煤矿井下安全监控系统的技术改进

刘喜斌

(牡丹江市煤矿安全监控中心，黑龙江 牡丹江 157021)

煤矿井下安全监控系统的技术改进

刘喜斌

(牡丹江市煤矿安全监控中心，黑龙江 牡丹江 157021)

为了保证煤矿井下操作人员的人身安全、切实维护企业经济利益。通过对煤矿井下安全监控系统的分析研究，进一步说明了安全监控系统的主要构成及相关技术问题，并提出有益意见和建议，希望能够推动煤矿井下安全监控系统建设，满足煤矿企业的生产和发展需求。

监控系统；井下作业；安全检测

1 煤矿安全监控系统的构成

通过对煤矿安全监控系统结构分析，并列出结构示意图，通过结构图对安全监控系统结构构成有了一定的了解。该系统由井下和地面安全监控系统两部分构成，井下安全监控系统通过矿用分站实现对井下信息的接收和处理，该部分主要是利用环境传感器实现对温度、粉尘以及井下风速的感应进行井下环境判断，通过相关数据的采集和整理，更好的完成井下生产的监控和环境的安全检测。地面安全监控设备主要包括：监视器、监控主机、传输接口、信号避雷器、打印机等先进设备功能，将监测控制信息传递给相关部门，帮助工作人员完成煤矿生产环境综合分析和判断。

图1 煤矿安全监控系统结构示意图Fig.1 Structure diagram of coal mine safety monitoring system

2 煤矿井下安全监控系统存在的问题

2.1 井下安全监控传感器监测效果较差

目前，很多煤矿企业仍未安装瓦斯监测装置，仅采用回风巷安装固定瓦斯探头的方式，这种监测装置对瓦斯监控存在一定的局限性，关键位置传感器并不具备自诊功能，同时传感器调校周期较长，这些因素都可能成为传感器传输的故障问题。在煤矿井下操作时，这些问题常会被管理人员和工作人员所忽视，严重地影响了井下监控系统数据的有效性和准确性，造成监测数据失真，严重影响正常的煤矿井下作业。便携式传感器的出现极大地弥补了传统固定传感器布设困难的问题，但优势仅为布设方面，而其测量数据难以及时有效上传，无法实现井下监控数据的实时共享，地面监控人员不便了解井下安全情况，严重地削弱了井下安全监控系统的监控效果。

2.2 总线通信方式缺陷

结合当前我国煤矿企业安全监控系统的实际应用状况，了解到大部分安全监控系统采取的都是封闭式检测系统互补，企业自行订立了信息交换标准以及通信协议，但却没有明确的信息使用规范，其中，煤矿生产企业应用最广泛的就是串行总线信息传输，串行总线包括RS485和RS232两种，加之FSK调制解调方式完成井下信息传输，虽然这种方式应用较为普遍，但是，其中仍存在许多缺点和不足，如：既定安全监控系统采用了主从式传输办法，很难满足各监控站的通信要求，也很难完成地面主站设备的信息传输需要，还会受地面电缆和主设备的影响。总之，总线系统数据通信方式存在数据传输效率低、信息传输延时、命令相应慢等问题；这种总线方式一旦发生通信线路中断或异常，就会造成井下数据无法上传，严重影响系统的实时性和灵活性，造成了极大的井下作业隐患，不利于煤矿井下作业安全。

2.3 变频干扰的影响

由于煤矿井下作业环境较为复杂，且存在严重的电磁环境干扰，尤其是在变频器应用越来越普遍的情况下，电磁干扰会造成井下安全监控系统冒大数、报虚警，易造成瓦斯预报超限，造成误断电等问题的发生，难以实现对井下安全监控系统的有效控制，严重地降低了煤矿井下作业的工作质量和效率。电磁辐射会干扰周围变频系统的传输信号和控制信号，造成与之相关的系统信号检测失真，影响系统数据的准确性和可信度。电磁辐射对变频器干扰主要体现在两方面：因晶闸管和整流二极管等一系列非线性整流器件在变频器的广泛应用，造成变频器因谐波的产生而对其他设备产生传导干扰，从而引起系统信号波形畸变，严重影响系统信号的采集和传输质量，造成系统数据失真；由于变频器输出部分采用了IGBT绝缘栅双极型晶体管等开关元件，在进行能量输出时会产生强烈的电气辐射，严重干扰周边井下监控系统电器元件的正常运行。

