煤礦井下安全監測監控系統應用研究

郭雷

摘要：隨著國家對煤炭行業安全問題的重視和企業自身現代化建設的要求，井下安全監測控制系統在我國大部分礦井都得到了廣泛使用，形成了煤礦井上下順暢的信息交流通道和可靠的安全預警機制。這不僅可以依靠及時準確的信息指揮生產，預防事故的發生，又能及時了解各種與安全生產及經營相關的信息，形成一個安全、生產、調度和管理的網絡系統。因此文章就煤礦井下安全監測監控系統的應用進行略述。

關鍵詞：煤礦井下安全;監測監控系統;應用

煤礦安全一直是我國煤礦產業關注的重點，許多大中型煤礦企業采用煤礦安全監測監控系統，該系統能夠收集災難數據，對即將或者已經發生的災難進行預告和監測，對環境情況及時檢測，有效提高了煤礦生產的安全性。在實際的應用過程中，監測監控系統通過實時監測環境參數、提供災害預警數據、自動報警、斷電閉鎖等功能，實實在在地為煤礦企業的安全生產提供有力保障。

一、煤礦井下安全事故的一些種類

（一）瓦斯事故

在煤礦生產過程中，最為嚴重的安全事故莫過于瓦斯爆炸。在瓦斯爆炸之后，還會導致次生的煤礦斷電、通風阻礙、頂板塌方、煤層引燃等災害。我國經常出現低瓦斯礦井比高瓦斯礦井瓦斯爆炸事故多的現象，可見，低瓦斯礦井不等于無瓦斯礦井，更不等于不發生瓦斯爆炸的礦井。例如2011年7月12日，寸草塔二礦施工密閉時，未切斷巷道四周的金屬物，也沒有掏槽，密閉內瓦斯積聚，在重新處理密閉過程中，氣割頂板鋼帶時引燃頂板局部積聚的瓦斯，火源沿鋼帶縫隙進入密閉，引爆密閉內的瓦斯，造成 3 人死亡，2 人輕傷。

（二）頂板事故

在煤礦生產中非常容易出現的一種安全事故是頂板冒落事故，其會對礦井作業者生命安全構成威脅。結合近年來國內統計的煤礦頂板事故發現，其出現的幾率存在逐年提升的勢頭。而頂板事故重點涵蓋兩種，即工作面采空區垮塌以及巷道冒頂和片幫事故。結合礦壓壓力原理和巖層控制理論發現，通常都是回采時頂板附近的應力以及頂板巖石的特點等要素決定了回采工作面的頂板冒落事故。

（三）火災事故

因為煤炭的特點是易燃性強，在相應的溫度條件與氧氣濃度中，煤塵非常容易引起自燃，如此一來，煤礦的火災事故會出現。某礦區開采的煤層均有一定的自燃傾向性，揮發份高（32%～37%）、燃點低（270℃左右）、易氧化、埋藏淺（30～230m）、漏風嚴重、綜采工作面走向長（一般在2000-6000m）、準備工作面時采用連采機雙巷掘進形成的煤柱多、遺煤多，同時，為保證煤質不割頂、底板而留的頂煤垮落破碎等都將給煤炭自燃防治工作造成困難。隨著生產任務加大，生產礦井主要工作面采空區的浮煤都不同程度地出現低溫氧化及自燃現象。隨著開采深度、強度和范圍相應增加，采空區煤炭自燃的危險性將更加突出。

二、煤礦井下安全監測監控系統的總體設計思路

（一）系統功能

基于北斗的煤礦安全監測系統將前端監測點采集的數據通過北斗衛星傳輸至中心監控，中心監控完成數據存儲、分析、集中監控，并根據監控顯示、數據處理情況做出相應的信息預警、處置決策，從而實現對煤礦區域地質信息的實時監測與科學管理。具體功能如下：（1）監測點數據實時采集。通過布設孔隙水位計、

分層沉降計傳感器等專業傳感器實現對監測點地質數據的自動化采集。（2）遠程監測點參數配置及維護。中心監控可以根據監測點實際需要，實現對監測數據的采集周期及數據發送周期的調整配置，同時可對傳感器進行開關機、復位、數據清空等遠程維護工作。（3）監測數據實時傳輸。前端監測點通過北斗用戶終端將監測數據實時傳送到監測中心。（4）監測信息綜合管理。中心監控對前端監測點設備工作狀態進行集中監控，對數據進行存儲備份和統計分析，并能根據分析結果及時發布預警信息，從而實現對礦區安全信息的綜合管理。

