基于電子信息技術(shù)在束管監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)

李建軍 李榮升

（陽泉市南莊煤炭集團(tuán)有限公司南莊公司，山西 陽泉 045000）

1 引言

南莊礦預(yù)防煤層自然發(fā)火主要依靠束管監(jiān)測系統(tǒng)，通過對井下有自然發(fā)火的危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行全面監(jiān)測監(jiān)控，對采空區(qū)、工作面及巷道內(nèi)火災(zāi)指標(biāo)氣體成分進(jìn)行分析，來預(yù)測煤層自然發(fā)火情況[1]。但是在實(shí)際應(yīng)用中卻存在著束管管路破損維護(hù)、氣樣易污染不純、監(jiān)測人員技術(shù)差異、無法實(shí)時監(jiān)測[2]、數(shù)據(jù)分析指標(biāo)單一等問題。南莊礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)中電子信息技術(shù)主要運(yùn)用于井下人員定位和井下巷道監(jiān)控。該礦檢測設(shè)備老舊而且不夠全面，安全信息平臺建設(shè)停滯不前，電子信息化水平整體不高，技術(shù)人員檢測數(shù)據(jù)差異性很大，造成了目前面臨著安全問題考驗(yàn)的局面。因此，束管監(jiān)測系統(tǒng)有必要結(jié)合電子信息技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)，來提高南莊礦信息化建設(shè)水平和解決實(shí)際運(yùn)用中的難題。

2 電子信息技術(shù)的優(yōu)勢特點(diǎn)

電子信息技術(shù)成為當(dāng)代最活躍、滲透力最強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)之一，隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，各種電子信息技術(shù)已應(yīng)用于各大企業(yè)生產(chǎn)中，電子信息產(chǎn)業(yè)已成為一種新興的高科技產(chǎn)業(yè)[3]。依據(jù)電子信息技術(shù)設(shè)計(jì)的設(shè)備產(chǎn)品應(yīng)用上主要體現(xiàn)形式是一體化特點(diǎn)，機(jī)電一體化可以提高產(chǎn)品設(shè)備的自動實(shí)時監(jiān)控能力、預(yù)警能力和決策管理能力等。

電子信息技術(shù)具有以下三方面優(yōu)勢特點(diǎn)：

（1）智能化。智能化是指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)等技術(shù)匯集，最終形成一種針對某一方面應(yīng)用的智能集合，如智能交通信號燈控制、監(jiān)管系統(tǒng)都應(yīng)用到了智能化技術(shù)。

（2）數(shù)字化。數(shù)字化是把現(xiàn)場各種復(fù)雜情況的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字或數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起數(shù)字化模型，轉(zhuǎn)變成代碼，將其引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，再對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。數(shù)字化具有直觀、穩(wěn)定、可靠、簡單等特點(diǎn)，能為技術(shù)人員減輕工作負(fù)擔(dān)，減少人力物力資源。

（3）網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化是指用通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，把各個地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)及各類電子設(shè)備互相連接，按照一定的網(wǎng)絡(luò)程序軟件達(dá)到相互通信的目的，使得各個用戶都能夠在同一時間共享各種數(shù)據(jù)、圖片等信息資源。網(wǎng)絡(luò)化具有實(shí)時、反應(yīng)快捷的特點(diǎn)。

3 電子信息技術(shù)在束管監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 電子信息技術(shù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案

為解決南莊礦現(xiàn)有束管監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合電子信息技術(shù)的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化三大優(yōu)勢特點(diǎn)，設(shè)計(jì)如圖1所示的新型束管監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)主要由井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和地面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，地面與井下有局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息暢通，井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是通過布置在危險(xiǎn)區(qū)域的傳感器和束管氣樣監(jiān)測分析，實(shí)時采集所監(jiān)控區(qū)域的瓦斯、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度等指標(biāo)，井下監(jiān)測的數(shù)字化信息通過有線網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，再經(jīng)過調(diào)度室和監(jiān)測監(jiān)控中心來對信息綜合決策，通過智能預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)來判斷預(yù)警級別，并作出相應(yīng)的預(yù)警級別響應(yīng)措施，實(shí)現(xiàn)對井下監(jiān)測監(jiān)控目的，保證南莊礦安全生產(chǎn)。

圖1 新型束管監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 系統(tǒng)功能分析

（1）實(shí)時監(jiān)測

將氣樣和溫度采集分析設(shè)置在井下可避免長管路鋪設(shè)和后期維護(hù)困難等問題，能極大地減小由于抽氣排空而導(dǎo)致監(jiān)測區(qū)域時間滯后的可能性，能保證數(shù)據(jù)的精確性。系統(tǒng)可采集瓦斯、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度等多重指標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)、電、瓦斯閉鎖功能。井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)工作面危險(xiǎn)區(qū)域合理布置傳感器的數(shù)量、類型、位置，可實(shí)時顯示所監(jiān)測區(qū)域的指標(biāo)數(shù)據(jù)動態(tài)圖形、歷史曲線，并且操作員可設(shè)定監(jiān)測起止時間，自動生成報(bào)表，報(bào)表里的數(shù)字化信息數(shù)據(jù)能實(shí)時傳輸至地面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）自動監(jiān)控

