王世斌，劉長來，王西才，王 寧

(1.陜西煤業(yè)化工集團有限責任公司，陜西 西安 710100；2.陜西煤業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077)

0 引言

當前，隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)工作的日益重視，煤礦安全標志的陸續(xù)完善和煤礦工人安全意識的不斷提高，煤礦瓦斯安全監(jiān)測與治理成為了煤礦安全生產(chǎn)的重中之重，各類瓦斯檢測儀器在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。

瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)是用來監(jiān)控瓦斯?jié)舛群妥兓南到y(tǒng)，以防瓦斯事故發(fā)生[1]。20世紀80年代初期，我國首次引進一批監(jiān)控系統(tǒng)，并在部分煤礦開展運行和試驗[2-5]。隨著科技進步、礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的提高，國內(nèi)各大研發(fā)單位又相繼推出了KJ90、KJ95等監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對整個井下環(huán)境的監(jiān)測[6-8]。

在煤礦井下檢查瓦斯利用先進的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)降低瓦檢員的勞動強度、逐步減少人工檢測瓦斯應是可行的，也應成為煤礦安全生產(chǎn)發(fā)展的趨勢[9-11]。

通過對陜煤集團煤炭板塊所屬8個礦業(yè)(煤業(yè))公司36對生產(chǎn)礦井開展現(xiàn)場調(diào)研，從目前煤礦井下瓦檢員的實際工作現(xiàn)狀及存在問題、煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)功能及應用現(xiàn)狀，展開加強煤礦現(xiàn)行瓦斯監(jiān)控體系的思考，分析利用煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)降低瓦檢員的勞動強度并逐步減少人工監(jiān)測瓦斯的可行性，并論述建立礦井安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)為加強瓦斯監(jiān)控的解決方案。

1 煤礦瓦檢員工作現(xiàn)狀及問題

《煤礦安全規(guī)程》從管理機構(gòu)、制度的建立、人員的配備到各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的有關(guān)瓦斯檢查工作都作出了明確的規(guī)定[12]。這在以往我國煤礦原有監(jiān)測監(jiān)控功能不全、可靠程度差、傳感器不靈敏、有人為移動和損壞而造成失靈、井下人員素質(zhì)低、安全裝備水平不高等情況下，對于加強瓦斯災害防治和管理、確保礦井安全生產(chǎn)發(fā)展具有重要的意義。

1.1 煤礦瓦檢員實際工作現(xiàn)狀

瓦檢員主要負責煤礦井下所有采掘工作面、硐室、使用中的機電設備的設置地點及有人員作業(yè)的地點等場所的瓦斯檢查，同時在日常需要參與礦井通風系統(tǒng)調(diào)查及調(diào)整，防火墻、密閉、風窗、風橋檢查，粉塵、噪聲測定以及責任區(qū)域巡查工作。煤礦瓦檢員在井下工作情況如圖1所示。

圖1 煤礦瓦檢員在井下工作情況Fig.1 Coal mine gas inspector working underground situation

1.2 瓦檢員工作存在的問題

目前，井下瓦斯巡檢主要依靠瓦檢員，其系統(tǒng)巡檢以步行為主，檢查點多、路線長、工作量大，平均每工每班步行10 km以上。如按標準規(guī)范檢查各點瓦斯，很難按時完成既定巡回檢查計劃，從而導致部分瓦檢員在日常作業(yè)時存在未按標準檢查瓦斯的情況。無論是管理原因，還是瓦檢員自身工作原因，煤礦井下瓦檢員工作主要存在以下問題。

出現(xiàn)異常情況難以及時處置：隨著井下巷道的不斷延伸，通風設施的不斷增加，瓦檢員負責的區(qū)域不斷擴大，工作任務不斷增加，如遇該區(qū)域內(nèi)發(fā)生異常情況無法及時聯(lián)系上瓦檢員或瓦檢員難以及時到達異常點查明事故原因而采取應急處置措施。

