高河煤礦設備監控系統升級改造及未來發展

郭勤勤

（山西高河能源有限公司， 山西 長治 046000）

引言

煤礦設備監控系統對保障煤礦安全生產起到了顯著的作用，通過對系統的集成可以實現對井下水害、火災、瓦斯及其他有毒有害氣體的分級報警和預測。其中，礦用傳感器作為一種測量系統，是安全監控系統中的重要組成部分，其準確與否直接影響實測數據的準確性[1]。隨著礦山規模的提高，高河煤礦現有設備監控系統已經很難適應現代化礦井的需求，因此需要進行一定程度的升級改造。

1 高河煤礦監控系統存在的問題

煤礦安全監控系統中，很多問題都與傳感器的優劣有直接關系。設備傳感器的本質是測量工具，如對瓦斯濃度、CO2濃度、空氣溫/濕度的測量，都是依靠傳感器進行數據信號的傳遞[2]。傳感器在井下獲得數據后，對數據按一定的規律編譯為電信號再傳遞至工作面監控中心，進而讓技術人員對生產安全情況有更深的了解。但隨著生產規模的加大，一些老式傳感器的問題逐漸暴露，總結如下：

1.1 無效數據無法有效識別

在對煤礦生產的監控過程中會有偽數據產生。偽數據通常由以下兩種情況產生[3]：

1）當傳感器處于調校狀態或所調校氣體濃度超過警戒值時。

2）當設備出現故障、元件失效異常或電路破損、受潮時。偽數據通常是無效數據，過多偽數據堆積會造成高河煤礦安全監控系統誤差率的增大，并使空間占用率高居不下，同時影響系統對有效數據的判斷。

1.2 信號傳輸效率慢

高河煤礦屬于大型國有煤礦，井下工作面巷道超過數千米，根據規定監控分站還無法設置在工作面回風巷內，雖然采取了增加電纜截面積等擴容措施，但仍無法滿足信號傳輸距離的要求，效果不明顯。

1.3 系統安裝使用復雜

高河煤礦設備監控系統存在如下問題：

1）調試不便：由于系統需要對礦井全覆蓋，監控終端與傳感器數量龐大，分站與傳感器的間距從幾百米至極千米不等，加上井下工作環境復雜，對設備的調試工作造成一定障礙。

2）安裝煩瑣：對傳感器的安裝需要與地面進行實時溝通，首先將傳感器連接到分站傳輸總線端口，然后在地面監控系統對傳感器屬性進行配置，如果發生配置不符、端口與接線不一致的情況，則會導致傳感器無法準確識別、報警點偏差等情況，從而影響系統對數據真偽的判定，埋下安全隱患。

1.4 故障診斷功能簡單

煤礦安全監控系統組成部分復雜，硬件涉及較多，當分站、傳感器出現故障或電源不穩定時都需要進行及時診斷。但由于現有設備自行診斷功能簡單，需要人員下井排查，從而耽誤了企業的正常生產。

2 高河煤礦設備監控系統升級改造措施

2.1 傳感器的升級優化

井下設備傳感器的防護等級均升級到了IP65，從防塵和防水兩個方面進行了優化提升，減少了傳感器誤報警發生的概率。在配置方面，達到如下功能：

1）實現了數字化傳輸，提升了系統性能指標，讓安全監控系統數據傳輸和動作響應更加快速、靈敏、可靠。

2）新增了自我診斷、自我評估功能，在系統配置不正確時，能夠及時提醒操作人員進行修正，并能夠避免因誤操作導致的誤報警事故發生。

3）多系統融合，與精準定位系統、應急廣播系統實現了應急聯動。

2.2 UWB 精準定位系統的使用

高河煤礦在定位系統方面升級了最新研發的KJ464 型精準定位系統，其由地面服務器、交換機和地下分站、傳感器定位孔組成，其架構如下頁圖1 所示，并與省級事故風險分析平臺成功接網。該系統采用了UWB 的定位技術，實現了井下所有巷道的信號“全覆蓋”，實現了對井下人員目標的“全程、實時、連續、厘米級的精確定位跟蹤”，同時實現了對井下人員的“實時雙向無線尋呼”。該系統能夠準確監測任意時刻、任意地點的人員、車輛位置，以快速搜索人員、車輛的具體精確位置和運動狀態。

圖1 精準定位網絡架構

2.3 工業視頻監控系統

在視頻監控方面升級了海康威視IVMS-8800型工業視頻監控系統，系統采用數字信號傳輸，視頻信號經過礦井萬兆工業以太環網傳輸至調度中心，網絡傳輸協議為TCP/IP 協議，同時通過萬兆環網接收來自調度中心的控制信息，來控制攝像機的各種動作及變焦等功能，覆蓋整個礦井。系統對視頻數據信號存儲時間超過7 d，可以同時監看多路不同的圖像，實現了對攝像儀的遠程控制、回訪和警視聯動功能，最終與省級事故風險分析平臺聯網運行。高河煤礦安全監控系統聯網示意圖，如圖2 所示。

圖2 高河煤礦安全監控系統聯網示意圖

3 監控系統的未來發展

3.1 物聯網技術的應用

礦用物聯網技術，可以對全礦井的動/靜目標實現有效管控和人機環動態閉鎖。例如對重大設備的生產、運輸、儲存、使用和維護進行全程跟蹤管理，并在設備出現故障時進行自我診斷，因此可以在煤礦安全生產和應急救援方面提供有效的信息保障。

3.2 煤礦一體化通信技術的應用

煤礦一體化通信技術在日常生產調度和應急通信方面具有廣闊的前景。通過研究有線/無線的一體化通信系統，對語音、文字、視頻等多媒體信號進行編譯，使生產調度更加便捷、報警聯動更為及時、應急呼叫更加準確、避險與位置監測更有效。

3.3 無人工作面技術的應用

采掘工作面是煤礦事故的高風險地點，如何通過設備代替人工，從根本上降低作業人員的數量是減少事故發生危害的根本方法。目前智能化礦山的建設已經提出，采煤工作面需做到對回采巷道的遠程遙控和記憶割煤。近年來，很多科研院所正在進行自動識別煤巖的技術攻關，將來還會對支護設備、采煤設備、煤炭運輸設備進行精準定位，無人化工作面的技術發展將大有可為。

4 結語

結合高河煤礦設備監控系統現存問題和目前智能化礦山建設的分析，提出了如傳感器的升級優化、精準定位系統的更新、工業視頻監控的改造等具體措施。通過一系列改造工程的實施，不僅促進了安全監控多元融合和信息共享，還實現了監控數據的深度分析和綜合利用。下一步將對不同廠家生產的敏感元器件在信號模式、接口協議和數據通信等方面制定統一標準，進一步提高煤礦安全預測預警水平。