【摘 要】煤炭在我國一次性能源結(jié)構(gòu)中占到7/10左右，短時(shí)間內(nèi)難以尋找到新的清潔能源取而代之。但煤炭生產(chǎn)行業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高，一方面要面對(duì)來自地質(zhì)條件和賦存條件的壓力，而另一方面也受到諸如瓦斯、火、粉塵等自然因素的威脅，為了便于管理此類礦井的瓦斯通風(fēng)安全，應(yīng)建立科學(xué)高效的瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，換句話說，瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)是預(yù)防各類瓦斯災(zāi)害的重要保障?；谝陨现匾?，分析本文從系統(tǒng)概念、配置要求、設(shè)備選型幾個(gè)方面對(duì)如何建立瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)最優(yōu)系統(tǒng)提出了幾點(diǎn)看法。

【關(guān)鍵詞】礦山；瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；系統(tǒng)概念；配置要求；設(shè)備選型

0.引言

煤炭目前仍是中國最為重要的能源資源，其生產(chǎn)安全一直受到政府及社會(huì)各階層的關(guān)注。當(dāng)前，中國煤礦安全生產(chǎn)面臨的形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，僅僅依靠人工監(jiān)測(cè)手段難以滿足礦井對(duì)生產(chǎn)安全的要求，且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)難以保證準(zhǔn)確性與及時(shí)性，因此需要建立一個(gè)科學(xué)高效的瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)工作環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全天侯、全方位的監(jiān)測(cè)。

1.瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的概念

礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由監(jiān)測(cè)傳感器、井下分站、信息傳輸系統(tǒng)和地面中心站等部分組成。

（1）監(jiān)測(cè)傳感器。作為系統(tǒng)的感知元件，傳感品用來測(cè)量系統(tǒng)所需測(cè)量的量或判斷設(shè)備、設(shè)施狀態(tài)。其主要有甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、壓力傳感器及各種狀態(tài)（開關(guān)）傳感器等。傳感器的供電方式有兩種：一種是一個(gè)傳感器一個(gè)電源箱；另一個(gè)是集中供電的方式，即若干個(gè)傳感器共用一個(gè)電源箱，而這種電源箱大多和系統(tǒng)分站在一起，井下使用的傳感器的供電電源必須是本質(zhì)安全型的。傳感器模擬出的被測(cè)量的電信號(hào)分為電壓型！電流型和脈沖型3種。

（2）井下分站。井下分站的作用是收集接入的各種傳感器送來的模擬信號(hào)并進(jìn)行整理；根據(jù)中心站的命令將各種監(jiān)測(cè)參數(shù)和設(shè)施、設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給中心站；接收中心站的控制信息，執(zhí)行中心站的各種控制命令，控制所關(guān)聯(lián)的設(shè)備、設(shè)施。一些智能化程度比較高的分站，在系統(tǒng)電纜斷開后，分站仍能繼續(xù)工作，如實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警、斷電、連續(xù)記錄監(jiān)測(cè)參數(shù)等。目前井下分站的發(fā)展趨勢(shì)主要是提高智能化程度，一般來說分站備有備用電源，在電網(wǎng)停電時(shí)仍能繼續(xù)工作。大多數(shù)分站可以接入4～8個(gè)模擬量，輸出2～3個(gè)控制量。

（3）信息傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)是井下分站和地面中心站間的連接部分，它直接決定信息的傳輸質(zhì)量和間接影響系統(tǒng)的投資費(fèi)用。在電磁干擾大，環(huán)境潮濕，有易燃、易爆、腐蝕性氣體，空間小，有頂板冒落危險(xiǎn)的井下，對(duì)信息傳輸提出了特殊的要求，特別是傳感器分散分布，信號(hào)無法集中發(fā)送時(shí)，情況尤為突出。這就造成了礦井信息傳輸系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特殊性。信息傳輸系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可分為放射狀、環(huán)狀和樹狀3種。

（4）地面中心站。地面中心站是礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最為核心的部分。一般而言，它由計(jì)算機(jī)和信號(hào)傳輸接口組成。信號(hào)傳輸接口將井下傳來的信號(hào)解調(diào)送入計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)則通過信息傳輸系統(tǒng)，向井下各分站進(jìn)行通訊聯(lián)系，發(fā)出指令，指揮各分站向中心站送回各種監(jiān)測(cè)量。地面中心站的計(jì)算機(jī)根據(jù)井下各分站送來的各種監(jiān)測(cè)信息處理的結(jié)果，必要時(shí)可向有關(guān)分站發(fā)出指令，指揮分站控制某種對(duì)象（如井下某地區(qū)瓦斯?jié)舛瘸?，切斷該地區(qū)的電源），操作人員也可根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的清單，向計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，計(jì)算機(jī)通過顯示屏顯示各種數(shù)據(jù)，既有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以了解過去某一階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的選擇配置要求

礦井使用瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的是為了通過采用新技術(shù)來改進(jìn)采掘過程中的安全狀況，改善礦井的環(huán)境與安全條件，提高生產(chǎn)率；保證礦井的生產(chǎn)計(jì)劃和工程的實(shí)現(xiàn)。為此，系統(tǒng)的選擇主要應(yīng)從如下幾個(gè)方面考慮。

