煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號辨識探討

葉生銀

摘要：在我國自動化進程日益加快的當下，智能自動化技術也運用到了煤礦生產系統當中。本文將針對煤礦安全監測監控系統以及煤礦安全監測監控系統框架結構進行詳細的分析，其目的是研究出煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號特征以及煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號辨識方法。

關鍵詞：煤礦；安全監測監控系統；瓦斯傳感器；異常信號辨識

煤礦安全監測監控系統能夠切實的結合煤礦工作的實際需求，嚴格的煤礦工作要求的實際規章制度，進行煤礦安全監測監控系統配備。當前煤礦安全監測監控系統能夠有效的針對煤礦工作中的瓦斯、風速、一氧化碳等容易造成煤礦安全事故的因素進行全面的監控。本文將針對煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號辨識進行全面的探討。

1.煤礦安全監測監控系統概述

煤礦安全監測監控系統能夠統籌井下皮帶運輸情況和煤礦電力系統，結合井下GPS定位系統的實際功能，方便了煤礦安全人員對煤礦井下管理【1】。結合GPS定位系統和礦井信集閉系統的工作內容，實現了井下工作人員的實時定位，將各種安全信息物理量結合在一切，轉換成電子數據信息信號，在計算機系統上及時的針對數據信息進行詳細的分析，通過融合、判定等手段通過數據信息，快速的監控煤礦的生產狀態，以便于管理部門快速高效的開展決策。煤礦安全監測監控系統與傳統企業所運用的DCS集散控制系統有著明顯的區別。煤礦安全監測監控系統在煤礦生產的過程中，能夠將監督控制系統分屬各個部門中，并且能夠及時的在煤礦領導的調度之下，第一時間掌握煤礦的的具體信息。當前煤礦安全監測監控系統都以基于互聯網、物聯網基礎上開展的信息監測，能夠切實的秉承互聯網信息傳達飛速的優勢，全面的開展煤礦系統各個內容的監控。

2煤礦安全監測監控系統框架結構

2.1、基礎設備通信層

煤礦安全監測監控系統的基礎設備通信層中包含了設備層、交換層以及信息層。在設備層中，通過模擬量、開關量、視頻信息等內容的采集，以便于及時的將現場的數據信息進行反應。交換層的工作內容便是利用光纖交換機、數據交換器、監控分站、服務器、信號連接設備、光纖線路、雙絞線等先進信息技術設備，將在煤礦實際工作中采集到的信號內容進行處理的環節，并轉換成系統預設的各種信息數據，以便于及時的幫助安全管理人員把控煤礦井下的實際情況【2】。信息層的實際功能便是第一時間現實實時數據，并且詳細的針對數據進行分析、顯示與管理。在開展信息數據現實的過程中，往往會使用數據表格、畫面監控、視頻圖像等多種信息來第一時間檢測各種數據的變化。針對信息層來說，往往需要處理大量的信息，并且還要承擔起將歷史信息進行存儲、分析的任務。但是隨著我國大戶數據處理技術的高效運用，使得我國當前煤礦安全監測監控系統的信息層使用效率更高。

2.2、風電瓦斯閉鎖

風電瓦斯閉鎖是煤礦安全監控系統中的重要組成部分。風電瓦斯閉鎖是檢測瓦斯的重要設備內容，也是保障井下施工安全的主要閉鎖設備。風電瓦斯閉鎖的內在構成為電源、斷電控制器、電纜、接線盒的、聲光報警、甲烷傳感測試器等設備。若瓦斯的濃度超出了標準設置的范圍，聲光報警器便會進行報警，若瓦斯濃度超出了臨界值，風電瓦斯閉鎖設備便會斷絕一切井下施工設備的運行，對設備進行故障閉鎖控制。通過對風電瓦斯閉鎖測控軟件的程序編寫和控制，能夠統籌風電瓦斯閉鎖信息配置程序、瓦斯傳感器的報警控制程序、瓦斯傳感器的風電瓦斯閉鎖控制程序、風機開停或風筒開關等開關量傳感器的風電瓦斯閉鎖控制程序以及風量傳感器的風電瓦斯閉鎖控制程序，確保了煤礦安全監控系統的敏銳性和實效性。

2.3、KG9701（A、B、C）礦用瓦斯傳感器

瓦斯濃度是當前煤礦安全管理工作的重中之重，若一旦造成了瓦斯安全威脅，那么對煤礦的生命財產損失將是巨大的。KG9701礦用瓦斯傳感器及時主要的功能便是在煤礦井下針對井下工作環境的實際瓦斯氣體濃度進行全面的分析和監測，并將捕捉到的實時信息通過交換層的手段，將實際的信息內容傳遞給地面的安全控制中心。信息層會利用報表和歷史曲線分析的手段，生動形象的展現煤礦井下瓦斯濃度，若瓦斯濃度超出了安全范圍，那么便會開展安全警報，這時候煤礦便會停止一切的施工，并通過斷電的形式，開展瓦斯濃度控制。通過KG9701礦用瓦斯傳感器催化元件測量的手段，全面的監測瓦斯濃度的一手信息。

3.煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號特征

3.1、常值卡死型異常信號

造成常值卡死型異常信號的主要原因是由于在實際開展煤礦安全監測的過程中，施工現場往往會存在很多灰塵污垢，在黑白元件與瓦斯氣體開展催化反應的過程中，往往便會造成煤礦瓦斯傳感器運轉卡頓的狀態。卡頓嚴重的情形便會造成數據信號傳輸常值卡死的異常狀態。在此種狀態之下，往往會造成信號檢測過程中失去監測控制能力。