（二）系統結構

基于北斗的煤礦安全監測系統結構如圖1所示，系統設計為兩層體系結構，底層是前端監測點，上層是中心監控。前端監測點采用專業傳感器采集現場數據，并以有線或無線方式將數據匯聚到數據采集和通信設備。數據采集和通信設備將數據按照固定的格式發送到北斗用戶機，通過北斗導航系統傳送至中心監控。

前端監測點及中心監控配備北斗用戶機，利用北斗導航系統獨特的短報文通信功能完成前端監測點與中心監控之間的數據傳輸。前端監測點還配備有GPRS無線通信模塊，同時具備數據傳輸功能。通過中心監控對前端監測點的管理控制，實現信息監測、異常告警、信息發布等功能。

三、煤礦井下安全監測控制系統的應用以及維護

（一）清楚組織的領導

煤礦安全監測監控系統牽涉到比較廣的方面，能夠密切聯系煤礦的所有部門。為此，對于安全監控機構的創建，所有的部門需要取得領導的支持，讓具備安全監測專業化技術的監測人員、工程師進行安裝。并且，針對管理安全監測監控系統而言，能夠堅持責任清晰、劃分范圍、班組的原則進行。

（二）注重培訓技術工作者與管理人員

在煤礦安全監測監控系統當中，人的因素至關重要。倘若技術工作者與管理人員不熟悉有關的技術、不懂得煤礦安全監測監控系統的管理，那么就難以體現系統的強大功能，進而使系統變得形式化。對于安全監測監控系統的設備而言，需要建設詳盡的檔案，涵蓋檢修的時間、調試的記錄、設備的數據信息等，確保即時性、準確性、詳細化。并且，安全監測監控系統牽涉到比較廣的學科，調入部門的工作者需要接受專業化的培訓，在工作過程中也應不斷學習和總結經驗。并且，部門的領導人員也應多安排相應的培訓，從而充實隊伍力量和提高隊伍素質，從而跟迅速發展的現代化煤礦安全監控監測技術的需要相符合。

（三）搞好平時的維護以及檢驗新設備

建立系統之后的維護非常關鍵。礦井的工作條件比較差，設備的運行時間長且分散，再者受到人為因素的制約，煤礦安全監測監控系統也需要維護。只有實時地發現和處理隱患，才可以確保系統的順利工作，有效地體現系統的功能。煤礦能夠創建自身的維護團隊，讓專門的人員進行管理和負責，如此一來，能夠穩定、及時地處理故障及問題。

（四）有效地處理監測信息

為了取得設備狀態以及場地環境的數據信息，安裝一系列的傳感器應根據《煤礦安全規程》的標準進行。應及時地測試與調校一系列的傳感器。在報表中實時地錄入采集的數據，存在不正常情況下需要迅速地向礦調度報告，且認真地進行記錄。中心站應提供每一天的日報表，讓監控部門研究與審閱。針對監測監控系統的實時性數據信息，不但能夠讓礦區把握礦井的現狀，方便指揮，還能夠結合這一系列的資料信息和開采情況對地下水、瓦斯、自燃發火等的改變特點進行分析，從而實施有效的開采方案。

（五）健全應急預案

安全監測監控系統是工具、監控“一通三防”是手段，最終目標是為了降低事故發生率。在系統報警的情況下，煤礦首先應實施有效的應急措施，且確保按部就班地開展，最大程度地減小損失。

總之，煤礦企業實現良性健康的發展，對中國現今社會工業的發展有重要意義。在煤礦資源開采過程中，要在注重技術提高的同時加強煤礦工人的安全保障及礦井環境的監測水平。如今，煤礦工程中采用了煤礦安全監測監控系統。將礦井安全監測監控系統應用到煤礦井下開采之中，可以對頂板壓力、瓦斯濃度、氧氣濃度等指標進行有效的監測和記錄，從而實現對煤礦監控集中化、系統化管理，提高煤礦資源的開采效率，提高煤炭企業的經濟效益和社會效益、安全效益。

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（作者單位：國家能源集團內蒙古大雁公司生產部）