對風流、瓦斯無法做到連續(xù)、全面、實時、及時、準確的監(jiān)測：存在瓦檢員點對點檢查瓦斯情況，導致檢查瓦斯不連續(xù)，不能獲取井下瓦斯實時情況。同時，人工檢測在一定程度上增加了入井人數(shù)，人為增加了隱患風險。系統(tǒng)巡查瓦檢員屬于零散崗位作業(yè)人員，單崗操作，無互保人員，巡查瓦斯期間存在一定的安全隱患。

瓦檢員整體素質(zhì)和業(yè)務水平參差不齊：雖然在人員選擇上，瓦檢員經(jīng)過了嚴格職業(yè)技能素質(zhì)考核并取得特種作業(yè)證方能上崗，但人員大多數(shù)為一線退下來的人員，年齡結(jié)構(gòu)偏大，臨近退休人員較多，接受新技術(shù)和設備適應性相對較弱。

瓦檢員井下作業(yè)時間較長：個別瓦檢員工作態(tài)度不積極、工作主觀能動性較差，容易出現(xiàn)瓦斯檢查空班、漏檢、假檢、檢查記錄不完善、巡回檢查請示匯報不到位、檢查操作不標準等現(xiàn)象。

2 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

2.1 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的功能分析

安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具有連續(xù)性、實時性監(jiān)測功能，可實現(xiàn)對井下瓦斯參數(shù)采集、處理、分析、顯示、存儲、打印。系統(tǒng)具有提供為保證系統(tǒng)正常運行所必須的有關(guān)配置、設備管理功能，提供實時數(shù)據(jù)、報警、斷電、饋電異常、通信狀態(tài)等信息查看，歷史數(shù)據(jù)、報表、報警記錄、故障記錄、斷電記錄等信息查詢、打印，系統(tǒng)及設備故障診斷、標校提醒、GIS圖形展示、瓦斯涌出量預測、火災預測預警等功能。

2.2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應用效果和優(yōu)勢

系統(tǒng)應用效果：調(diào)研各礦井使用安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)至今，其瓦斯預防效果明顯，礦井瓦斯流動情況反應真實，閉鎖功能反應靈敏[13-15]。其安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具體組成裝置及安裝情況，如圖2所示。安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)傳達速度快、數(shù)據(jù)真實可靠，同時可依據(jù)井下有害氣體的濃度或環(huán)境條件自動做出全方位的預警和連鎖反應，形成煤礦井上、井下可靠的安全預警機制和管理決策信息通道，為礦井安全生產(chǎn)保駕護航。

圖2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具體組成裝置及安裝情況Fig.2 The specific components and installation situation of the safety monitoring and monitoring system

系統(tǒng)優(yōu)勢：①安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能連續(xù)不斷監(jiān)測井下各采掘工作面、系統(tǒng)巷道及硐室等氣體濃度情況，能夠?qū)崿F(xiàn)超限報警、斷電等警示功能，檢測結(jié)果的準確性和及時性高于人工檢測；②安全監(jiān)控系統(tǒng)顯示和控制終端設置在礦調(diào)度室，能夠及時安排處置危急情況；③礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)與行政主管部門均實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了安全遠程管控；④實現(xiàn)對瓦檢員無法進入的區(qū)域進行安全監(jiān)測，降低了作業(yè)人員的安全風險。

3 安全監(jiān)測監(jiān)控逐步替代瓦檢員的可行性分析

3.1 技術(shù)可行

穩(wěn)定可靠性：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的電源和信號傳輸都是獨立于其他系統(tǒng)，配備有不低于4 h的備用電源，保證了電源的穩(wěn)定和故障處理的迅速，能實現(xiàn)24 h不間斷對各地點進行監(jiān)測。且出現(xiàn)瓦斯超限能立即進行報警和超限斷電功能，同時可與廣播、定位等系統(tǒng)進行應急聯(lián)動。而瓦檢員只能做到定點、定時監(jiān)測，且一旦瓦斯超限，瓦檢員不能做到及時斷電，較瓦檢員監(jiān)測能更高效地實現(xiàn)對各地點瓦斯情況進行監(jiān)測監(jiān)控，杜絕瓦斯事故。

