基于无线移动技术的煤矿井下瓦斯监测系统

刘永刚

摘要：瓦斯是古代植物在堆积成煤炭的过程初期，由纤维素和有机质在厌氧菌的作用下，分解而成无色、无味的气体，当在井下进行采煤作业时，达到一定的浓度后，就会使人缺氧而窒息，甚至发生燃烧或爆炸。本文中介绍的无线移动瓦斯监测系统，可以将井下移动的便携武检查仪进行联网，通过人员的移动不断地监控各个区域、各个时间节点的瓦斯浓度，并将数据自动上传至主计算机，当出现瓦斯超标时，计算机就会自动闭锁进行控制，或者发出警报，通过煤矿井下无线移動瓦斯监测系统的分析，阐述其优缺点，为实现煤矿技术型创新提供一定的参考。

关键词：煤矿井下；无线移动；瓦斯监测系统

瓦斯是威胁煤矿安全生产的关键问题之一。据不完全统计，我国的高瓦斯矿井占全体矿井的50%左右，瓦斯事故所造成的人员伤亡总人数，占矿难总伤亡人数的60%以上，并且在所有矿难中，瓦斯事故几乎接近于七成，因此所有煤矿的瓦斯监控，都是煤矿安全管理部门的核心监控项目，是所有安全工作中最重要的组成部分。在实际生产过程中，为了实时监测煤矿井下的瓦斯浓度，各个煤矿采用了各种瓦斯监控的方法，用以保证井下正常的生产活动。

1.传统瓦斯监控系统存在的问题及不足

传统的瓦斯监控系统主要分为两大类：一类是固定式监控，所采用的检测设备是瓦斯传感器；另一类是移动式监控，所采用的监测设备为个人便携式瓦检仪。

1.1固定式瓦斯监控系统

固定式瓦斯监控系统主要的组成部分有：瓦斯传感器、地面监控系统、井下监控系统等，固定在煤矿井下的瓦斯传感器，将井下监测的实时数据通过井下监控系统，将监测的信息传递到地面的控制中心，以实现井下瓦斯的全天候监控，固定式的瓦斯监控设备采用的是有线连接的方式，虽然监测数据稳定、可靠，但是还存在很多弊端。

第一、固定式瓦斯监控体系存在监控盲区；

第二、瓦斯传感器后期维护问题；

第三、人为破坏。

1.2移动式瓦斯监控系统

移动瓦斯监控系统与固定传感器不同的是，由瓦检人员携带便携式的瓦斯检测仪，进入到生产区域，进行流动性检查，当进入到一个瓦斯浓度超标的区域内，瓦斯检测仪就会发出声光警报，瓦检人员需要立即通知井上调度中心，采取相应的安全措施，便携式瓦斯检测仪体积小、使用方便，但是同样存在很多问题。

第一、监测点随意性较大；第二、监测到的数据不能联网监测、不能自动上传，即使把数据上报到调度中心，数据的滞后性也很明显；第三、人为因素明显，在监测过程中，对于人员素质的要求很高，如果大量不利的人为因素出现，必然会导致监测数据的不准确性。

2.无线移动瓦斯监控系统组成及工作原理

针对固定式（固定瓦斯传感器）及移动式（便携式瓦斯检测仪）监控系统的缺陷，由此产生了无线移动瓦斯监测系统。它是通过无线通信技术，将便携式瓦斯检测仪中的数据实时的传递给调度中心，完成全区域监控。在实际组成煤矿井下整体瓦斯监控体系时，首先需要解决煤矿井下无线信号大面积覆盖的问题，其次要形成统一的数据上传网络平台，充分利用无线移动技术，将井下便携式瓦检仪实时监测的数据，上传到计算机中，由计算机进行全程监控。无线移动瓦斯监测系统主要包括：终端监测仪、无线收发器、定位装置、数据通信接口以及计算机监控系统几个方面。

