李冬棟

【摘 要】安全監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦預(yù)防自然災(zāi)害、有害氣體等事故的重要手段。我國煤礦監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)種類繁多，生產(chǎn)廠家眾多，但是各個廠商技術(shù)實力差距較大，安全監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在一些問題。本文立足于我國煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀，深入分析煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，在進(jìn)行大量的調(diào)研后，提出優(yōu)化我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)措施。

【關(guān)鍵詞】煤礦安全；監(jiān)測監(jiān)控；問題；優(yōu)化

一、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)使用中存在的問題

（一）載體催化元件傳感器易受影響

煤礦井下作業(yè)環(huán)境比較差，產(chǎn)生的粉塵多，入井設(shè)備需要有比地面更高水平的防護(hù)級別，同時井下部分地點還會因作業(yè)而產(chǎn)生H2S、SO2等有毒有害氣體。這些氣體及粉塵會引起監(jiān)控設(shè)備零部件出現(xiàn)中毒、腐蝕或電路故障等情況，使傳感器在井下工作時出現(xiàn)不可靠性的概率增加。當(dāng)傳感器催化元件被水汽、油污等液體封堵，或傳感器受到猛烈撞擊時，傳感器檢測輸出的數(shù)值會與現(xiàn)場真實數(shù)值產(chǎn)生較大偏差。當(dāng)前普遍采用的載體催化傳感技術(shù)成本雖低，但性能較落后，在工作過程中會出現(xiàn)不穩(wěn)定、零點漂移的情況，同時傳感器在進(jìn)行測量工作時，所處通風(fēng)環(huán)境還會對傳感器測量造成一定影響，進(jìn)一步降低了傳感器測量的準(zhǔn)確度。

（二）監(jiān)控設(shè)備抗干擾能力需要加強(qiáng)

由于日常開展井下作業(yè)時，作業(yè)空間環(huán)境比較狹小，一些強(qiáng)電場及磁場干擾源會對傳感器造成比較嚴(yán)重的影響，這使得傳感器不能正常工作。傳感器的輸出信號一般比較微弱（mV、mA級別），而井下的大功率、大耗能設(shè)備很多，特別是大功率感性負(fù)載的啟停往往會產(chǎn)生幾百伏甚至幾千伏的尖脈沖干擾，同時井下監(jiān)控系統(tǒng)的信號電纜與交流動力電纜往往與長巷道同走向敷設(shè)布置，會出現(xiàn)搭接共鉤現(xiàn)象，如果信號電纜的屏蔽處理不到位，就會出現(xiàn)干擾情況?？傮w而言，監(jiān)控信號的傳輸過程中信號的抗干擾能力比較弱。

（三）監(jiān)測設(shè)備整體智能化較低

當(dāng)前安裝的大多數(shù)傳感器，一臺只能監(jiān)測到一種氣體參數(shù)或設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，采集數(shù)據(jù)信息單一，對傳感器自身的運(yùn)行狀況、完好情況無法做出自診斷，需要人工日常維護(hù)判斷；同時，與分站的連接多靠電纜連接，無法自組網(wǎng)，由于井下環(huán)境復(fù)雜造成布線受空間限制嚴(yán)重，各個傳感器之間無法相互連接通訊；同時，現(xiàn)場作業(yè)人員獲取傳感器的數(shù)據(jù)只能靠觀察和聲光信號判斷，現(xiàn)場交互能力弱導(dǎo)致安全保障能力低。

（四）現(xiàn)有數(shù)據(jù)利用率低

由于開采煤層的多樣性和礦井井下現(xiàn)場的復(fù)雜性，歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的保存和分析可以有效指導(dǎo)今后的生產(chǎn)作業(yè)情況，但實際情況是數(shù)據(jù)僅僅用作當(dāng)前作業(yè)情況的分析，之后僅作為一種安全監(jiān)管的手段，不再有其他用途。各種設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、通風(fēng)環(huán)境參數(shù)等未能有效與采掘作業(yè)、機(jī)電設(shè)備管理、通風(fēng)瓦斯治理關(guān)聯(lián)，不能有效指導(dǎo)現(xiàn)場作業(yè)和設(shè)備檢修維護(hù)工作。

二、煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的選擇管理

（一）系統(tǒng)地面中心站

對于系統(tǒng)地面中心站的選擇管理，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的地面中心站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)部分一般來說選擇最新配置的工控機(jī)，為信息的有效處理和傳遞提供保障。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中井下分站

重點是保證系統(tǒng)電力供應(yīng)和監(jiān)測設(shè)備能夠處于正常的運(yùn)行狀態(tài)，在進(jìn)行分組選擇管理時，需要滿足井下環(huán)境瓦斯超限斷電的條件，保證分站的正常運(yùn)行。同時，在不斷運(yùn)行的過程中，對電氣設(shè)備的運(yùn)行安全提供保障，選擇使用隔爆型電器。

（三）安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)的通信

1.系統(tǒng)通信方式的選擇。目標(biāo)是提升監(jiān)測控制信號的傳遞效率，通信模式需要選取集中信息傳遞量的方法；通信傳輸過程中使用統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行的開放式傳輸。能夠最大化地滿足通信監(jiān)測和控制管理。