數(shù)據(jù)準確性：傳感器每15天用標準氣樣進行標校，保證其監(jiān)測的準確性，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行對比人工檢測數(shù)據(jù)誤差性更小。人工檢查過程中使用光學瓦斯檢定儀受環(huán)境、溫度、大氣壓、氧氣濃度等因素，影響較大，造成檢測數(shù)據(jù)誤差較大。

區(qū)域替代性：目前，煤礦實行瓦檢員檢測數(shù)據(jù)與安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)對比管理模式，從技術(shù)方面分析比較，利用安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可降低煤礦井下部分檢查瓦斯區(qū)域的瓦檢員工作強度，甚至可配備較少瓦檢員。

3.2 社會、經(jīng)濟效益顯著

根據(jù)礦井實際配備需求，調(diào)查統(tǒng)計各礦井瓦檢員人員工資情況，統(tǒng)計情況見表1。

表1 各礦井瓦檢員人員工資情況統(tǒng)計Table 1 Statistics of gas inspectors salary in various mines

同時，針對各礦井現(xiàn)有安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具體情況，開展現(xiàn)場調(diào)查分析。調(diào)查內(nèi)容為各礦井瓦斯傳感器安裝情況(傳感器數(shù)量及總價)、傳感器預計維修、調(diào)校費用。同時對安裝煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)所需的各項費用進行補充說明，各項費用具體情況見表2。

表2 各礦井現(xiàn)有安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具體情況統(tǒng)計Table 2 Statistical table of the specific situation of the existing safety monitoring and monitoring system in each mine

對比分析上述調(diào)研數(shù)據(jù)，陜煤集團煤炭板塊所屬8個礦業(yè)(煤業(yè))公司36對礦井所有瓦檢員的年工資費用高于煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)所需費用，同時，考慮到煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)只需一次投資，以及井下傳感器使用壽命普遍為3～5 a。因此，需考慮5 a內(nèi)，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)代替瓦檢員的經(jīng)濟成本。以陜煤集團煤炭板塊所屬8個礦業(yè)(煤業(yè))公司為研究單位，見表3。

為直觀反應各礦業(yè)(煤業(yè))公司5 a內(nèi)花費統(tǒng)計情況，根據(jù)表3中統(tǒng)計數(shù)據(jù)，繪制各礦業(yè)(煤業(yè))公司5 a內(nèi)花費情況對比圖，如圖3所示。

表3 5 a內(nèi)各礦業(yè)(煤業(yè))公司瓦檢員工資及煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)費用統(tǒng)計Table 3 Statistics of the gas inspectors salary and the cost of coal mine safety monitoring and monitoring system in various mining(coal)companies within 5 years

通過調(diào)查對比分析，由圖3可得，煤礦采用安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)所花費的費用遠低于瓦檢員工資，可節(jié)省大量經(jīng)費。因此利用安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)降低瓦檢員勞動強度、逐步替代瓦檢員的探索發(fā)展，在社會經(jīng)濟效益方面效益顯著。

圖3 各礦業(yè)(煤業(yè))公司5 a內(nèi)花費情況對比Fig.3 Comparison of spending by mining(coal)companies in five years

3.3 實例論證

以榆北煤業(yè)小保當煤礦為例，分析其使用煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的具體情況。

榆北煤業(yè)小保當煤礦為低瓦斯礦井，按照《煤礦安全規(guī)程》要求設有瓦斯檢查工，巡回檢查瓦斯。目前該礦井現(xiàn)有瓦檢員27人，人員結(jié)構(gòu)主要以近兩年新分配大學生為主，礦井設有儀器發(fā)放室，配備光學瓦斯檢測儀和便攜式瓦斯檢測儀等安全儀器監(jiān)測設備。

