礦井通風安全監測監控系統關鍵技術應用

宋清貴

（陽泉市南莊煤炭集團有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 礦井概況

1.1 礦井基本概況

南莊礦井井田位于沁水煤田陽泉礦區南東部邊緣，面積為12.5928km2，批準開采3#、6#、12#和15#煤層，其中3#、6#、12#已開采完畢。礦井為高瓦斯礦井，經鑒定為不易自燃煤層，煤塵均無爆炸性，水文地質類型為中等，核定生產能力200萬t/a。截至2018年3月底，礦井剩余可采儲量1050萬t，可布置正規回采工作面儲量170萬t，可布置綜采開采工藝回收的大巷煤柱、邊角煤儲量300萬t。

1.2 采掘頭面數量

生產布局上布置有兩個生產采區，分為12#煤六采區和15#煤八采區。12#六采區最后一個工作面已于2017年6月底結束回采，目前12#六采區僅保留系統巷道，15#八采區布置一個綜放工作面，一個準備工作面，一個綜掘工作面。

2 南莊公司安全監控系統概述

（1）2002年，重慶煤科院生產的KJ90NB安全監控系統投入運行，后經過幾次軟硬件升級改造，能夠24h不間斷對各作業場所環境參數實時監測，具備了瓦斯電閉鎖、故障閉鎖、風電閉鎖、異地斷電閉鎖等功能。南莊公司目前在用的安全監控系統就是該系統，2008年完成升級改造并通過陽泉市煤炭工業局驗收。目前，各類安全監控設備采集、傳輸、處理、分析數據準確，環網運行正常，各類上傳信息準確。

（2）安全監控系統顯示和控制終端已設置在總調度室，配備專人24h實時監測井下各作業場所環境參數，所有值機人員都是經過安全監控儀器專業培訓并持證上崗。

（3）傳感器調校方法嚴格按照AQ1029-2007標準執行。標校流程符合各項規定要求。

（4）高低濃度瓦斯傳感器執行15d用標準氣樣標校一次的管理規定。采煤機、掘進機的機載瓦斯傳感器15d用標準氣樣定期標校貼牌管理，溫度傳感器、風速傳感器、風筒風量傳感器、氧氣、二氧化碳傳感器和現場核對方式標校。

（5）礦井通風安全監測監控系統構成如表1所示。

表1 南莊公司礦井通風安全監測監控系統構成

（6）采煤機、掘進機等機載斷電儀統一掛牌管理。

（7）監控值機人員總共8人，分4個班，每班2人，統一執行調度管理制度。

（8）2017年1月份，安全監控系統KJ90NB已升級到最新版本，現系統運行穩定。

（9）每年3月和9月，市質監局專業技術人員調校2次，每次調校瓦斯傳感器76臺、一氧化碳傳感器29臺。

（10）本礦井為資源枯竭型礦井，為了提高安全監控系統技術性能和安全可靠性，適應煤礦安全生產的需求，南莊公司按照《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》要求，分步進行硬件升級改造，確保系統的穩定運行。

3 南莊公司安全監控系統關鍵技術

3.1 總線技術

在南莊公司礦井的通風安全監控系統中，總線技術是系統最關鍵的技術，總線技術在工業監控領域中應用比較廣泛，總線技術是以總線為核心，將控制技術、通信技術、計算機技術結合起來，實現監控目標。南莊公司的礦井通風安全監控系統中，主要應用的總線技術主要有以下幾種：現場總線基金會FF、控制器局域網CAN、RS-485標準協議現場總線、局域操作網絡Lonworks。目前，我國的礦井通風安全監控系統中，應用比較多的要數控制器局域網CAN總線技術了。

控制器局域網CAN總線技術在我國最初是在汽車內部構件的測量中應用，后來應用到執行汽車部件之間的數據信息通信功能，控制器局域網CAN總線技術的主要結構形式如下圖1所示。通過使用串行總線結構形式，實現全雙工方式工作，其中的消息多以消息包的形式傳送，消息包中又包含了消息識別符、遠地傳送請求、數據長度碼以及數據等內容。

