安全監控系統智能化建設及未來展望

孫守輝 李治緯

（臨礦集團新驛煤礦，山東 濟寧 272000）

1 改造的必要性

為貫徹國家煤監局相關文件要求，新驛煤礦組織專家和技術人員對安全監控系統的情況做了自查，通過評估發現監控系統與國家新要求存在不少差距，為充分發揮安全監控系統的重要作用，提升煤礦安全保障能力，有必要對安全監控系統進行改造升級。

通過數字傳輸新技術的使用，提升安全監控系統的抗電磁干擾能力，構建多主并發、對等通信高速率、冗余數據傳輸平臺，實現系統融合，增強大數據的分析、挖掘、應用，提高安全監控系統的可靠性、穩定性，將極大地提升新驛煤礦安全生產管理水平。

2 改造方案

新驛煤礦改造方案為在原有基礎上進行升級改造，該方案避免了重復投資，充分利用了礦上現有的設備和線纜，部分價值高的設備由廠家免費升級，大大減少了工作量和投資。新系統采用的環網結構及具備的自診斷功能，減少了故障處理時間和維護人員數量，提高了工作效率；采用的激光甲烷傳感器，降低了標校維護工作量；數字化傳感器的使用，減少了甲烷誤報警次數和斷電次數，降低了停電事故影響時間，提高了生產效率；數字信號傳輸減少了線纜的重復敷設，降低了礦井生產成本。通過系統升級使安全監控系統數據更加真實可靠，為安全生產提供了有力的保障。多系統融合結合報警聯動功能，實現了數據的綜合分析和利用，進一步提高了煤礦的災害預防能力及應急救援水平。

綜上所述，新驛煤礦安全監控系統升級改造方案合理，可以實施。為臨礦集團其他煤礦安全監控系統升級改造提供了寶貴的經驗。

3 相關技術研發及實施內容

為提升礦井防災抗災能力，提高安全監控系統智能化建設，臨礦集團公司通防處、大數據中心及新驛煤礦立足實際，不斷探索及研究，重點針對安全監控系統傳感器誤報警、監控設備智能自診斷以及縮短安全監控設備巡檢周期等一系列技術問題，率先實現安全監控系統智能化建設。目前系統運行穩定、可靠。建設前期，對安全監控系統改造建設項目進行全面論證，并將系統所有弊端及不足之處進行統計，全方位分析具體原因，制定科學、可靠、可行的改造建設方案，同時對方案進行論證和檢驗，為安全監控系統智能化升級改造提供了科學、可行的第一手資料。具體實施如下：

3.1 提高硬件自動化、智能化水平

（1）目前全國傳感器的傳輸模式均為模擬信號傳輸，由于模擬信號保密性相對較差，電信號在沿線路的傳輸過程中會受到外界和其他系統內部的各種干擾，混合后難以分開，從而使得通信質量下降。線路越長，通訊質量就越差，對信號傳輸影響也就越大，從而容易對傳感器產生干擾，出現偽數據、誤報警等現象的發生。集團公司通防處聯合大數據中心、新驛煤礦和生產廠家，共同開發傳感器、分站等硬件設備的嵌入式故障智能診斷芯片，提高安全監控系統設備的故障精準診斷。并實現自動修復功能，在自修復功能不能處理的情況下，為精準維修提供可靠的依據。目前新驛煤礦對安全監控系統中所有模擬量傳感器進行全面數字化、智能化升級，將原來的頻率傳輸升級為數字傳輸，避免了監控設備出現受現場環境干擾造成的數據傳輸誤報等問題，同時實現傳感器智能自診斷功能，當傳感器出現故障或斷線時自動分析故障原因。充分利用現有高端技術，利用甲烷氣體對紅外線的吸收原理采用激光元件代替原有的催化元件打造智能甲烷傳感器。激光元件具有功耗小、精確度高、性能穩定可靠、免維護等優點，提高了井下作業現場瓦斯監測的精確度、靈敏度及可靠性。