同時該礦井安裝KJ90X型監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對采掘工作面瓦斯涌出等實行了監(jiān)測。系統(tǒng)安全監(jiān)測中心站設在礦調(diào)度中心，目前系統(tǒng)由2臺監(jiān)測監(jiān)控中心站，雙機熱備，連接33臺監(jiān)測分站及258臺傳感器組成。

對于小保當煤礦，安裝的KJ90X型監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具有實時監(jiān)測、報警、斷電，具有瓦斯電閉鎖、風電閉鎖以及故障閉鎖等功能，能夠24小時監(jiān)測井下作業(yè)環(huán)境氣體濃度，監(jiān)測風機、風筒、風門等狀態(tài)，一旦出現(xiàn)報警等異常情況第一時間采取措施進行處置。

同時安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)具有在瓦斯超限、斷電情況下與人員定位、應急廣播、通信等聯(lián)動功能，能夠及時通知涉及區(qū)域人員撤離。

安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測范圍廣、區(qū)域大、監(jiān)測類型多，從而可以避免因人員疏忽而造成的事故發(fā)生。

榆北煤業(yè)小保當煤礦同時開展了計劃2021年完成安全監(jiān)測監(jiān)控逐步替代瓦檢員可行性調(diào)研工作，形成方案，審核通過后計劃在2022年實施。初步利用系統(tǒng)對巷道、固定硐室等地點進行監(jiān)測監(jiān)控，可替換瓦檢員2～3人。

4 解決方案及保障措施

4.1 解決方案

為實現(xiàn)建立煤礦安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)來降低瓦檢員勞動強度、逐步替代瓦檢員的探索發(fā)展，加強煤礦現(xiàn)行瓦斯監(jiān)控體系，提出以下解決方案：①轉(zhuǎn)變現(xiàn)行的瓦檢員盯崗為瓦斯巡檢方式，同時加強系統(tǒng)巡檢智能綜合檢測車研究與應用。在確保各采掘工作面的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行、穩(wěn)定可靠下，將盯崗瓦檢員改為巡查瓦檢，為瓦檢員配備專門的防爆車輛，由一人負責多個采掘工作面，每班至少巡檢2次。②重點監(jiān)測地點應安裝雙回路監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，確保監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)正常運行。同時將礦井回風井筒、回風通道等人員不經(jīng)常去的地方及井下臨時作業(yè)地點需要檢查瓦斯的作為監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)替代瓦檢員的主要場所，逐步推進實施。③建立智能化瓦斯巡檢系統(tǒng)，建成的系統(tǒng)能全方位、全過程規(guī)范煤礦瓦斯巡檢工作流程，并采用自動留痕手段，實現(xiàn)瓦斯巡檢的工作標準化、行為規(guī)范化、信息無紙化、考核剛性化。強力推進“千眼”視頻監(jiān)控系統(tǒng)工程，推廣無人巡檢系統(tǒng)，實現(xiàn)瓦斯的實時監(jiān)測代替瓦檢員巡回檢查。④開發(fā)安全監(jiān)控系統(tǒng)與智能化瓦斯巡檢系統(tǒng)大平臺，將智能化瓦斯巡檢系統(tǒng)融入進安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用巡檢機器人按照規(guī)定時間進行瓦斯巡檢作業(yè)。⑤用安全監(jiān)控系統(tǒng)逐步替代瓦檢員，必須增設瓦斯傳感器數(shù)量，比如順槽沿途固定距離裝設傳感器(如每50 m)。對于瓦斯抽采鉆孔、錨桿孔、上隅角深部瓦斯檢查無法進行時，需采用人工檢測或需要增設機器人，因此發(fā)展5G信息系統(tǒng)也勢在必行，確保礦井5G系統(tǒng)建設與完善，實現(xiàn)礦井監(jiān)控系統(tǒng)與5G充分融合。⑥利用AI識別視頻監(jiān)控井下作業(yè)人員不規(guī)范行為。通過在主要運輸斜巷、無極繩絞車運輸、安拆作業(yè)集中區(qū)等關(guān)鍵崗點部署AI智能視頻監(jiān)控，給工作危險區(qū)域劃上“電子警戒線”，對井下作業(yè)人員不規(guī)范行為等違章違規(guī)行為實時抓拍，并即刻上傳至AI監(jiān)控平臺進行處理。

