煤礦安全監控系統現場運行與維護

侯威宇

（永城煤電控股集團有限公司，河南永城 476600）

0 引言

井工煤礦作為開采難度大、危險系數高的行業之一，需要具備靈敏、可靠、完善的安全監控系統。而安全監控系統也是我國煤礦的“六大系統”之一，對保障礦井的安全運行具有重要意義。

近年來，隨著礦井安全監測技術的不斷研發與推進，越來越多的資本與技術人員更為關注這一領域，推動礦井安全監控系統的更新以及多系統集成技術日趨成熟。

提高煤礦環境有毒有害氣體監測水平一直是我國煤礦企業轉型升級的關注重點，從采用點對點的方式進行監測，發展到了單片機和計算機為主要部分的系統監控方式，而井上的計算機可以主動監測各種環境參數并進行記錄與反饋，并可以隨時調用這些數據。新技術的應用不僅提高了礦井安全監控系統的整體性能，而且對系統的安裝與日常維護提出了新的要求，使得精細化管理、高新技術、精準服務以及日常運維成為了煤礦安全監控系統運行的又一大難題。重點介紹礦井新一輪安全監控系統改造后的性能改善和現場運行維護的要點。

1 礦井安全監控系統組成

煤礦安全監控系統是礦井生產中重要的核心系統，它可以間接提高礦井的生產效率、生產水平以及日均產量，同時也可以通過各種技術的整合來提高礦井的安全監測和控制水平，從而實現信息的共享和傳遞。礦井安全監控系統具有較為完善的功能，如采集數據、存儲數據、聲光報警、自動斷電等多種功能。礦井安全監控系統由主機、傳輸線路、接口、分站、電源箱、網絡設備（交換機）、線纜、傳感器等部分組成，并以各個部件特定的功能實現控制整個監控過程。

2 安全監控系統的重要性

煤礦井下的環境十分惡劣，匯聚了地下水、瓦斯、明火、頂板以及煤塵等多種危害因素，其中瓦斯瓦斯達到一定濃度時靠近火源會引起礦井爆炸或瓦斯燃燒等事故，造成人員傷亡以及財產損失。除此之外，氧氣濃度也是安全監控系統需要密切關注的要素之一，一旦發生缺氧等情況，對于井下職工是致命的威脅。因此，必須對礦井下的瓦斯濃度以及其他有害氣體進行嚴密監測，從而減少傷亡事故的發生。礦井安全監控系統主要用于監測井下的各類有害氣體以及氧氣、二氧化碳等氣體濃度，確保礦井通風良好，具有實時監測、預測警報、自動斷電、監測通風狀態等功能，而這些信息都可以通過煤礦安全監控系統的相關傳感器監測到的信號反饋回終端數據庫，從而為系統顯示提供可靠的數據，為礦井的安全生產提供可靠的保障。

3 煤礦安全監控系統日常維護中的常見問題

3.1 傳感器與線路供電問題

由于煤礦的開采工作一般都是在地下進行，其周圍的環境條件十分惡劣，而且很容易出現地下水滲漏等極端現象。而且，采礦時會產生大量的灰塵和腐蝕性氣體，這些不良的因素都會導致傳感器、感應元件等部件氧化，出現接觸不良等問題，從而影響安全監控系統的正常工作。因此，安全監控系統在日常維護與應用的過程中，主要容易出現以下3 個問題：

（1）傳感器的工作性能不穩定。由于地下水滲入傳感器、或傳感器受到劇烈的振動、沖擊時，信號會出現失真、不穩定的情況，而且由于礦區的空間有限，傳感器安設在大型機電設備附近，在復雜的電場和磁場干擾下，會導致傳感器的工作失效。例如，在甲烷、一氧化碳等元素的充斥下，采用熱催化、電化學等方法對傳感器進行檢測，可能會出現減短壽命、零點漂移等問題，影響系統的工作穩定性。甲烷、一氧化碳傳感器安設在變壓器上方或采用擴散通風的機電硐室內，可能會受到電場、磁場以及高溫等因素干擾，導致傳感器誤報警的發生。

（2）供電線路的電源不穩定。在礦井開采過程中，由于工作環境的限制，導致安全的電力供應距離超出了傳感器的規定范圍，在這樣的情況下，會有出現供電電壓下降，導致傳感器不能正常工作，而且還會經常發生斷線。

（3）傳感器的線路受到干擾。主要發生在安全監控系統未升級改造之前的礦井生產中，對各分站之間都是采用一定的模擬信號進行單向不檢查的傳輸。然而，在此過程中，由于距離遠、抗干擾性能降低，而且會因線路的影響而產生難以辨別的問題。安全監控系統的遠程傳輸體現了抗干擾和安全性設計，經過安全監控系統升級改造后，該類問題已基本得以改善。

3.2 安全監測裝置易受潮問題

由于地下礦井的濕度過大，采掘后又會有大量粉塵存在，一般礦井會在開采工作完成后進行現場除塵、降塵的工作。這就導致礦井內回風大巷、煤倉、采煤工作面、掘進工作面等場所存在著空氣濕度大、粉塵濃度高、除塵裝置產生水霧等不利條件。傳感器、纜線接線盒長期受到水汽的腐蝕，容易出現傳感器航空插頭銹蝕、電路受潮短路、元件接頭銹蝕、傳感器工作不穩定等狀況。凝結水與灰塵的累積會導致傳感器的氣體收集口發生阻塞。

