煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題分析

魏琛

甘肅科安礦山安全技術(shù)服務(wù)有限公司 甘肅 蘭州 730000

引言

對于本就具備高危特點(diǎn)的煤礦企業(yè)來說，安全生產(chǎn)可以說是一個(gè)永恒的重要管理內(nèi)容，隨著各種高新技術(shù)的升級發(fā)展和普遍應(yīng)用，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在采煤生產(chǎn)作業(yè)中得到普遍應(yīng)用，也在為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持的同時(shí)，也的確為煤礦生產(chǎn)提供了一定的安全保障，但是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在一些不足之處，對煤礦整體生產(chǎn)系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮造成了一些妨礙，因此相關(guān)人員很有必要全面分析和梳理煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題及其相應(yīng)的改善策略，以便更好地推動(dòng)煤礦行業(yè)的健康發(fā)展[1]。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在我國煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過程中有著非常重要的應(yīng)用作用，特別是我國針對煤礦安全生產(chǎn)過程中存在的各種問題進(jìn)行監(jiān)管和治理的過程中，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用和意義得到了極大水平的發(fā)揮，這也是我國煤礦安全生產(chǎn)進(jìn)步的重要機(jī)遇[2]。隨著我國與煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)的各項(xiàng)政策法規(guī)的不斷完善，多種與煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)的指導(dǎo)意見都指明了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對于煤礦安全生產(chǎn)的意義和重要作用。因?yàn)槲覈拿旱V數(shù)量較多，對于安全監(jiān)控系統(tǒng)的需求和功能有著豐富多樣的要求，使得煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)在這個(gè)過程中得到了快速的發(fā)展。在這種大背景下，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)類產(chǎn)品的功能和整體水平得到有效的擴(kuò)充和提升。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)過一段時(shí)間的快速發(fā)展，我國的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)整體水平有了飛速的進(jìn)步。曾經(jīng)完全依賴國外技術(shù)的安全監(jiān)控系統(tǒng)落后狀態(tài)被打破，無論從硬件設(shè)備還是軟件開發(fā)都逐漸實(shí)現(xiàn)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)產(chǎn)品。但與發(fā)達(dá)國家仍然存在一定的差距在產(chǎn)品功能層面仍然有較大的進(jìn)步空間。

2.1 誤報(bào)率居高不下

隨著我國煤礦行業(yè)的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，越來越多的自動(dòng)化技術(shù)開始應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)過程中，越來越多的設(shè)備在井下得到了廣泛的應(yīng)用，隨著電氣電子設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量逐漸增加，這些設(shè)備在工作的過程中彼此之間產(chǎn)生了較為明顯的影響，對于整體監(jiān)控系統(tǒng)帶來的影響也較為突出，常常出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致觸發(fā)錯(cuò)誤的報(bào)警甚至引發(fā)嚴(yán)重的系統(tǒng)故障等多種不同類型的問題。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸效率低下

當(dāng)前我國大多數(shù)煤礦礦井所使用的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)單一的網(wǎng)絡(luò)形式轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)以太網(wǎng)結(jié)合CNN總線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過中心控制站點(diǎn)對于其他分站進(jìn)行必要的巡檢轉(zhuǎn)變成為通過CNN總線協(xié)議來進(jìn)行多個(gè)控制系統(tǒng)的同步監(jiān)測和信息傳輸[3]。這有效提升了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省Ｔ谶@個(gè)過程中傳感器所收集的數(shù)據(jù)傳輸是分站所采用的信號模式都為模擬信號，這極大地影響了信號傳輸過程中的速率容量，同時(shí)抗干擾性能較差。

2.3 智能化水平較低

首先，安全監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)前的數(shù)據(jù)辨識和過濾能力仍然處于較為簡單的階段，這使得在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的過程中無法準(zhǔn)確判斷故障類型不能夠在較短的時(shí)間內(nèi)處理系統(tǒng)故障[4]。其次數(shù)據(jù)收集過程中不能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，具體的應(yīng)用過程中無法對瓦斯以及火災(zāi)等相關(guān)事故進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)警，不能夠?qū)⑾到y(tǒng)的事故預(yù)防能力得到有效的發(fā)揮。最后安全監(jiān)控系統(tǒng)自身的集成化水平不足，針對煤礦系統(tǒng)所需要的人員定位以及瓦斯監(jiān)控等相關(guān)智能應(yīng)用水平較低，無法進(jìn)行有效的資源共享。

3 監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的問題

3.1 抗電磁干擾性能差

如果不考慮人為因素當(dāng)前安全監(jiān)控系統(tǒng)中導(dǎo)致電磁干擾問題較為嚴(yán)重的主要原因是在煤礦井下系統(tǒng)安裝了越來越多的大功率，高電壓設(shè)備，這些設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾會導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)誤報(bào)警問題[5]。因?yàn)檫@些較大工作電壓以及裝機(jī)功率較高的設(shè)備在井下狹小的空間內(nèi)運(yùn)行時(shí)會對安監(jiān)設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁影響，導(dǎo)致安監(jiān)設(shè)備的誤報(bào)警率出現(xiàn)了大幅上升。在設(shè)計(jì)生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備的過程中沒有對這種情況進(jìn)行充分的考量。現(xiàn)在好多高壓設(shè)備都采用變頻啟動(dòng)的功能，還考慮變頻系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的影響。

