煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及智能化發(fā)展研究

【摘要】? ? 要提升煤礦機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中的安全監(jiān)督效果，保證煤礦生產(chǎn)安全，就要利用先進(jìn)的安全控制系統(tǒng)，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)作為煤礦生產(chǎn)中的重要設(shè)備，不僅可以人力解放，提升化煤礦機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，還可以實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的監(jiān)督，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)以信息技術(shù)、定位技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)，隨著智能技術(shù)的發(fā)展，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)也朝著智能化的方向而發(fā)展，本文主要探討煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及智能化發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】? ? 煤礦? ? 安全監(jiān)控系? ? 現(xiàn)狀? ? 智能化發(fā)展

引言：

煤炭屬于不可再生資源，采集過程中危險因素很多，極易發(fā)生塌落、爆炸等，從而給施工人員的生命安全帶來極大隱患，同時由于其生產(chǎn)危險系數(shù)大導(dǎo)致安全生產(chǎn)管理加大，不管是煤炭生產(chǎn)的哪一個環(huán)節(jié)，都確保安全生產(chǎn)，保證每一道工序的連續(xù)性，確保挖掘、采煤、運(yùn)輸?shù)人泄ぷ鳝h(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，所以要加強(qiáng)生產(chǎn)全程的監(jiān)控，應(yīng)用安全監(jiān)控系統(tǒng)可以提升煤炭生產(chǎn)的安全性，通過全程化的監(jiān)督，可有效避免安全事故的發(fā)生，控制安全隱患，提升了煤礦生產(chǎn)的安全性和效率。

一、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)在我國很多礦區(qū)都配備了安全監(jiān)控系統(tǒng)，作為生產(chǎn)安全的監(jiān)控系統(tǒng)，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)防范、減少煤礦安全事故方面發(fā)揮重要的價值，通過監(jiān)控、預(yù)警等功能，保證了煤礦生產(chǎn)的安全。當(dāng)下智能技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨于成熟，為了提升煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、靈敏性，優(yōu)化其功能，提升煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，國家明確提出了要提升煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的要求，并對其技術(shù)指標(biāo)、功能進(jìn)行了明確要求，意在促進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化的發(fā)展。傳統(tǒng)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在可靠性、安全性、功能性等都存在一定缺陷，對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行了升級和改造。眾所周知，安全工作是煤礦的重中之重。如何做好煤礦安全監(jiān)控工作更是受到社會各界的關(guān)注，安全生產(chǎn)不僅關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益還關(guān)系著工作人員的生命安全。因此說煤礦生產(chǎn)管理需要不斷尋求新的發(fā)展，并要積極利用科技發(fā)展采用智能化安全監(jiān)管系統(tǒng)。

（一）傳感層技術(shù)現(xiàn)狀

傳感器技術(shù)的應(yīng)用主要存在誤報、漏報、瞬間大值、失效等，等相關(guān)穩(wěn)定性與可靠性的問題，因此有必要對傳感器的防護(hù)等級進(jìn)行提升，目前傳感器的最低防護(hù)等級為IP65，保證了傳感器在潮濕、遇水的環(huán)境下仍然可以正常運(yùn)作，保證其核心元件不受水汽影響;在信息化建設(shè)環(huán)境下，礦井設(shè)備增多，井下環(huán)境電磁環(huán)境紊亂，傳感器、輸電路極易受到強(qiáng)磁的干擾，從而極易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、通信不良等現(xiàn)象，對傳感器的輸出接口也進(jìn)行了升級，保證其最低標(biāo)準(zhǔn)在RS485 /CAN，同時利用CRC加密校驗(yàn)技術(shù)將信號干擾問題進(jìn)行了解決;對傳感器的輸入端，用TVS 管端口防護(hù)技術(shù)、電氣隔離技術(shù)、濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)等，解決了傳感器受到二級電磁干擾的問題，提升了傳感器的抗電磁干擾性能，保證傳感器在井下可以穩(wěn)定運(yùn)作; 設(shè)置規(guī)范化的數(shù)字化通信接口，實(shí)現(xiàn)了傳感器的分級報警、故障診斷等功能，通過對傳感器的電路元件進(jìn)行升級，增加了電壓監(jiān)測、故障檢測、噪聲異常檢測等功能;目前具有線性自動校正功能的可調(diào)節(jié)二極管激光吸收光譜技術(shù)激光甲烷傳感、無線甲烷傳感器應(yīng)用效果好，且精準(zhǔn)性高，其中激光甲烷傳感可以對甲烷濃度可以進(jìn)行線性報警，準(zhǔn)確性極高。

