率低。采集的大多數數據沒有得到很好的利用，無法實現對數據的有效分析。

（4）系統硬件老舊。管理工作開展較慢，設備升級慢，這種問題存在于我國目前大多數的煤礦安全監控系統中。

（5）人員的專業化程度不高。煤礦信息監控系統是一種專業的管理操作，需要一定的知識水平才能發揮其最大價值。但是，在各種因素的影響下，員工的業務水平很不平衡。

綜上所述，造成系統工作效率不高的最主要因素可以歸結為：采集數據不及時，對關鍵影響因子的分析不到位，造成采集數據體量龐大但分析效果不佳，分析完問題后指令下達過程繁瑣。因此，針對于該礦的現狀，提出了一套新型安全監測監控系統的設計方案。

2 新型安全監測系統的設計方案

2.1 安全監測監控系統工作流程

新的監測監控系統首先應該分析國內外已發生的煤礦事故的原因，找出造成事故的關鍵因素，對其進行準確的實時檢測。如造成瓦斯事故的主要因素是井下一氧化碳、甲烷等含量的超標，所以需要將已有的設備進行更新，選擇新型的傳感器來保證數據的準確性。煤礦安全監測監控系統建設不僅需要大數據的加持，其對設備以及信息傳輸的方式等方面也提出了更高的要求，該系統的搭建是一個行業綜合實力的體現。該礦設計的煤礦安全監測系統的硬件組成如圖1 所示。

圖1 監測監控系統的硬件組成圖

將收集的各煤礦安全參數，集中至該礦的安全監控系統的大數據庫中，并將大數據庫備份至各個分系統的監控分站中。為了實現信號的實時性，將圖1 中各環節通過光纖進行聯接。其系統的具體工作過程是：井下傳感器可以全天不間歇的工作，根據各分系統的具體設置，監測井下的各個重要參數，把監測到的數據實時地傳遞給上級的安全監控分站，分站將采集的數據中大部分無用數據進行過濾，將部分重要數據進行保留，同時與已備份的安全大數據參數進行對比。對比的結果以及采集的重要數據包，會通過工業以太網上傳至地面，到達監控主機。主機接收信號，在更完善的計算機算法之下，對其進行核實。如果數據確實超出了安全范圍，立即啟動備用信號線，即主機直接將命令下達至監控分站，分站采取停機、報警等方法，同時將故障或者報警說明，以文檔的形式傳至安全礦長。主機還會將故障、事故的原因、位置等信息以及必要的處理方式傳給該負責部分的工作人員，指導撤離或者解決問題。

該礦設計的安全監控系統，通過先進設備（如傳感器等）的加持，可將數據實時采集，分站進行處理，并且將有效信息以及預測上傳，地方對其進行自動分析。一旦出現問題由主機直接下達指令，設備快速做出反應，并且將數據傳給工作人員和安全領導，方便各方人員及時作出反應。同時根據系統提供的解決方案或者撤退路線，可以有效地對問題進行處理，大大節約了信息傳達以及分析問題的時間，為井下人員、設備的安全提供了可靠的保障。該礦設計的安全監控系統可以有效地解決目前煤礦安全系統普遍存在的問題，真正意義上發揮了煤礦安全監控的作用。

2.2 安全監測監控系統的組成

新的監測監控系統通過大數據、計算機、信息傳輸等技術，建立關于整個礦井包括井上井下的環境、人員以及設備安全的監測監控系統，達到預測事故災害、增強煤礦安全生產能力、提高企業處理應急事件能力等作用。為了更好地實現系統的功能，該礦將安全監測監控系統分為9 個分系統，系統的具體組成如圖2 所示。

圖2 安全監測監控系統的分系統圖

結合王坪礦的實際情況，將安全監測監控系統分為：井下防水監測監控系統、礦壓安全監測系統、空氣監測系統、設備運行監測系統、井下工人位置狀態監測系統、生產安全監測系統、輸送監測系統、環境監測系統（年降水量等，影響井下防水工作開展）以及煤礦自動化監測系統。每個分系統會按照圖1 中的系統流程進行工作，有一套圍繞實際以及參數采集的裝備，每個系統將處理后的數據資料都匯總到煤礦的大數據庫中，為煤礦的安全工作提供數據資料，為今后的工作開展提供可參照的依據。

3 結論

煤企在新時期下面臨著新的挑戰，為了保持快速穩定發展態勢必須將現有的煤礦安全監測監控工作進行升級，解決現有系統存在的問題，結合時代的產物如大數據、互聯網等，將全國煤企進行串聯，實現信息的互通，將煤礦生產過程中出現的問題事故等進行數據分析，為今后煤礦的安全生產提供數據的支持。王坪礦設計的新型安全監測監控系統就是要充分發揮大數據的作用，分析各環節的關鍵點，作為本礦監測的中心，通過數據來對本礦的安全進行監測與控制，實現實時的監測，做到即時的動作，保證礦井的安全生產，同時也可以為其他礦在監控系統改革方面提供依據。