煤礦安全監控系統現狀及智能化發展研究

【摘要】? ? 要提升煤礦機械設備生產過程中的安全監督效果，保證煤礦生產安全，就要利用先進的安全控制系統，煤礦安全監控系統作為煤礦生產中的重要設備，不僅可以人力解放，提升化煤礦機械的運轉效率，還可以實現煤礦安全生產的監督，煤礦安全監控系統以信息技術、定位技術、監控技術為基礎，隨著智能技術的發展，煤礦安全監控系統也朝著智能化的方向而發展，本文主要探討煤礦安全監控系統現狀及智能化發展。

【關鍵詞】? ? 煤礦? ? 安全監控系? ? 現狀? ? 智能化發展

引言：

煤炭屬于不可再生資源，采集過程中危險因素很多，極易發生塌落、爆炸等，從而給施工人員的生命安全帶來極大隱患，同時由于其生產危險系數大導致安全生產管理加大，不管是煤炭生產的哪一個環節，都確保安全生產，保證每一道工序的連續性，確保挖掘、采煤、運輸等所有工作環節緊密聯系，所以要加強生產全程的監控，應用安全監控系統可以提升煤炭生產的安全性，通過全程化的監督，可有效避免安全事故的發生，控制安全隱患，提升了煤礦生產的安全性和效率。

一、煤礦安全監控系統現狀

現在我國很多礦區都配備了安全監控系統，作為生產安全的監控系統，煤礦安全監控系統防范、減少煤礦安全事故方面發揮重要的價值，通過監控、預警等功能，保證了煤礦生產的安全。當下智能技術的應用發展趨于成熟，為了提升煤礦安全監控系統的準確性、靈敏性，優化其功能，提升煤礦安全監控系統的可靠性、穩定性，國家明確提出了要提升煤礦安全監控系統的要求，并對其技術指標、功能進行了明確要求，意在促進煤礦安全監控系統智能化的發展。傳統煤礦安全監控系統在可靠性、安全性、功能性等都存在一定缺陷，對傳統技術進行了升級和改造。眾所周知，安全工作是煤礦的重中之重。如何做好煤礦安全監控工作更是受到社會各界的關注，安全生產不僅關系著企業的經濟效益還關系著工作人員的生命安全。因此說煤礦生產管理需要不斷尋求新的發展，并要積極利用科技發展采用智能化安全監管系統。

（一）傳感層技術現狀

傳感器技術的應用主要存在誤報、漏報、瞬間大值、失效等，等相關穩定性與可靠性的問題，因此有必要對傳感器的防護等級進行提升，目前傳感器的最低防護等級為IP65，保證了傳感器在潮濕、遇水的環境下仍然可以正常運作，保證其核心元件不受水汽影響;在信息化建設環境下，礦井設備增多，井下環境電磁環境紊亂，傳感器、輸電路極易受到強磁的干擾，從而極易出現數據不準、通信不良等現象，對傳感器的輸出接口也進行了升級，保證其最低標準在RS485 /CAN，同時利用CRC加密校驗技術將信號干擾問題進行了解決;對傳感器的輸入端，用TVS 管端口防護技術、電氣隔離技術、濾波技術、屏蔽技術等，解決了傳感器受到二級電磁干擾的問題，提升了傳感器的抗電磁干擾性能，保證傳感器在井下可以穩定運作; 設置規范化的數字化通信接口，實現了傳感器的分級報警、故障診斷等功能，通過對傳感器的電路元件進行升級，增加了電壓監測、故障檢測、噪聲異常檢測等功能;目前具有線性自動校正功能的可調節二極管激光吸收光譜技術激光甲烷傳感、無線甲烷傳感器應用效果好，且精準性高，其中激光甲烷傳感可以對甲烷濃度可以進行線性報警，準確性極高。

（二）傳輸層技術現狀

目前總線型分站的采集功能進行了升級，由模擬量采集升級為多路總線采集，其功能有以下幾點：對數據進行分析處理、快速報警、快速控制，現在煤礦安全監控系統總線型分站有7路總線功能，其中4路負責采集傳感器數據。其中的主要元件無線信號轉換器，可以直接接入礦井總線傳感器線纜上，通過井下有線和無線傳輸網絡技術的結合，實現線路的靈活配置;區域協同控制器以嵌入式處理系統為載體，通過有線、無線的集中采集，可以根據井下環境、設備運行、人員等進行安全預判，同時還可以處理突發事故，達到事前控制的目的。區域協同控制器與多個接口，具有交換機的功能，適應環網相切、星型等多種結構，且網絡重組用時短。其中對變壓器也進行了升級，當交流電處于85 ～ 900 V之間設備也可以正常運轉，且操作靈活，不用切換抽頭，可以實現實時、遠程的監控，保證操作員及時了解電源箱的運行情況，設備升級后可以了解到續航時長，同時續航時長也被提升，電源箱的重量也變小，維修維護更加方便。