（二）傳輸層技術(shù)現(xiàn)狀

目前總線型分站的采集功能進(jìn)行了升級，由模擬量采集升級為多路總線采集，其功能有以下幾點(diǎn)：對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、快速報警、快速控制，現(xiàn)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)總線型分站有7路總線功能，其中4路負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)。其中的主要元件無線信號轉(zhuǎn)換器，可以直接接入礦井總線傳感器線纜上，通過井下有線和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)線路的靈活配置;區(qū)域協(xié)同控制器以嵌入式處理系統(tǒng)為載體，通過有線、無線的集中采集，可以根據(jù)井下環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行、人員等進(jìn)行安全預(yù)判，同時還可以處理突發(fā)事故，達(dá)到事前控制的目的。區(qū)域協(xié)同控制器與多個接口，具有交換機(jī)的功能，適應(yīng)環(huán)網(wǎng)相切、星型等多種結(jié)構(gòu)，且網(wǎng)絡(luò)重組用時短。其中對變壓器也進(jìn)行了升級，當(dāng)交流電處于85 ～ 900 V之間設(shè)備也可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，且操作靈活，不用切換抽頭，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時、遠(yuǎn)程的監(jiān)控，保證操作員及時了解電源箱的運(yùn)行情況，設(shè)備升級后可以了解到續(xù)航時長，同時續(xù)航時長也被提升，電源箱的重量也變小，維修維護(hù)更加方便。

（三）應(yīng)用層技術(shù)現(xiàn)狀

以往的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能為基礎(chǔ)功能，如數(shù)據(jù)監(jiān)測、日報查詢、操作控制等，對系統(tǒng)進(jìn)行升級后，對地面中心站的功能進(jìn)行了提升：首先，報警、斷電控制功能更加靈敏，可以結(jié)合瓦斯?jié)舛取⒆兓⒊掷m(xù)時長、分布范圍進(jìn)行不同等級的預(yù)警，可以實(shí)現(xiàn)分級分區(qū)的報警，對報警區(qū)域可以實(shí)時區(qū)域斷電，不影響其他礦井的生產(chǎn)。其次，對網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)進(jìn)行了融合應(yīng)用，井下融合成本高，難度大，新的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)以地面融合為主，對原有系統(tǒng)的運(yùn)行方式?jīng)]有進(jìn)行改變，通過融合層，借助數(shù)據(jù)庫等技術(shù)完成監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、報警系統(tǒng)的信息共享和協(xié)同執(zhí)行。再次，對系統(tǒng)進(jìn)行升級后，完成了故障自斷、自動評估等功能，通過這一功能，可以高效完成煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的維修、調(diào)整、優(yōu)化。最后，通過對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級，完成了不同系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超限、斷電情況后，監(jiān)控系統(tǒng)中心可以結(jié)合廣播、無線通信、人員定位等系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急撤離。

二、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化發(fā)展

（一）新傳感技術(shù)及智能化發(fā)展

1.分布式激光甲烷監(jiān)測技術(shù)

煤礦礦井的瓦斯監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量有限，傳統(tǒng)瓦斯監(jiān)測技術(shù)采集數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)，利用分布式激光甲烷監(jiān)測技術(shù)，通過其可調(diào)節(jié)的激光吸收技術(shù)，結(jié)合光路空分復(fù)用技術(shù)，通過激光引入自動校正系統(tǒng)，可以完成礦井中瓦斯的精準(zhǔn)監(jiān)控，解決傳統(tǒng)傳感器不能長時間作業(yè)的問題，降低，分布式激光甲烷監(jiān)測技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)8路氣室的同步監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測需求，可以擴(kuò)大監(jiān)測面至兩倍，監(jiān)測范圍大大提升，同時響應(yīng)時間也大大縮短，可以實(shí)現(xiàn)瓦斯的同步監(jiān)測，可以提升安全預(yù)警能力。

2.高分辨率激光痕量監(jiān)測技術(shù)