3.2、恒偏型異常信號

恒偏型異常信號一般出現的原因有以下幾種，其一，便是礦用瓦斯傳感器存在老化的現象，傳輸的信號數據產生偏移、不穩定等情況。其二，便是礦井井下石工的現場存在相對較強的干擾信號，在信號與磁場的干擾之下，礦用瓦斯傳感器出現耦合入監控系統的情況，造成了數據信息捕捉與傳輸的偏差，產生了恒偏型異常信號。

在實際開展煤礦安全監測的過程中，KG9701礦用瓦斯傳感器的工作狀態呈現出高內阻狀態，并且KG9701礦用瓦斯傳感器受到外界的影響也相對較大。煤礦井下工作的環境及其復雜，容量功率開關設備容易停滯，并且煤礦井下施工涉及到放炮作業，往往容易造成對KG9701礦用瓦斯傳感器的影響，造成脈沖或沖擊狀態目，形成瞬時型異常信號的數據信號。

3.4、周期性脈沖型異常信號

礦用瓦斯探測傳感器的周圍常年存在干擾磁場、干擾沖擊波、不良接觸等多種不良狀態。當KG9701礦用瓦斯傳感器在實際開展瓦斯信息捕捉時，便會遭受周圍不良因素的干擾，形成一個周期性的沖擊脈沖【3】。此種形式的脈沖沖擊，往往會造成KG9701礦用瓦斯傳感器信息捕捉、錄入不準確的現象，身子造成多次連續錯誤警報的現象，如圖1。

3.5、甲烷濃度異常信號

在煤礦安全監測監控系統中發現甲烷濃度若超過1.0% CH時，風電瓦斯閉鎖便會出現聲光報警；若煤礦安全監測監控系統中發現甲烷濃度若超過1.5% CH4時，煤礦井下施工的電氣設備的電源便會全部閉鎖，直至甲烷濃度在1.0% CH4以下，才能夠自動解鎖。此外，風電瓦斯閉鎖中掘進工作面入風流中，甲烷濃度達到或超過1.0% CH4時，便會造成聲光報警，此時巷道內部的施工設備電源全部關閉。當掘進工作面入風流中，甲烷濃度達到或低于1.0% CH4時，便會自動解鎖。當掘進工作面或回風流中甲烷濃度大于3.0% CH4時，那么局部風機便會出現停止運轉的現象，當掘進工作面或回風流中甲烷濃度小于3.5% CH4時，局部風機便會自動解鎖運轉。

4煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號辨識方法（下轉第頁）

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4.1、離散傅里葉變換譜分析法

煤礦瓦斯信號系統的特征便是基于DFT異常信號變幻提取方式引申而來，并被廣泛的運用在異常信號提取分析當中。DFT異常信號變幻提取方式的運用的主要途徑便是通過時域離散的手段，將被辨識的數據信號在頻域上進行辨識，并通過其幅值鋪和功率譜的手段針對功率譜數據進行提取。

4.2、小波分析法

小比分析法是主要內容便是利用不同信號的實際特征進行分析，在信號中通過便是信號故障的方法，針對信號進行實際的診斷。小波分析法發明與運用的實踐相對較早，并能夠在設備故障出現早期便可以結合實際情況判斷出故障出現的周期。小波分析法運用了能量向量譜、FCM聚類分析法等手段，開展的信號分析。在煤礦安全系統瓦斯監測工作中，能夠充分的發揮卡爾曼濾波器的實際作用，全面的優化RBF神經元網絡和FM聚類分析方法，嚴格的針對信號所出現的故障進行及時的分類和分析。此外，在小波分析法中還能夠利用能量譜手段，展現出能量譜上的異常信號，切實的將干擾瓦斯監測的因素進行規劃與整理。將能量譜手段與異常信號特征進行結合分析，能夠準確、科學的挖掘出瓦斯監測控制信號所存在的原因，并且及時的針對錯誤的信號進行糾正。

結束語

總而言之，煤礦安全監測監控系統運用效率相對較高，信息技術、智能技術的融入，能夠有效的降低煤礦安全事故的發展。煤礦安全監測監控系統中瓦斯檢測系統能夠全天候的針對煤礦井下的瓦斯濃度進行監測，避免了安全事故的發生。但是在煤礦安全監測監控系統瓦斯監測系統運用的過程中，往往會出現多種多樣的異常信號辨識，想要及時的辨識異常信號的實際來源，應該積極的利用希爾伯特——黃變換分析法、小波分析法以及離散傅里葉變換譜分析法等手段，及時的針對不同異常信號進行分析，第一時間杜絕安全隱患，保障煤礦安全監測監控的效率。

參考文獻：

[1]黃凱峰. 瓦斯監控系統異常信號識別研究綜述[J]. 科技創新與應用，2016（16）：82-82.

[2]黃凱峰. 煤礦安全監測監控系統瓦斯濃度異常信號辨識方法研究[D]. 安徽理工大學，2016.

[3]王勇，殷大發，邸彭浩，等. 煤礦瓦斯監測系統異常數據識別技術研究與應用[J]. 工礦自動化，2013，39（4）：83-86.