3.2 傳感器功能較弱

傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組成部分，提供了核心的監(jiān)控功能。這些傳感器是否能夠長期處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)對于安監(jiān)系統(tǒng)的作用發(fā)揮有著非常重要的影響[6]。當(dāng)前我國的安全系統(tǒng)中所采用的傳感器多為載體催化元件，這些元件使得傳感器的工作穩(wěn)定性以及使用壽命都不如國外先進(jìn)的傳感器設(shè)備，這對于安監(jiān)過程中的監(jiān)控準(zhǔn)確有著直接的影響。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸方式有待擴(kuò)展

當(dāng)前我國煤礦的安監(jiān)系統(tǒng)的傳輸方式得到了一定程度的升級，有效地提升了主傳輸通道的速率和容量，但傳感器與監(jiān)控分站之間的數(shù)據(jù)傳輸仍然存在一定程度的限制，使其傳輸速率以及傳輸過程中的可靠性仍然處于較低的水平。

3.4 設(shè)計(jì)制造水平較低

我相關(guān)部門提出的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行已經(jīng)超過了10年，因?yàn)闆]有對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的改動(dòng)和升級使得該技術(shù)要求下的監(jiān)控系統(tǒng)性能指標(biāo)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的要求，這使得我國煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及制造仍然處于較為落后的水平。

4 安全監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化

通過對我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的不斷升級，除了能夠有效提升我國煤礦安全生產(chǎn)的整體水平同時(shí)也能夠?qū)ξ覈纳鐣l(fā)展以及資源的可利用可持續(xù)發(fā)展能力提供了重要的作用。為了有效提升煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)水平就需要不斷對安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造和升級，加強(qiáng)煤礦生產(chǎn)過程中的監(jiān)控水平，杜絕煤礦企業(yè)存在的各類安全隱患，同時(shí)制定相應(yīng)的解決方案來抑制安全事故所造成的破壞和影響。

4.1 人員培訓(xùn)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是促使煤礦安全生產(chǎn)得到有效保障的重要系統(tǒng)，所以對參與操作監(jiān)控系統(tǒng)的工作人員進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)是有必要的，也是保證煤礦安全工作能夠高質(zhì)量開展的前提條件。企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期組織專業(yè)人員對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查，對于不符合煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)要求的產(chǎn)品要進(jìn)行改造或者替換。同時(shí)要不斷提升監(jiān)控系統(tǒng)工作人員的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)，保證符合要求的工作人員持證上崗。

4.2 抗電磁干擾能力的提升

為了能夠有效地提升安全監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾性能，安全監(jiān)控系統(tǒng)的廠商應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對不同場景條件下的變頻器選擇問題，要通過全面的測試來對系統(tǒng)的抗電磁干擾能力進(jìn)行加強(qiáng)，通過對變頻器的研究工作來對變頻器工作狀態(tài)下周邊電磁環(huán)境對其產(chǎn)生的影響進(jìn)行有效的分析，依據(jù)干擾來源的特性和分布來對傳感器的電路布局以及外殼進(jìn)行改進(jìn)，使得監(jiān)控系統(tǒng)所使用的傳感器能夠具備較好的抵抗脈沖電涌帶來的干擾。保證系統(tǒng)傳感器具備抵抗靜電干擾三級以及抵抗電磁輻射干擾評價(jià)等級A級的能力。

4.3 傳感器的技術(shù)選型

為了能夠保證煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，就需要使用性能較好的傳感器。先進(jìn)的監(jiān)控傳感器不僅能夠有效的提升設(shè)備的工作穩(wěn)定性同時(shí)還能夠降低對人工維護(hù)的依賴。

4.3.1 激光甲烷傳感器。采用激光甲烷傳感器其核心原理是通過光譜吸收來對甲烷氣體濃度進(jìn)行有效測量，相比較傳統(tǒng)的催化式甲烷傳感器，激光甲烷傳感器具備更好的測量精度以及抗干擾能力，不需要通過定期的糾正就可以保證該傳感器能夠長期工作。

4.3.2 無線傳感器。采用無線傳感器是利用無線網(wǎng)絡(luò)將傳感器所采集的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)分站進(jìn)行傳輸。采用這種傳感器能夠改善在井下環(huán)境中需要移動(dòng)位置的監(jiān)控活動(dòng)。采用無線傳感器能夠降低傳統(tǒng)人工移動(dòng)傳感器過程中所產(chǎn)生的各類問題所導(dǎo)致的警報(bào)誤觸現(xiàn)象，同時(shí)因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)傳輸使得設(shè)置傳感器時(shí)降低了對線纜的依賴，減少資金投入的同時(shí)也降低了對人工維護(hù)的依賴程度。