2.系統(tǒng)通信協(xié)議的選擇。在設(shè)計過程中，采用的是國際標(biāo)準(zhǔn)的IP通信協(xié)議，結(jié)合相關(guān)管理信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，成立網(wǎng)絡(luò)鏈接，以實現(xiàn)通信傳輸。

三、煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化措施

（一）推廣先進(jìn)監(jiān)控傳感器

高性能傳感器是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障，推廣使用先進(jìn)的監(jiān)控傳感器既能提高監(jiān)控系統(tǒng)可靠性，又能減少人工維護(hù)量。

1.激光甲烷傳感器。傳感器采用光譜吸收原理測量甲烷氣體濃度，與催化式甲烷傳感器相比，具有響應(yīng)速度快、測量精確、抗交叉干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定的特點，可長期在線工作，無須頻繁校準(zhǔn)，是載體催化式甲烷傳感器理想的替代品。

2.無線傳感器。傳感器自動將數(shù)據(jù)通過無線信號傳給分站，實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)絡(luò)的無縫對接。適用于井下綜采工作面回風(fēng)隅角、掘進(jìn)工作面等傳感器設(shè)置密集度較大的位置或需經(jīng)常移動的位置。無線傳感器技術(shù)可以減少人為移動傳感器導(dǎo)致纜線接觸不良造成的監(jiān)控系統(tǒng)誤報警，還可以節(jié)省監(jiān)測纜線，減少成本費(fèi)用。

3.自診斷型傳感器。能在電源接通時進(jìn)行自檢，診斷測試以確定組件有無故障，并定位故障。具有自診斷功能的傳感器給使用和維修帶來了很大的方便，是提高儀器可靠性的必要手段。

4.多參數(shù)型傳感器。由若干種各不相同的敏感元件組成，可以用來同時測量多種參數(shù)，傳感器集成度高、體積小，適用于綜采、掘進(jìn)工作面等傳感器設(shè)置密集度較大的位置。

（二）推廣數(shù)字式通信技術(shù)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)除主干網(wǎng)升級為工業(yè)以太網(wǎng) + CAN 總線傳輸方式外，分站之間、分站與傳感器之間也應(yīng)采用 CAN 總線進(jìn)行互連互控。CAN總線是一種用于實時應(yīng)用的串行通信協(xié)議總線，具有尋址及檢錯能力，有很強(qiáng)的實時性和可靠性。同時，總線具備自動仲裁機(jī)制，如果有兩個或兩個以上的節(jié)點同時發(fā)送報文，可通過使用優(yōu)先級標(biāo)識符的逐位仲裁解決碰撞問題。基于 CAN 總線通訊的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的“多主并發(fā)”、“主動上傳”數(shù)據(jù)傳輸方式，井下傳感器狀態(tài)發(fā)生變化，無須上位機(jī)輪詢，即可在 10s 內(nèi)主動將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送至地面，分站之間的異地斷電功能也無須上位機(jī)參與，便可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，有效縮短異地斷電時間。同時，傳感器使用數(shù)字總線傳輸數(shù)據(jù)，多個傳感器可共用一條數(shù)字總線，降低安裝和維護(hù)的線纜成本。

（三）強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

系統(tǒng)應(yīng)具有大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用功能，實現(xiàn)偽數(shù)據(jù)的標(biāo)注及濾除分析；通過搭建瓦斯突出、火災(zāi)預(yù)警模型，可實現(xiàn)對瓦斯涌出、火災(zāi)等的預(yù)測預(yù)警；根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊拇笮?、瓦斯超限持續(xù)時間、瓦斯超限范圍等設(shè)置不同的報警級別，實現(xiàn)分級響應(yīng)；可與人員定位、應(yīng)急廣播、無線通信等系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，在瓦斯超限、斷電等需立即撤人的緊急情況下，可自動與應(yīng)急廣播、通信、人員定位等系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動。

（四）完善監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能

監(jiān)控軟件應(yīng)采用 B/S 結(jié)構(gòu)，在機(jī)房設(shè)置主、備服務(wù)器，不同的終端用戶只輸入 IP 地址或網(wǎng)址即可完成數(shù)據(jù)、圖形、報表的查閱和系統(tǒng)設(shè)置。軟件可利用 GIS 礦圖技術(shù)，將監(jiān)控數(shù)據(jù)和地圖信息相結(jié)合，利用 MD5、RSA 等數(shù)據(jù)庫加密技術(shù)，對重點監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。軟件應(yīng)完善自診斷、自評估技術(shù)，全面提升智能化水平。

四、結(jié)語

信息化的新媒體時代，大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢是不可避免的，不僅給各行各業(yè)帶來了便利，也打開了我們分析數(shù)據(jù)的新視角，在煤礦事業(yè)的發(fā)展上也起到了一定的推動作用。全面的分析數(shù)據(jù)，讓我們在安全管理上更具有科學(xué)性，所以，煤礦管理層應(yīng)該將大數(shù)據(jù)進(jìn)行全面推廣，轉(zhuǎn)變管理思維，分析事故全面化。

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