圖1 CAN串行總線結構形式

在南莊公司礦井通風安全中使用控制器局域網CAN總線技術，要想實現比較理想的設計效果，達到精確的監測監控目標，必須做好通信接口設計和總線軟件設計工作，就通信接口設計而言，主要由CAN驅動器、微處理器、CAN控制器組成，而其中的CAN驅動器主要發揮著抗電磁干擾的能力，對于監控系統能夠起到過熱保護作用，在系統發生短路故障時，也能進行短路保護，且這種監控系統的耗電量不高，具有低能耗的特點，能夠保證系統的穩定安全運行。

3.2 灰色預測理論

智能傳感器是南莊公司礦井通風安全檢測系統中的關鍵部分之一，要確保這部分的性能，必須要使用灰色預測理論。傳感器的使用中需要進行自行校正，一般的自校正方法主要包括神經網絡法、曲線擬合法、查表法等，這些自校正方法在礦井通風安全監測系統中并不適用，因此，灰色預測理論就為礦井通風安全監測系統提供了有效的技術支持。灰色預測理論屬于灰色理論范疇，主要是通過數據處理的方法對于數據之間的聯系和規律進行分析查找，實現灰色數的處理。

將灰色預測理論應用到礦井的通風安全監測系統中，實現智能傳感器的自校正功能，第一步是對原始數據進行累加，弱化原始數據的序列隨機性。自系統的風壓傳感器靈敏度自校正中，這一預測理論利用等差氣壓對于相應的傳感器進行校正，在獲取原始數據后結合灰色預測理論進行計算和預測分析。南莊公司礦井通風安全監測系統中的原始數據相對較少，能夠符合灰色預測理論的應用條件。

4 礦井通風安全監測監控系統關鍵技術應用

礦井通風安全監測監控系統技術應用過程中，不穩定因素的存在必然會影響技術效果，針對南莊公司技術應用出現問題，下面將進行分析研究，提出相應的對策。

4.1 傳感器優先，注重質量

傳感器對于礦井通風安全監測監控系統的影響是不容小覷的。在整個系統構建過程中，必須把質量控制放在第一位，尤其需要注意的是傳感器質量控制，這樣可以最大限度地降低由于傳感器所引起的安全事故發生的概率，另一方面為礦井安全生產提供了堅實的保障。這就要求在傳感器采購中必須對供應商進行嚴格的把控，遵循“質量優先、信譽優先”的基本原則，從源頭上保證傳感器的質量。以瓦斯傳感器為例進行分析。在傳感器正式投入生產之前，需要對瓦斯傳感器的系統兼容問題進行試驗分析，之后再對它的抗沖擊性能以及抗毒性能進行研究，待全部試驗合格以后才能大范圍投入生產，有效地規避其中可能出現的安全問題。

4.2 強化功能，注重創新

在任何一個行業中，創新是發展的前提，尤其是在科學技術日新月異的今天，創新是企業生存的必要條件。在科學技術發展的帶動作用下，礦井通風安全監測監控系統性能也日漸完善，但是受到各種因素的影響，南莊公司系統應用仍舊存在著一定的不足，鑒于此，在今后的構成中，礦井企業應當結合自身實際創立科研小組，組建專家團隊，不斷地去鉆研，去創新，不斷地完善系統性能，特別是加強對系統防雷功能性能的研究，例如可以在保護區與中心站之間設置安全區域，實施有效的避雷措施，最大限度降低雷擊事故的發生。

4.3 做好設備養護工作

設備養護工作將直接關系到系統設備的使用壽命和性能發揮，故而在今后的工作中需要做好以下幾點。（1）制定完善的礦井通風安全監控系統設備的維修養護制度，嚴格執行，落實到實處，增加日檢、周檢、月檢以及季度檢等檢查制度，一旦發現問題必須第一時間解決。（2）對于系統重點位置可以縮減檢測周期，在生產中重點保護，避免出現安全事故。

4.4 應用效果分析

通風安全監測監控系統關鍵技術在該公司礦井中的應用降低了礦井發生爆炸的概率，及時監測出隱患，并使相關人員第一時間做出相應處理，進而在最大程度上保證了員工人身安全。例如員工傷亡這一項就為企業每年減少一百萬的成本。

5 結語

上述對南莊公司礦井通風安全監測監控系統關鍵技術應用進行了分析研究，對日常工作中如何做好系統維護等做了深入的分析，希望通過上述研究可以引起煤礦企業重視，為安全生產打下堅實的基礎。