井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通過風(fēng)速傳感器、風(fēng)壓傳感器、溫度傳感器以及束管采集到的氣體成分等數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崟r獲得井下實(shí)際情況，再通過局域網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，利用設(shè)計(jì)的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)軟件對采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對測點(diǎn)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚，對超過《煤礦安全規(guī)程》的指標(biāo)數(shù)據(jù)所對應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行超限報(bào)警提示，可實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控功能。

（3）智能預(yù)警

井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)里的應(yīng)用軟件具備自動搜索瓦斯超限、停風(fēng)區(qū)域、風(fēng)壓異常變化區(qū)域、溫度異常區(qū)域，并且達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)后自動實(shí)現(xiàn)區(qū)域報(bào)警。地面計(jì)算機(jī)智能預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)測區(qū)域所有可能產(chǎn)生的指標(biāo)氣體濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度劃分到相應(yīng)的預(yù)警級別，同時每一個預(yù)警級別都有相對應(yīng)的安全措施數(shù)字化編入智能預(yù)警系統(tǒng)中，通過井下實(shí)時傳輸?shù)降孛娴挠?jì)算機(jī)智能預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，由該系統(tǒng)智能判斷井下監(jiān)測區(qū)域的實(shí)際情況，并作出對應(yīng)的級別響應(yīng)措施，可避免有操作員主觀判斷錯誤的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)綜合智能預(yù)警功能。

3.3 結(jié)合實(shí)例應(yīng)用分析

為保證南莊礦8824綜采工作面防滅火工作做到科學(xué)、安全、有效，結(jié)合8824綜采工作面實(shí)際開采情況，設(shè)計(jì)了8824工作面煤自燃預(yù)測預(yù)報(bào)系統(tǒng)，束管監(jiān)測監(jiān)控測點(diǎn)布置方案如圖2所示。在采空區(qū)內(nèi)部，沿著回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷布置在采空區(qū)內(nèi)距離工作面30m和60m處，設(shè)置有4個束管測點(diǎn)，如圖2所示的1、2、3、4四點(diǎn)，束管采用無縫鋼管保護(hù)。在工作面和回風(fēng)巷中，測點(diǎn)分別布置在上下隅角、工作面和回風(fēng)巷中部，測點(diǎn)布置有CO傳感器、CH4傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)壓傳感器和溫度傳感器，如圖2所示的5、6、7、8四點(diǎn)。隨著工作面的推進(jìn)，測點(diǎn)也向前移動。井下監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通過工作面布置的各種傳感器，對CO、CH4、溫度、風(fēng)壓和風(fēng)速等進(jìn)行24h連續(xù)循環(huán)監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果和采樣氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嬗?jì)算機(jī)智能預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，以報(bào)表、曲線、趨勢預(yù)警等形式實(shí)時滾動發(fā)布，一旦超限（按《煤礦安全規(guī)程》的要求設(shè)定）就進(jìn)行聲報(bào)警。

圖2 束管監(jiān)測監(jiān)控測點(diǎn)布置示意圖

根據(jù)南莊礦8824工作面煤層煤樣氧化升溫實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可初步按照如表1所示的CO氣體監(jiān)測預(yù)警體系表來指導(dǎo)8824工作面的防滅火工作。分5個預(yù)警級別，每個級別都有對應(yīng)的預(yù)警響應(yīng)措施。依托CO氣體監(jiān)測預(yù)警體系來開發(fā)設(shè)計(jì)的智能預(yù)警程序已運(yùn)用在該工作面的束管監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中，目前針對監(jiān)測到的CO數(shù)據(jù)異常情況，已嚴(yán)格按照預(yù)警級別來采取響應(yīng)措施，充分體現(xiàn)了該技術(shù)方案的優(yōu)越性。

4 結(jié)論

電子信息技術(shù)在南莊礦束管監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用并不完善，結(jié)合電子信息技術(shù)中的智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種新型束管監(jiān)測監(jiān)控方案，在一定程度上可實(shí)現(xiàn)南莊礦8824工作面安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控信息暢通，提高礦井安全實(shí)時監(jiān)測、自動監(jiān)控和智能預(yù)警水平，增強(qiáng)該礦8824工作面防滅火工作的可靠性。

表1 CO氣體監(jiān)測預(yù)警體系表