礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實踐

王晉宏

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽煤礦分公司，山西晉城 048003）

煤炭資源在開采過程中，由于井下作業(yè)環(huán)境復雜，隨時面臨瓦斯、粉塵、水火及頂板災害事故。井下采掘作業(yè)的監(jiān)測監(jiān)控對于保障礦井安全生產有著積極的作用，不僅可以在第一時間發(fā)現事故隱患，還有助于煤炭開采效率的提升[1]。傳統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要具備“監(jiān)測”和“控制”功能，集傳感、通信、遠程控制為一體，具有多設備、多型號、多端口的龐大特點[2]。監(jiān)控系統(tǒng)作為煤礦六大系統(tǒng)之一，所連接設備眾多，傳統(tǒng)的連接電纜需要用到較多的中繼器，在增加硬件投入成本的同時，降低了信息的傳輸效率。因此利用無線信號進行網絡傳播的監(jiān)控系統(tǒng)升級改造勢在必行。

1 礦井監(jiān)控系統(tǒng)的組成及監(jiān)控對象

目前煤礦常用的監(jiān)控系統(tǒng)大多采用分頻信號模擬，視頻、音頻、數據等信息相互獨立，通過各自的頻段模擬錄入系統(tǒng)分析。如圖1所示，由于信號處理為各個獨立設備，所以信號傳遞效率較低[3]。

圖1 傳統(tǒng)礦井監(jiān)測系統(tǒng)單元示意圖

礦井監(jiān)控系統(tǒng)通過信息自動化的傳輸，完成安全監(jiān)控、通信控制、生產調度等任務，為保證系統(tǒng)以太網平臺的安全可靠、運行穩(wěn)定，設備的生產商需要擁有煤安認證資質。監(jiān)控系統(tǒng)的有效建立可以對礦井生產數據進行實時監(jiān)測，為事故的預防及應急處理提供基礎數據的支撐作用[4]。

在構成方面，監(jiān)控系統(tǒng)主要由生產調度中心、自動化監(jiān)控網絡、顯示系統(tǒng)、人機定位系統(tǒng)四部分構成，其中生產調度中心作為是監(jiān)控系統(tǒng)心臟，是完成調度指揮執(zhí)令的核心平臺。調度生產中心可分為硬件和軟件系統(tǒng)，硬件包括如圖2所示的各類傳感器、監(jiān)視器，軟件則為對采掘工作面、各個巷道通過以太網及軟件的數據分析。硬件設施將信息數據傳輸到監(jiān)控中心，從而方便管理人員實現對全礦井機械設備運轉情況的掌握，有效預防和處理各種事故災害。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)數據采集示意圖

由于井下生產環(huán)境復雜，并且存在瓦斯、粉塵等有毒有害氣體，因此選用的監(jiān)測監(jiān)控設備必須具備故障閉鎖功能。設備正常運行期間保持自動閉鎖，一旦有故障發(fā)生可以在第一時間自動斷電。

2 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的升級與布置

由于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存在信號傳遞不及時、設備雜亂、單一組成單元使用頻率低的情況，筆者通過對相關文獻的查閱發(fā)現，光線網絡傳輸具有延遲短、耐用性強、反應靈敏得多特點，可以在遇到突發(fā)情況及時報警，可以很好地彌補本礦原監(jiān)控系統(tǒng)的不足。

2.1 系統(tǒng)簡介

新型KJ83N型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用FSK方式進行數據傳輸，擁有先進的通訊技術、網絡技術、控制技術及圖形圖象處理技術，并結合大陽煤礦煤層地質特點，針對性地升級了對有毒有害、環(huán)境溫濕度及設備運轉狀態(tài)、通風設備等參數的實時監(jiān)測。并可根據監(jiān)測數據進行自助分析，相應地調整電氣設備的工作狀態(tài)。

在3306回風順槽口對面的三采區(qū)軌膠聯(lián)絡巷內設置3306 工作面分站KJ83N(A)-F，采用不間斷電源KDW660/21B，1臺設備開停傳感器GKT5L、1臺聲光報警器KXB(A)、3臺遠動開關KDG1/127。

2.2 有毒有害氣體傳感器的布置

氣體傳感器主要用于對CH4、CO及粉塵的監(jiān)測，所有傳感器的安裝如圖3所示。傳感器在安裝方面均應做到垂直懸掛，距頂板或頂梁不大于300mm，距巷道側煤壁不小于200mm。

圖3 3306工作面監(jiān)測傳感器布置示意圖

（1）甲烷傳感器。在3306 工作面設有3 個GJC4(B)型CH4監(jiān)測傳感器，記作T1、T2、T3，三部甲烷傳感器全部與監(jiān)測監(jiān)控中心聯(lián)網，獨立安裝有轉述電氣設備的電源，總電源安裝于3306 運輸順槽鉆場機電設備下風側小于10m 處。三部甲烷傳感器安裝如表1所示。