部分礦井沒有按照合理的設備選擇、建立起一個科學合理的安全監控管理模式，會影響到整個監控系統的維護質量和維護效率，特別是在后期的安裝過程中，操作人員會因為操作不當或操作失誤從而導致誤報警的發生。部分礦井位于地下磁場的活動區域，但在進行安全監測時，并沒有針對磁場制定有效的防范措施，從而導致了整個監測系統工作穩定性的降低。

4 礦井安全監控系統日常維護要點

礦井安全監控系統的日常運行與維護是整個礦井安全監控系統重點工作內容，安全監控系統的正常運行，關系到整個礦井施工、生產的安全與可靠性。

4.1 選擇不同的設備種類

煤炭生產企業應根據實際情況合理選用裝備。針對常規系統自身的不足，選用最具優化效果的設備與技術，以保證后續工作的順利進行，避免因設備類型不符合企業的生產要求而對整體安全監控系統產生不利影響。首先，在選擇設備之前，要分析企業的生產性能和操作水準，特別是要針對當前生產工藝的缺陷，對所需的設備進行初步的分析與記錄反饋。其次，煤礦企業要認真傾聽供應商所提供的產品的優缺點，并結合以上分析的具體情況，做出相應的產品分析。再次，在選定目標設備的種類以后，要針對不同的產品，進行深度分析，特別是要對設備的實際使用狀況進行分級，考察設備的各類性能是否符合該礦井工作的標準。最后，要將數據儲存技術和大數據分析技術應用到這些測試的每一個參數，并在設備使用的時候，挖掘出每一個分站的安裝數量之間的關系，從而降低安裝時的難度。

4.2 通信線路的最優化設置

在通信線路布置時，要考慮到傳感器在日常使用和維修中的各種情況，如T0、T1 的傳感器必須隨著工作面的施工而不斷地向前延伸，有可能在活動過程中導致傳感信號的中斷，而在配電硐室中的傳感器則是永久性的，若將工作面傳感器與配電硐室的傳感器連接到同一條線路或一個分站口，那么在安裝工作面傳感器時，需要延伸的工作面傳感器就會對礦井配電硐室的傳感器的穩定運行產生不利影響。

因此，在傳感器維修、延伸等方面，必須將傳感器的不同維護方式分開進行、具體分析，并分別接入不同的接口，從而降低同一級別傳感器的失效影響。在掘進工作面布設傳感器時，應在同一條線路上設置長期固定的機電硐室監測傳感器、風機啟停監測傳感器等。該方法可以保證在工作面上延展傳感器時，將發生故障的傳感器控制在要求延時的范圍之內，不會引起其他傳感器的干擾，提高系統的穩定性。

4.3 礦井安全監控系統的日常養護內容

4.3.1 傳感器的日常保養

除了對傳感器進行定期校準之外，傳感器的維保應著重于環境較差的地方，如空氣濕度大、粉塵濃度高、有淋水、噴霧或其他方面污染，以及在移動裝置上的傳感器。在這些地方，傳感器經常會發生生銹、氣體收集口阻塞、傳感器內部的水汽凝結等問題。同時，要建立傳感器安裝臺賬，特別注意對催化原理型傳感器的工作狀態，在定期校準中發現有很大偏差時，要及時更換，以防止傳感器催化元件老化損壞。如果在移動設備上安裝傳感器，可能會因設備振動而導致傳感器檢測元件、插頭等松動，應定期進行檢測。

4.3.2 通信設備的日常維修

傳感器通信線路的日常維修，主要是對線路上有高濕度的地方進行接線盒的檢查，由于施工原因而改變原有的布線，以及在采區內移動裝置上的電纜。由于井下溫度的改變，端子箱中易產生凝結水，導致端子腐蝕，芯線之間的絕緣下降，從而對纜線的供電電壓和信號的質量產生不利的影響。由于施工的需要，在纜線的排列方式發生變化時，經常出現纜線斷裂、接線盒虛接等現象，巡監時，若發現纜線排列太緊，應增設纜線間距以確保纜線的松馳。纜線安裝在支架上，由于支架的運動，很容易使纜線受到擠壓或纜線內部的隱性疲勞破壞，要在支架運動的部位對纜線進行安全保護，并定期進行檢修。

4.3.3 檢查危險來源

煤礦企業要對安全監測體系進行危險因素的分析和排除。首先，根據精細化管理原理，安全監控系統的工作人員可以將其劃分為系統失效和人為失效，并在此基礎上建立相應的管理工作頁面，將相關的故障信息記錄起來，對不同的故障進行分類。其次，針對系統的故障，利用大數據和云計算技術，對故障發生的時間、地點、嚴重程度進行統計和分析，并采用定量的方法進行深入挖掘。再次，針對人為故障，技術人員應優化現有人力資源管理，建立班組維護體系，確保安全監測工作的正常進行。最后，針對網絡安全監控系統出現信號中斷和監測數據超時的問題，要重點檢查主傳輸電纜的線路。

5 結束語

煤礦安全監控系統對保障礦井的安全、防止重大事故的發生起著舉足輕重的作用。煤礦安全監控系統的維修部門在進行系統的安裝與維修時，要對系統的運行情況進行全面了解，把握設備薄弱環節，制訂重點維修內容，做到準確維護與監控。