煤礦井下電氣操作風險手機預警系統的研發

文/郭春平

隨著煤礦機械化、自動化和信息化程度的提高，煤礦安全生產有了長足的進步。但井下違章帶電作業引起的觸電傷亡、甚至瓦斯爆炸事故卻時有發生。為解決這一問題，山西全安新技術開發有限公司研發了一套從技術層面預控違章帶電作業的預警系統，實現了“想違章違不成，即使違章也造不成事故”的目標。

圖1 煤礦井下電氣操作風險手機預警系統示意圖

一、煤礦井下電氣操作風險手機預警系統的研發背景

目前，國內外煤礦井下電氣設備的短路、漏電和接地三大保護的共同特點是：在發生電氣故障后才斷電跳閘，這種技術在限制故障影響范圍方面起了巨大作用，但不能在觸電前預防違章作業，也就是沒有“抗違章保護”裝置。對于目前煤礦井下電氣設備存在“抗違章短板”問題，國內外煤礦主要通過法規、管理、教育培訓規范人的行為來遏制違章帶電作業，從技術上預防和控制違章帶電作業的裝備還很缺乏。

大量的典型事故案例分析表明，僅僅依靠現有在用的設備以及規章制度來規范和約束人的行為是不可靠的，無法從本質上（技術裝備）杜絕和遏制違章帶電作業行為的發生。應用博弈論的“納什均衡”及數理統計的“大數定律”從理論上分析研究也表明：有規章就一定有違章，違章可以減少，但難以徹底避免。井下要大大減少違章，就必須開發一套能有效遏制違章帶電作業的系統裝置，該系統裝置要能將所有的違章帶電作業進行安全預控，保證違章帶電作業無法進行，或即使違章作業了也造不成事故。山西省全安公司自主研發的“煤礦井下電氣操作風險手機預警系統”，正是為了彌補這方面的“抗違章短板”而創新開發的安全管理信息系統。

二、煤礦井下電氣操作風險手機預警系統的原理

1.原理

煤礦井下電氣操作風險手機預警系統如圖1所示，工作原理簡述如下：在井下工人違章打開電氣設備接線腔、主腔、電纜接線盒進行操作或檢修時，安裝在該設備上的“智能傳感器”會通過與之相連的井下監控分站檢測上級電源（電源開關）是否為“有電”狀態，如若“有電”則自動關閉該電源開關停止供電，同時發出聲光報警信號，并將違章動作信息轉換為數字信號上傳至地面調度室的監控主機上，監控主機通過信息處理，在監控大屏幕上顯示相應的報警提醒，同時將該數據上傳至互聯網服務器。

互聯網服務器判斷比對實時信息，如若出現報警信息則自動推送到已安裝 “煤礦風險預警系統”APP的用戶手機上，此時手機用戶會收到如圖2中顯示的通知消息，點開推送消息后會自動顯示報警的位置，提醒用戶在井下哪個工作面哪個具體的電氣設備將可能被違章操作，使手機用戶及時調查了解并處理有關違章事件。用戶也可以自行進入“在線預警系統”瀏覽所有電氣設備的工作狀態。

煤礦井下電氣操作風險手機預警系統還搭載了煤礦事故案例系統，以及最新煤礦安全知識、政策、新技術、先進經驗、產品信息等，方便大家學習，以提高安全素質。

圖2 預警信息推送查看示意圖

2．主要技術指標

煤礦井下電氣操作風險手機預警系統主要技術指標：

（1）系統傳輸速率：5000bps

（2）系統傳輸距離：監控分站到傳感器：≤2km；數據傳輸接口到監控分站：≤10km

（3）系統的巡檢周期：≤20s

（4）系統傳輸誤碼率：≤10-8

（5）系統容量：每個分站最多可接32個抗違章智能傳感器

（6）違章（誤）動作信號轉換為電信號預控時間≤10ms

（7）違章（誤）動作信號轉換為電信號準確率:100%

（8）控制違章（誤）動作執行時間≦20ms

以上技術指標的實現可以確保該系統穩定可靠的運行，為煤礦安全生產保駕護航。

三、結論

1.目前成果

設備應用抗違章技術后，技術裝備就具備了抗違章性，這就像人體注射了疫苗一樣，即使病毒侵入體內也不會致病。抗違章技術已引起國家安監總局的重視，安監總建函[2010]19號明確表示：對于抗違章技術創新方法的研究及應用，應當給予立項和資金支持。用抗違章技術觀點分析過去發生的各種安全事故，本質上是由于技術落后使人有違章作業的機會，并能夠從事違章作業所導致的。

所以，防治違章帶電作業的根本出路在于開發“抗違章”技術，其功能標準有兩條，一是保證無法違章作業，二是保證即使違章作業也造不成事故。設計從技術裝備上預控違章帶電作業及瓦斯爆炸的“煤礦井下供電系統抗違章技術裝備”已成為煤礦電氣安全發展的必然趨勢。山西全安新技術開發有限公司自主研發的“煤礦井下電氣操作風險手機預警系統”是抗違章技術裝備之一，作為標準化礦井的“頂配裝備”在同煤塔山試運行幾年來效果顯著。

2.展望

由于現在煤礦井下的各類監控傳感器、傳輸設備來自于各個廠家，生成的數據格式、傳輸協議等沒有統一標準，各個不同公司的傳感器、設備、系統之間無法有機地聯系起來，數據的共享存在技術壁壘和鴻溝，給各煤礦帶來了很大不便，也造成了不必要的損失。例如礦井安全監控系統、供電監控系統以及人員定位系統等一般是由不同廠家提供，各家數據格式、技術標準不同，各系統不能共享數據信息、控制聯動，煤礦必須為各系統準備不同的工控機、主機等，增大了管理的難度和成本。因此，煤礦井下電氣操作風險手機預警系統在未來的發展中將著力于同各個廠家設備兼容及進一步智能化，通過相應的轉換設備，使山西全安新技術開發有限公司的技術裝備能與各個廠家的設備進行兼容互通，做到真正的煤礦物聯網整合和大數據整合，實現井上井下工作數據化、智慧化，為煤礦安全生產保駕護航。