4.3.3 自診斷型傳感器。通過采用診斷傳感器能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的相關(guān)組件進(jìn)行故障判斷同時(shí)對故障位置進(jìn)行精確的定位。這對于監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)起到了非常重要的幫助作用，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成故障類型的判斷并解決故障。

4.3.4 多參數(shù)型傳感器。該傳感器內(nèi)部包含了多種敏感元件，能夠同時(shí)對多個(gè)測量目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。同時(shí)因?yàn)槠潴w積較小能夠適用于多種不同場景的信息采集工作。

4.4 數(shù)字通信應(yīng)用

在完成安監(jiān)系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)升級之后，還需要對分站以及傳感器和分站之間的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)通，針對分站以及傳感器之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系通常采用CNN總線來進(jìn)行連接，就是一種具備實(shí)時(shí)通信功能的協(xié)議總線，擁有較強(qiáng)的尋址功能和校驗(yàn)?zāi)芰Γ傮w的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力較為可靠。因?yàn)樵摽偩€系統(tǒng)具備仲裁機(jī)制，所以在出現(xiàn)多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行信息發(fā)送的過程中，能夠通過仲裁機(jī)制進(jìn)行優(yōu)先級判斷，較為高效地解決了信息沖突和碰撞情況。通過采用CAN總線，使得煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)具備了多并發(fā)主動(dòng)上傳的數(shù)據(jù)傳輸模式。在井下使用該總線模式能夠避免了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程中需要的上位機(jī)輪詢機(jī)制，能夠在較短的時(shí)間完成數(shù)據(jù)的傳輸過程。同時(shí)保證了分站具備了異地?cái)嚯娔芰Γ恍枰衔粰C(jī)就能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換過程，使得異地?cái)嚯姇r(shí)間得到了大幅度縮短，有效地控制了成本投入。

4.5 提升系統(tǒng)智能化水平

通過在監(jiān)控系統(tǒng)中引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)內(nèi)的大多數(shù)設(shè)備具備了自動(dòng)診斷能力，這種能力來源于對監(jiān)控設(shè)備所設(shè)計(jì)的激勵(lì)函數(shù)機(jī)制，通過狀態(tài)和類型的查詢和判斷，完全在自動(dòng)診斷過程中。通過在設(shè)備中設(shè)計(jì)過程中模擬生產(chǎn)環(huán)境中各類不同設(shè)備的故障來開展試驗(yàn)。對于設(shè)備中存在的各類問題和故障提供對應(yīng)的解決方案。對于傳感器中可能存在的供電問題，元件故障問題，外圍器件故障問題等進(jìn)行精確的判斷，使得系統(tǒng)具備了完善的自動(dòng)診斷機(jī)制。

4.6 加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析能力

監(jiān)控系統(tǒng)引入了大數(shù)據(jù)技術(shù)之后，極大地提升了系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)方面的能力。不僅有效解決了系統(tǒng)中存在的無效數(shù)據(jù)的過濾問題，有效降低了無效數(shù)據(jù)對于系統(tǒng)邏輯的錯(cuò)誤引導(dǎo)，避免了出現(xiàn)誤報(bào)警情況。同時(shí)能夠?qū)Νh(huán)境中的瓦斯以及火災(zāi)等險(xiǎn)情進(jìn)行提前預(yù)測，并依據(jù)瓦斯?jié)舛鹊乃揭约俺迺r(shí)間，范圍來對應(yīng)多種不同的警報(bào)級別。通過將人員定位以及廣播通信等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有效的融合，使得系統(tǒng)中包含的人員定位，通信和廣播實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能。

4.7 監(jiān)控系統(tǒng)功能擴(kuò)充

監(jiān)控軟件通常以S/B結(jié)構(gòu)為主，只需要在不同的終端設(shè)置相應(yīng)的IP地址就能夠?qū)⒏黝愒O(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和查閱，甚至能夠通過這種操作完成系統(tǒng)設(shè)置的功能。通過使用GIS技術(shù)，能夠?qū)⒌貓D和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合，然后再經(jīng)過加密傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)的評估診斷工作，使得整個(gè)系統(tǒng)的智能化水平得到有效的提升。

5 結(jié)束語

保證安全生產(chǎn)是煤礦企業(yè)經(jīng)營管理的中的首要任務(wù)，煤礦企業(yè)對于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，在煤礦安全生產(chǎn)方面能夠造成深遠(yuǎn)影響，全面分析并有效解決目前煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)中仍然存在的不足問題，有利于進(jìn)一步促進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化升級，對于煤礦行業(yè)的長期發(fā)展也有一定助益，因此，煤礦企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)高度重視對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究和創(chuàng)新。