煤礦安全監測監控系統設計與應用

馮應

摘 要：隨著我國煤炭工業的整合與發展，2015年煤炭需求仍保持在57億噸左右，大中型礦井數量保持在5000座以上。為保證煤礦安全生產，煤礦安全監測監控系統運用起到了非常重要作用，而電子信息技術正是煤礦安全監測監控系統的工具與抓手。本文對礦井安全基礎環境進行了分析，對電子信息技術在煤礦安全生產中應用意義進行了闡述，對煤礦安全監測監控系統的設計進行了分析，對煤炭安全監測監控系統建設中應注意的問題進行了探討。

關鍵詞：安全監測監控；電子信息技術；設計應用

我國目前正在進行煤炭系統的整合，大大小小的煤礦數以千座，生產規模在幾十億噸以上，煤礦安全生產要求很高。煤礦安全關系到國家利益、關系到每個家庭的安康。井下環境復雜多變，但如果采用先進的電子信息技術，就可以預防與保障井下工人與設備的安全。采用井下安全監測監控系統將會對礦井安全生產管理起到非常重要的作用。

1 煤礦井下安全基礎環境分析

目前我國礦井有很多是高瓦斯礦、地質環境也非常復雜，有些礦疏于管理，所以在礦井下，主要具有火災、水災、瓦斯、煤塵、冒頂、機電事故等災害發生。在以上事故中由以火災發生可能性較大，因為礦井除煤炭自燃外；井下還含有CH4等可燃氣體與煤塵，一旦濃度到達一定條件，將會引起爆炸。所以井下巷道與綜采面通風非常重要。井下一般主巷道設置為進風巷道，同時還有回風巷道，將各種氣體、粉塵帶出井口。同時為保證井下正常生產，給排水處理、變電所、機電設備狀態監控也非常重要。

2 電子信息技術在煤礦安全監測監控應用的意義

隨著國家對煤炭安全生產規范的出臺，國家、省、市、縣政府逐級建立起了煤礦安全監測監控中心，這些中心通過調用轄區內的礦井安全監測監控系統采集的井下安全數據，來管理各自轄區內礦井的安全生產。所以，建設性能穩定、可靠、冗余井下安全監測監控電子信息系統有著非常重要的意義。

3 煤礦安全監測監控系統的設計與實現

煤礦安全監測監控系統，具有模擬量、開關量、累計量采集、傳輸、存儲、處理、顯示、打印、聲光報警、控制等功能，用于監測甲烷濃度、一氧化碳濃度、風速、風壓、溫度、煙霧、饋電狀態、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主通風機開停，并實現甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制，由主機、平臺軟件、傳輸平臺、分站、傳感器、斷電控制器、聲光報警器、電源箱、避雷器等設備組成的系統。此系統設計包含以下3部分內容。

3.1 地面監控中心站設計

地面監控中心站及網絡終端等，是整個監控系統核心，通過系統軟件與應用軟件實現管理整個系統設備及監測數據、定義配置、實時數據采集、分析處理、統計存儲、屏幕顯示、查詢打印、實時控制、遠程傳輸、畫面編輯、網絡通訊等任務。所以主要技術應配置冗余監控主機、數據備份服務器、文件服務器、管理機、DLP拼接大屏幕顯示墻等。

地面網絡包括兩部分，主要部分為地面到井下的工業以太環網傳輸平臺；輔助部分為傳輸到縣、市、省政府監測監控中心的廣域網。監控機房布置2臺核心工業環網交換機，井下布置若干臺本安型環網交換機。礦井工業以太網光纖冗余環網傳輸平臺通訊協議采用標準的TCP/IP網絡協議；平臺傳輸速率高、帶寬容量大、傳輸距離遠、抗干擾和雷擊能力強；采用先進的多主并發通訊模式，系統檢測速度快，實時性強；系統支持光纖冗余環網工作模式，節點故障不影響整個系統性能，故障自恢復時間短（0.3S），通信更加可靠；智能工業環網交換機由于具有SNMP協議，所以整體網絡具有網絡管理能力。廣域網配置路由器。

3.2 井下分站的設計

井下分站，用于接收來自傳感器的信號，并按預先約定的復用方式遠距離傳送給傳輸接口，同時，接收來自傳輸接口多路復用信號的裝置。分站還具有線性校正、超限判別、邏輯運算等簡單的數據處理、對傳感器輸入信號和傳輸接口傳輸來的信號進行處理的能力，控制執行器工作。上接井下環網交換機，下接各巷道、采面傳感器，是起到呈上啟下作用的設備。

3.3 井下監控傳感器的功能設計

（1）甲烷傳感器、管道瓦斯傳感器具有連續監測礦井環境氣體及抽放管道內甲烷濃度的功能。當CH4超標，一般會具有顯示及聲光報警功能。

（2）一氧化碳傳感器具有連續監測礦井中煤層自然發火及膠帶輸送機膠帶等著火時產生的一氧化碳濃度的功能。

（3）粉塵傳感器具有連續監測礦井巷道、綜采面粉塵超標的功能。

（4）煙霧傳感器具有連續監測礦井中膠帶輸送機膠帶等著火時產生煙霧濃度的功能。

（5）溫度傳感器具有連續監測礦井環境溫度高低的功能。

（6）風速傳感器具有連續監測礦井通風巷道風速大小的功能。

（7）風筒傳感器具有連續監測局部通風機風筒“有風”或“無風”狀態的功能。

（8）負壓傳感器具有連續監測礦井通風機、風門、密閉巷道、通風巷道等地點通風壓力的功能。

（9）設備開停傳感器具有連續監測礦井中機電設備“開”或“停”工作狀態的功能。

以上傳感器上接監控分站，安裝位置可根據各自的功能，按照國家相關規范要求，安裝到井下所要監控的位置。傳感器觸發報警與開關量也應按照國家相關規范標準進行設置與計量。

4 煤礦安全監測監控系統建設中應注意的問題

煤礦安全監測監控系統建設工作中，采購井下設備時，應具備本安標識；應具備國家煤礦電氣檢測部門出具的防爆合格證。井下線纜應采購阻燃線纜；線纜與設備連接處喇叭口必須進行失爆檢查；同時應做好安全監測監控數據的備份工作；做好上傳政府監測監控中心數據軟件接口標準工作。

5 結束語

礦井安全是煤礦生產的底線，建設一個高質量、高性能的煤礦安全監測監控電子信息系統是我們每個建設者的使命，在建設中，我們應該嚴格按照國家制定的安全標準，認真完成工程中每一個設計細節，保證礦井在交付后的生產安全。

參考文獻

[1]寧延全，王永超，劉玉華，等.全國煤礦安全技術培訓通用教材[M].煤炭工業出版社，2008：269-313.

[2]錢德群.礦井通風安全儀器及監測系統[M].煤炭工業出社，1991：153-154.

（作者單位：西安炎黃信息系統咨詢有限公司）