（2）目前國內安全監控系統主干網多采用RS485信號模式，由于礦井分站多、距離遠，且該模式傳輸速率相對較低等原因造成系統巡檢周期較長，讀取數據較慢，直接影響地面對井下作業現場環境的及時掌握與判斷。通過研討采用工業以太網數據多通道并發巡檢機制，可以同時對井下分站設備進行分組巡檢、多路并發，能夠徹底解決傳統巡檢方式帶來的弊端，可以將巡檢周期由原來的16s縮短到現在的5s之內。同時將異地斷電時間由之前巡檢周期26s控制在10s以內，巡檢周期大大縮短。大大提高了現場作業環境中各類數據上傳速度。確保地面實時準確地了解掌握現場的各種氣體變化情況。

3.2 提高系統軟件智能分析決策判斷能力

（1）臨礦集團公司及新驛煤礦通防專業技術人員配合、協助廠家技術人員，結合煤礦災害事故發生機理及基于神經網絡算法的邏輯判斷，對系統功能進行優化，進行必要的數學建模，建立傳感器標校、區域性斷電、分級報警、邏輯報警、火災及瓦斯涌出預警等標準模板，充分利用大數據管理模式實現對分級報警、邏輯報警、火災及瓦斯涌出預測預警、應急聯動等智能分析決策。實現安全監控系統、通訊系統、人員定位系統及廣播系統充分融合，避免了眾多子系統“各自為政”的情況，通過對有用數據的深入挖掘，真正達到“1+1大于2”的目的。當出現瓦斯、一氧化碳報警時監控系統自動與通訊系統、人員定位系統及語音廣播系統進行聯動報警，及時有效地通知現場作業人員緊急撤離。同時為集團公司和山東煤監局大數據平臺建設提供穩定可靠的數據接口。

（2）目前安全監控系統、通訊系統、人員定位系統、語音廣播系統等各系統相對獨立，各系統信息需要分別從不同電腦上進行調取和查詢，調度應急指揮管理相對被動。集團公司通防處和大數據中心、新驛煤礦與廠家共同開發三維數據聯動平臺，將人員定位、語音廣播、安全監控、通訊等系統統一在同一平臺顯示，并且實現了三維立體效果，提高了調度應急指揮管理能力。

4 關鍵技術

（1）采用RS485數字傳輸技術及工業環網技術。

（2）模擬量傳感器及分站接口數字化改造及數字化傳輸技術。

（3）多系統集成融合及融合數據分析與智能決策判斷技術。

（4）煤礦災害事故的發生機理及基于神經網絡算法的邏輯判斷與數學建模技術。

（5）采用先進的激光紅外對甲烷氣體吸收原理技術。

（6）監控分站容量擴展及備用電池續航翻倍技術。

（7）傳感器嵌入式智能診斷芯片技術。

5 效果分析

（1）通過對安全監控系統智能化建設，大大提升了安全監控系統運行速度及管理水平，使礦井安全監控系統運行故障率大幅下降。監控系統抗電磁干擾能力得到顯著增強，系統數據失真、誤報警現象基本杜絕，災害預測預警的能力也得到顯著提升。

（2）通過數字傳輸新技術的使用，構建高速率多主并發、對等通信等特點的巡檢模式，大大縮短了設備巡檢周期，提高了系統的運行速度及準確性、穩定性和可靠性。

（3）實現多系統融合，增強了大數據的分析、挖掘與應用能力，提高了安全監控系統的可靠性、穩定性，極大地提升了礦井安全生產管理水平。

（4）監控分站容量的擴展減少了監控分站數量的投入，傳感器的數字化改造降低了功耗，一條傳輸電纜可以帶4～5臺傳感器，減少了監控電纜的投入，降低了故障率和維護成本。監控分站的備用電池續航翻倍，提高了系統運行的可靠性。

（5）傳感器和監控分站的故障智能診斷與自評估、自修復功能，實現了故障精準判斷與修復，提高了工作效率。

6 存在的不足及未來展望

在多網多系統融合方面，不但與人員位置系統、通訊系統、語音廣播系統等融合，還要與瓦斯檢查員巡檢系統融合，并采用地面統一GIS融合平臺，在平臺中各系統之間按照一定邏輯進行對比分析。地面融合在數據抓取與系統控制方面可靠性差，需要與多個系統生產商溝通協調獲得融合系統的統一協議和開放數據接口。未來將考慮開發多系統集成智能分站，實現井下分站多系統一體化集成融合。