表1 甲烷監(jiān)測傳感器安設表

（2）CO傳感器。CO傳感器共安裝有3個，記作T4-T6，安裝情況如下：T4：安裝位置：距3306回風順槽10～15m處，報警點不小于24ppm。T5：一氧化碳傳感器，安裝位置：皮帶滾筒下風側10～15m 處，報警點不小于24ppm。T6：一氧化碳傳感器，安裝位置：3306 運輸順槽鉆場機電設備下風側小于10m 處，報警點不小于24ppm。

（3）粉塵傳感器。粉塵傳感器1 臺，記作T7，安裝在3306回風順槽回風口10～15m處設置粉塵傳感器，當粉塵濃度達到4mg/m3時傳感器進行報警。

2.3 環(huán)境監(jiān)測傳感器

（1）溫度傳感器。溫度傳感器記作T8，安裝在3306回風順槽回風口15m處，為方便清理維修，盡量避免遮擋物，當溫度超過26℃時發(fā)出警報。

（2）煙霧傳感器。煙霧傳感器記作T9，安裝在3306 運輸順槽膠帶輸送機滾筒下風側15m 處，有煙霧出現則立即報警。

（3）皮帶監(jiān)測傳感器。皮帶秤主要用于對工作面煤炭產量的監(jiān)測，此次升級的電子皮帶監(jiān)測傳感器記作T10，將運用數字化和網絡傳輸技術對3306 工作面煤炭產量實施遠程監(jiān)測。

2.4 監(jiān)測監(jiān)控管理辦法

KJ83N 型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控分站的設置應以易檢性、易測性為原則，安置于專用硐室中，同時保障硐室中無滲水出現、無其他電磁設備干擾。監(jiān)控分站的安設做支架保護，支架高度距巷道底板300mm 為宜。在系統(tǒng)的管理方面主要應遵循以下幾點：①如遇監(jiān)測分站突發(fā)停電時，監(jiān)測分站的備用供電設備需保證2h 內的穩(wěn)定供電；②有關監(jiān)控分站的設備需在地面完成調校測試，在穩(wěn)定運行1～2d 后再投入井下使用；③傳感器需專人維護并進行定期調校；④所有校準資料需技術人員做好書面記錄，以備核查；⑤監(jiān)控設備在發(fā)生故障時需對事故原件進行檢修，如有必要則需更換原件，在更換完成后還需重新調校；⑥監(jiān)測分站在使用期間應保證帶電設備的外部清潔，并保持干燥，避免碰撞損傷；⑦瓦檢員負責瓦檢區(qū)域內所有監(jiān)測設備運行情況的巡查和觀察。如發(fā)現顯示數據誤差大于允許誤差、設備損壞等異常情況，立即匯報礦調度和信息中心，并做好記錄備查；⑧采煤機司機負責采煤機機載斷電儀的維護與檢測，當機載斷電儀與便攜式甲烷檢測報警儀讀數誤差大于允許誤差時，要以讀數最大者為依據采取安全措施，并在時候對誤差源進行分析。

3 人員定位系統(tǒng)

分別在3306運輸順槽、軌道順槽、回風順槽與三采區(qū)膠帶巷岔口處布置KT154-F5無線基站，3306工作面共設置11 臺讀卡分站（3306 運輸順槽4 臺、軌道順槽4臺和回風巷順槽3臺），KT154-F5無線基站信號均來自于四采區(qū)西風井變電所環(huán)網交換機，KJ681-F讀卡分站的信號、電源均來自于KT154-F5 無線基站，精確查詢統(tǒng)計所有作業(yè)點人員分布情況。還具備井下應急情況呼叫功能，當員工在井下發(fā)生緊急情況，可通過隨身攜帶的射頻卡呼叫調度中心，調度中心可以通過發(fā)送指令，呼叫井下員工，增強了抗災預警能力，讀卡分站型號與位置見表2。

表2 定位設備安置點

4 監(jiān)控效果

在3306 工作面的回采過程中，KJ83N 型監(jiān)控系統(tǒng)的應用為資源的安全開采提供了穩(wěn)定的保障，回采期間未有警報、故障的發(fā)生，通訊效率提升了40%。通過監(jiān)視掌握所有設備及系統(tǒng)所處實際運行狀態(tài)，并對相關數據進行記錄與處理，根據數據處理結果，在第一時間找出故障。

5 結束語

在礦井生產活動中，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平日益提升，為礦山的安全工作提供了更加有效的保障作用。通過J83N 型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在大陽煤礦的實際應用，該系統(tǒng)可以做到運行可靠、快速，并將井下的安全監(jiān)控、通信系統(tǒng)、生產調度等功能綜合為一體，順利地完成了3306 工作面的回采工作的要求。筆者認為，對智能監(jiān)控設備進行信號網絡化的傳輸升級將會是礦山監(jiān)控系統(tǒng)升級的主要發(fā)展方向，同時也是實現礦井安全高效生產的必經之路。