4.2 保障措施

為保證礦井安全智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實用性、可靠性及安全性，應采取以下幾點措施：①增加安全監(jiān)控系統(tǒng)維護人員，嚴格制定落實安全監(jiān)控系統(tǒng)運行、管理、維護制度。同時安排業(yè)務能力和素質(zhì)全面的人員進行24 h值班，工作人員應當熟知《煤礦安全規(guī)程》、計算機、安全監(jiān)測監(jiān)控等專業(yè)知識。井下每班安排技術(shù)能力高的員工對現(xiàn)場設備進行巡查、維護、檢修，確保安全監(jiān)控系統(tǒng)可以安全、有效、實時、準確的反映煤礦井下環(huán)境和設備運行情況。②建立健全安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)章制度，培訓全員學習監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)基本知識和事故應對措施。同時配備相應的工作人員，保證24 h不間斷值班，工作人員按特殊工種管理，持證上崗。③監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)維檢員按照規(guī)定進行井下設備的維護、檢修，確保井下設備能夠正常實時監(jiān)測。按期進行甲烷風電閉鎖試驗，確?！皟砷]鎖”功能正常。對重點區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行每周、每月分析，對巡檢過程中的異常情況進行分析、總結(jié)。④安全監(jiān)控系統(tǒng)確?！半p回路”供電，“雙回路”網(wǎng)絡通信，安裝防雷電接地裝置，配備消防器材等安全防護設施，確保設備完好和傳輸數(shù)據(jù)準確。⑤安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應當配備防病毒軟件，實時監(jiān)測網(wǎng)絡病毒，及時更新病毒庫和客戶端防病毒軟件，并定期備份檢測數(shù)據(jù)庫信息，確保數(shù)據(jù)安全。⑥任何單位和個人不得擅自變更安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡平臺設置、參數(shù)、數(shù)據(jù)。值班人員應做好系統(tǒng)運行、故障、異常等記錄。故意破壞、損壞、改變安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設施，造成安全監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳中斷或者數(shù)據(jù)失真的，根據(jù)相關(guān)規(guī)定進行處理。⑦完善激光、紅外甲烷傳感器標校流程，淘汰現(xiàn)有催化原件甲烷傳感器標校流程，保證監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。⑧安排業(yè)務精、責任心強的瓦斯管理員，對井下各甲烷傳感器、CO傳感器安裝地點的甲烷、一氧化碳、溫度進行人工監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果與現(xiàn)場傳感器、便攜儀相對照并做好記錄。

5 結(jié)論

(1)煤礦井下瓦斯檢查，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度上比人工檢查更可靠；利用安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測瓦斯，降低瓦檢員勞動強度，逐步替代專職瓦檢員對煤礦井下瓦斯巡檢呈現(xiàn)技術(shù)可行、穩(wěn)定可靠、社會經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)勢。

(2)對此，提出的解決方案包括轉(zhuǎn)變現(xiàn)行的瓦檢員盯崗為瓦斯巡檢方式，重點監(jiān)測地點應安裝雙回路監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，確保監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)正常運行，建立智能化瓦斯巡檢系統(tǒng)，開發(fā)安全監(jiān)控系統(tǒng)與智能化瓦斯巡檢系統(tǒng)大平臺，優(yōu)化傳感器設置，促進礦井5G系統(tǒng)建設與完善，實現(xiàn)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)與5G充分融合。

(3)隨著煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的不斷提高，裝備水平的不斷改進，通過安全監(jiān)控系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)測，對瓦斯超限做到及時報警和斷電，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，加強現(xiàn)行煤礦瓦斯監(jiān)控體系，利用安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)逐步替代瓦斯檢查員進行瓦斯監(jiān)控是可行和可靠的。