對于礦區(qū)而言，會有自然火災(zāi)的隱患，以往技術(shù)采用束管監(jiān)測系統(tǒng)，但是監(jiān)測效果有待提升，將智能技術(shù)應(yīng)用在其中，可以應(yīng)用高分辨率激光痕量測量技術(shù)，應(yīng)用新型的安全在線監(jiān)測傳感器，實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)采空區(qū)氣體的實(shí)時測量、監(jiān)控、處理，縮短了火災(zāi)的搶救時長。同時，這一技術(shù)還可用于礦區(qū)環(huán)境檢測，其抗干擾性強(qiáng)，極其穩(wěn)定。

3.超聲波時差法斷面風(fēng)速監(jiān)測技術(shù)

采礦巷道通風(fēng)性不好，應(yīng)用傳統(tǒng)風(fēng)速測量監(jiān)測技術(shù)風(fēng)力計(jì)算誤差大，其存在監(jiān)測盲區(qū)，不能滿足采礦的通風(fēng)要求。應(yīng)用超聲波時差法可以對巷道的斷面風(fēng)速進(jìn)行測量，利用多線測量法結(jié)合巷道斷面數(shù)據(jù)，對風(fēng)量可以進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)風(fēng)。

4.傳感器智能技術(shù)

傳感器智能技術(shù)采用低耗能、高性能的MCU，結(jié)合數(shù)字化對傳感器的型號、版本、生產(chǎn)日期、出廠、供電信息、故障等進(jìn)行全周期的維護(hù)，同時增加了動態(tài)芯片，對傳感器的安裝位置變化等進(jìn)行了監(jiān)控。

（二）新型供電傳輸技術(shù)發(fā)展

1.分布式供電技術(shù)

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)是依靠通信電纜與分站設(shè)備進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的，但是線路分布復(fù)雜，操作不靈活，感應(yīng)效能也較差，可以對負(fù)載動態(tài)、電能拾取裝置小型化技術(shù)加大研究，礦井分布式非接觸供電系統(tǒng)供電可靠性增強(qiáng)、遠(yuǎn)程供電能力增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)可靈活的線路接入，其應(yīng)用了電力載波傳輸技術(shù)，提升了信號強(qiáng)度，電力荷載也有所提升。

2.一體化采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以完成井下系統(tǒng)的融合，通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)將系統(tǒng)進(jìn)行融合，借助廠家提供的線路接口，可以完成大量數(shù)據(jù)的儲存，減少了數(shù)據(jù)的中間處理環(huán)節(jié)，提升了數(shù)據(jù)處理效率。

（三）系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用趨勢

1.對監(jiān)測數(shù)據(jù)的充分利用

監(jiān)控系統(tǒng)需要對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)模型從不同角度了解瓦斯的分布、濃度等情況，通過異常數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)事前的預(yù)防，而不是單純的事故后處理，監(jiān)控的價值就體現(xiàn)于此。結(jié)合分布式多點(diǎn)激光甲烷監(jiān)測技術(shù)可以完成對礦井瓦斯?jié)舛取⒎植迹锏里L(fēng)速的測量，建立固定時間段內(nèi)瓦斯的變化發(fā)展模型，從而了解瓦斯變化規(guī)律，做好安全預(yù)警工作，針對礦井外的火災(zāi)，對CO2、溫度、煙霧等利用傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立火災(zāi)模型，從而做好火災(zāi)預(yù)防、逃亡等，在發(fā)生煤自燃火災(zāi)時，用高分辨率激光痕量檢測技術(shù)檢測的煤自燃情況，進(jìn)而建立模型。

2.加強(qiáng)生產(chǎn)和系統(tǒng)協(xié)同管控

目前的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)還未能實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)的協(xié)同管控，很多因素都會導(dǎo)致生產(chǎn)中斷。安全和高效生產(chǎn)仍然不能同時實(shí)現(xiàn)，因此要積極用預(yù)警技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

三、結(jié)束語

綜上所述，智能化煤礦企業(yè)的建設(shè)對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性要求日益提高，把握未來技術(shù)發(fā)展的核心需求具有重要意義。對于煤礦企業(yè)工程技術(shù)人員來說積極總結(jié)安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對于提升煤礦安全監(jiān)控能力將有著極其重要的意義，今后煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用將會更加廣泛和有效，要充分發(fā)揮科技在煤炭生產(chǎn)應(yīng)用中的價值，應(yīng)用智能技術(shù)將進(jìn)一步促進(jìn)煤炭智能化安全生產(chǎn)。

作者單位：李敏? ? 山東能源集團(tuán)兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦信息中心

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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