（三）應用層技術現狀

以往的煤礦安全監控系統的功能為基礎功能，如數據監測、日報查詢、操作控制等，對系統進行升級后，對地面中心站的功能進行了提升：首先，報警、斷電控制功能更加靈敏，可以結合瓦斯濃度、變化、持續時長、分布范圍進行不同等級的預警，可以實現分級分區的報警，對報警區域可以實時區域斷電，不影響其他礦井的生產。其次，對網絡、系統進行了融合應用，井下融合成本高，難度大，新的煤礦安全監控系統以地面融合為主，對原有系統的運行方式沒有進行改變，通過融合層，借助數據庫等技術完成監控系統、定位系統、報警系統的信息共享和協同執行。再次，對系統進行升級后，完成了故障自斷、自動評估等功能，通過這一功能，可以高效完成煤礦安全監控系統的維修、調整、優化。最后，通過對煤礦安全監控系統進行升級，完成了不同系統的應急聯動，當出現瓦斯超限、斷電情況后，監控系統中心可以結合廣播、無線通信、人員定位等系統進行應急撤離。

二、煤礦安全監控系統智能化發展

（一）新傳感技術及智能化發展

1.分布式激光甲烷監測技術

煤礦礦井的瓦斯監測點數量有限，傳統瓦斯監測技術采集數據不夠精準，利用分布式激光甲烷監測技術，通過其可調節的激光吸收技術，結合光路空分復用技術，通過激光引入自動校正系統，可以完成礦井中瓦斯的精準監控，解決傳統傳感器不能長時間作業的問題，降低，分布式激光甲烷監測技術可以實現8路氣室的同步監測，根據監測需求，可以擴大監測面至兩倍，監測范圍大大提升，同時響應時間也大大縮短，可以實現瓦斯的同步監測，可以提升安全預警能力。

2.高分辨率激光痕量監測技術

對于礦區而言，會有自然火災的隱患，以往技術采用束管監測系統，但是監測效果有待提升，將智能技術應用在其中，可以應用高分辨率激光痕量測量技術，應用新型的安全在線監測傳感器，實現可以實現采空區氣體的實時測量、監控、處理，縮短了火災的搶救時長。同時，這一技術還可用于礦區環境檢測，其抗干擾性強，極其穩定。

3.超聲波時差法斷面風速監測技術

采礦巷道通風性不好，應用傳統風速測量監測技術風力計算誤差大，其存在監測盲區，不能滿足采礦的通風要求。應用超聲波時差法可以對巷道的斷面風速進行測量，利用多線測量法結合巷道斷面數據，對風量可以進行精準計算，實現智能調風。

4.傳感器智能技術

傳感器智能技術采用低耗能、高性能的MCU，結合數字化對傳感器的型號、版本、生產日期、出廠、供電信息、故障等進行全周期的維護，同時增加了動態芯片，對傳感器的安裝位置變化等進行了監控。

（二）新型供電傳輸技術發展

1.分布式供電技術

現有的監控系統是依靠通信電纜與分站設備進行連接實現遠程監控的，但是線路分布復雜，操作不靈活，感應效能也較差，可以對負載動態、電能拾取裝置小型化技術加大研究，礦井分布式非接觸供電系統供電可靠性增強、遠程供電能力增強，實現可靈活的線路接入，其應用了電力載波傳輸技術，提升了信號強度，電力荷載也有所提升。

2.一體化采集系統

該系統可以完成井下系統的融合，通過現有數據將系統進行融合，借助廠家提供的線路接口，可以完成大量數據的儲存，減少了數據的中間處理環節，提升了數據處理效率。

（三）系統數據應用趨勢

1.對監測數據的充分利用

監控系統需要對大量數據進行分析，通過數據模型從不同角度了解瓦斯的分布、濃度等情況，通過異常數據可以實現事前的預防，而不是單純的事故后處理，監控的價值就體現于此。結合分布式多點激光甲烷監測技術可以完成對礦井瓦斯濃度、分布，巷道風速的測量，建立固定時間段內瓦斯的變化發展模型，從而了解瓦斯變化規律，做好安全預警工作，針對礦井外的火災，對CO2、溫度、煙霧等利用傳感器數據進行分析，建立火災模型，從而做好火災預防、逃亡等，在發生煤自燃火災時，用高分辨率激光痕量檢測技術檢測的煤自燃情況，進而建立模型。

2.加強生產和系統協同管控

目前的煤礦安全監控系統還未能實現和生產的協同管控，很多因素都會導致生產中斷。安全和高效生產仍然不能同時實現，因此要積極用預警技術、監控技術實現安全生產。

三、結束語

綜上所述，智能化煤礦企業的建設對監測監控系統的功能性、穩定性要求日益提高，把握未來技術發展的核心需求具有重要意義。對于煤礦企業工程技術人員來說積極總結安全監控系統智能化的發展經驗，對于提升煤礦安全監控能力將有著極其重要的意義，今后煤礦安全監控系統的應用將會更加廣泛和有效，要充分發揮科技在煤炭生產應用中的價值，應用智能技術將進一步促進煤炭智能化安全生產。

作者單位：李敏? ? 山東能源集團兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦信息中心

參? 考? 文? 獻

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