（1）礦井災(zāi)害情況。如礦井瓦斯涌出量、煤層自然發(fā)火、沖擊地壓和地溫地?zé)岬葹?zāi)害及程度都是確定建立礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類型的依據(jù)。

（2）礦井生產(chǎn)情況。要根據(jù)礦井生產(chǎn)能力的大小與生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜程度，以及井下采掘工作面的數(shù)量、機(jī)電硐室數(shù)目、裝煤點(diǎn)數(shù)目、風(fēng)硐等一些需要監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的數(shù)量來確定瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的裝備容量，并在此基礎(chǔ)上再考慮20%～30%的備用量。

（3）系統(tǒng)的功能。選擇礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先配用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，除漢字功能外，其軟件功能要強(qiáng)，易于開發(fā)，有足夠的容量，能夠用來開展通風(fēng)安全管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算及報(bào)表編制工作，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，應(yīng)考慮生產(chǎn)監(jiān)控和安全監(jiān)測(cè)自成系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)的選型上應(yīng)優(yōu)先使用兼容機(jī)種，要能方便地和礦、局計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

3.監(jiān)控設(shè)備選型要求

（1）監(jiān)控設(shè)備選型原則。礦井監(jiān)控系統(tǒng)是以環(huán)境監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)設(shè)備工況監(jiān)控為目的，因此，礦井監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足：可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、抗故障能力強(qiáng)、監(jiān)控種類多（ 如甲烷、風(fēng)速等多種物理量的監(jiān)測(cè)）、容量大、監(jiān)控距離遠(yuǎn)、監(jiān)控周期短、處理軟件豐富、顯示直觀、操作方便、使用電纜少、安裝維修方便、投資少、可配置遠(yuǎn)距離終端、方便與上級(jí)主管部門聯(lián)網(wǎng)的要求。

（2）監(jiān)控總站和各分站主要設(shè)備?；九渲茫悍终局鳈C(jī)、電源、傳感器電源、甲烷超限報(bào)警斷電閉鎖裝置。井下分站應(yīng)安裝在便于工作人員觀察、調(diào)度、檢驗(yàn)、支護(hù)良好、無滴水、無雜物的入風(fēng)巷道或硐室中。其距離巷道底板的高度不應(yīng)小于0.3m，并加墊木或支架牢固固定。獨(dú)立的聲光報(bào)警箱要懸掛在巷道頂板以下300～400mm處，懸掛位置應(yīng)滿足報(bào)警聲能讓需要聽到的人聽到的要求。地面中心站的布置要求：礦井監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中心站應(yīng)配備2臺(tái)計(jì)算機(jī)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，并配有打印機(jī)和屏幕顯示器。中心站要能遙測(cè)和記錄所有瓦斯傳感器的數(shù)據(jù)。中心站計(jì)算機(jī)電源應(yīng)有在線式不間斷電源或交流穩(wěn)壓器加后備式不間斷電源供給。中心站機(jī)房應(yīng)采用空調(diào)設(shè)施及抗靜電地板。

4.傳輸設(shè)備及器材選型要求

（1）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳輸電纜要專用，不能與井下通信電纜合用，以提高可靠性。

（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各設(shè)備之間本質(zhì)安全信號(hào)的連接宜選用藍(lán)色外護(hù)套的礦用通信和信號(hào)電纜，井下非本質(zhì)安全信號(hào)之間的連接不宜使用藍(lán)色外護(hù)套的電纜。

（3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中井下設(shè)備所使用的電纜應(yīng)具有阻燃性能。

（4）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各設(shè)備之間的連接電纜需加長或作分支連接時(shí)，被連接電纜的芯線應(yīng)采用盒線，或具有接線盒功能的裝置，用螺釘壓接或插頭插座插接，不得采用電纜芯線導(dǎo)體的直接搭接或繞接的方式。

（5）具有屏蔽層的電纜，其屏蔽層不宜用做信號(hào)的有效通路。在用電纜加長或分支連接時(shí)，相應(yīng)電纜之間的屏蔽層應(yīng)具有良好的連接，而且在電氣上連接在一起的屏蔽層一般只允許一個(gè)點(diǎn)與大地相連。

（6）所有傳輸系統(tǒng)直流電源和信號(hào)的電纜盡量與電力電纜在巷道兩側(cè)敷設(shè)，若必須在同一側(cè)平行敷設(shè)時(shí)，它們與電力電纜的距離不宜小于0.5m。

5.結(jié)語

建立瓦斯監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的根本目的是為了對(duì)工作環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行全天侯、全方位的監(jiān)測(cè)，以保證礦井生產(chǎn)安全和提高工作效率。其不可或缺性要求我們?cè)诮⒋讼到y(tǒng)時(shí)應(yīng)著重考慮針對(duì)性和功能性，通過選擇合適的設(shè)備或器材建構(gòu)科學(xué)穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng)來為礦山安全生產(chǎn)服務(wù)。 [科]

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