为了保障上传的瓦斯监测数据与井下位置保持一致性，也就要确定监测点的位置，需要在井下无线信号覆盖的地方加装定位装置，定位器不断的发出位置信息，与无线瓦检仪传递的数据一起反馈给地面；同时地面计算机也可以通过操作系统向井下人员发送报警信息，通过声音、闪光、震动等形式，提醒井下工作人员，现在的瓦斯浓度已经超标，为井下人员的撤离及井上人员的救援提供参考。

3.无线移动瓦斯监控系统功能

无线移动瓦斯监测系统实现了井下信号的全方位覆盖，有效解决了固定式瓦斯传感器存在的监控盲区问题，同时实现了联网监测，解决了传统便携式瓦斯检测仪存在的数据滞后及人为现象严重的问题。各个监测点的数据，可以及时上传，由各个井下监测分站将数据进行汇总，其主要的系统功能有：

第一、瓦斯监测数据实时上传，监控区域覆盖于整个煤矿井下。

第二、便携式瓦斯检测仪与井下监测分站及井上调度中心形成联网体系，可以第一时间将数据信息反馈给地面调度部门。

第三、监测数据可以进行自动的分析及保存，有利于井上分析处理相关问题，当瓦斯浓度超标时，具有自动闭锁及声光报警等功能。

第四、具有一定的定位功能，方便地面调度中心对瓦检员的井下移动轨迹，进行相关的跟踪，进行移动线路间数据的相互对比，防止人为因素现象产生。

第五、无线移动瓦斯监控系统具有双向通信功能，如果地面调度中心有紧急事件需要通知时，可以通过收发短信的形式，将信息发送到单个或整体的瓦斯监测仪上，煤矿井下人员当遇到突发事件时，也可以反向向地面调度中心发出求救信号，以获得及时的救援。

4.无线移动瓦斯监测仪关键问题分析

4.1煤矿井下信号覆盖问题

煤矿井下的巷道结构复杂，巷道里面有错综复杂的分支、拐弯以及各个工作面，还有生产设备、皮带车辆等障碍物的存在，所以要实现井下信号的全方位连续覆盖，其实并不容易。首先要在大巷中设立瓦斯监测分站，并且数量要进行保障，同时这些分站的位置要相对固定，分站与分站之间用有线电缆进行连接，作为信号处理的中转站，从每个分站中引出多个无线信号收发器，充分分布于分站周边的各个区域，如：工作面、掘进面、分支巷道等，分站与无线信号收发器之间也采用有线电缆进行连接，以方便后期无线信号收发器的日常维护。

当无线信号收发器铺设完成后，需要从无线收发器中引出多条信号电缆作为信号天线，沿着所需要覆盖的区域进行铺设，有信号电缆的地方就有无线信号，总体来说只要人可以进驻的地方，信号电缆就可以铺设到哪，没有区域的限制，同时信号也不会随着巷道的分支及拐弯而受到影响。

4.2便携式瓦斯检测仪的定位问题

信号收发器可接收的范围往往涉及几百米的空间，在同一个范围区域内，有时有可能会出现多台便携式瓦斯检测仪同时上报数据，因此需要对每一台便携式瓦斯检测仪进行数据定位，这就需要通过定位装置来得以完成，定位器是由电池供电的小型无线设备，通过事先在地面数据库中进行输入位置，它会不断地向外发送其特有的位置数据信息，当瓦检员到达一个区域后，在它附近的定位设备就会向地面调度中心把当前的位置信息及瓦斯数据信息一起进行上报，并由地面上的瓦斯监控计算机统一处理。

5.结语

通过以上的分析，我们发现无线移动瓦斯监测系统对个人便携式瓦斯监测仪进行了统一集中的管理，整个系统在实时数据上传方面及双向数据通信方面有着无可比拟的优势，所以在2009年全国煤炭瓦斯防治工作会议中，将无线移动瓦斯监测系统定位为先进适用技术。目前，煤矿井下的无线移动瓦斯监控系统已经完成了相关的开发及准备工作，相关行业部门已经得到了充分的认证，并且已经在一些大新型煤矿中得以实际运用。该系统的推广，必然会对煤矿瓦斯监测及瓦斯事故预防提供积极方面的意义，对我国整个煤炭行业的安全生产提供坚强的保护。