3 煤矿井下安全监控系统的技术改进

3.1 采用ZigBee便携传感器

ZigBee 技术的开发应用实现了对煤矿井下采集数据的直接上传，有效提升了监控数据传输的及时性和有效性，有利于实施煤矿井下安全隐患检测工作的开展，满足煤矿安全监控系统技术发展要求。结合便携式传感器的主要具体应用技术分析可知，便携式传感器采用了无线发送和定时输出两种供电模式，将这项技术用到采煤机上，以采煤机电源直流电源供电，可以作为煤矿井下主要电源的供应，利用无线通信技术实现井下采掘信息的传递。无线传感器数据采集功能的实现离不开 ZigBee技术的支持，该技术还有利于推动远程数据采集和数据信息传递，煤矿井下生产数据传递可以经过地面数据采集预处理系统，实施有效的井下安全监测，安全技术人员可以通过局域网浏览器更好地完成煤矿井下的安全采集工作。

3.2 采用CAN总线技术

与传统的串行通信总线相比较，CAN总线有着极强的差错控制力，该技术实现了长距离高速率信号传输，进而更好的完成安全监控协议和相关规范。该项技术包括高速光电隔离驱动发射器、DSP内嵌控制器、总线驱动部分，该项系统结构较为简单、可靠性较强，从而更好的完成煤矿井下安全监控系统需求。煤矿井下安全监控系统中的CAN总线具有如下优势：CAN总线综合运用了多种工作方式，利用网络节点进行数据信息发送，进而提升数据的利用率。煤矿井下安全监控系统根据信息的发送情况进行不同等级的划分，当总线冲突发生时，该项技术的应用有利于优化系统结构，降低外部干扰对系统安全产生的影响，缩短总线系统数据的占用时间。一旦信息传送发生错误，系统会支持信息重新发送。而井下安全监控节点本身的错误还有可以使总线自动退出操作；CAN的总线传输主要通过双绞线和同轴电缆两种介质来完成。

3.3 降低变频器谐波的影响

变频器谐波的应用有着极为重要的作用，它可以降低煤矿井下作业的安全危害，变频器谐波有利于降低外界干扰，阻碍变压器的不良影响，实现多相脉冲整流引入，加强变频器谐波的传导干扰。将12相与18相脉冲整流电压畸变率总结如下，见表1。

表1 多相脉冲整流的电压畸变率Tab.1 Multi-phase pulse rectification voltage distortion rate

由表1可知，两种脉冲整流电压畸变率主要分布在10%～15%和3%～8%两个区间范围内，通过脉冲整流电压的干扰和保护来维持井下安全监控系统的安全性和稳定性。

4 结语

综上所述，煤矿井下安全监控系统存在监测效果差、易受外界因素干扰、总线传输数据效率低等问题，需要我们积极深入地开展先进技术在井下安全监控系统中的应用，全面提升煤矿井下安全监控系统技术水平，切实解决好安全监控中的各项问题，推动煤矿企业的持续稳定发展。

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Technical improvement of coal mine safety monitoring system

LIU Xi-bin

(Mudanjiang Coal Mine Safety Monitoring Center, Mudanjiang 157021, China)

In order to ensure the personal safety of coal mine operators, and safeguard the economic interests of enterprises. Through the analysis and research of coal mine underground safety monitoring system, the main contents and related technical problems of safety monitoring system are explained, and some suggestions are put forward. It is hoped that the construction of coal mine safety monitoring system can be promoted to meet the production and development needs of coal mine enterprises.

Monitoring system; Downhole operation; Safety inspection

2017-04-15

刘喜斌(1973-)，男，本科，助理工程师。

TD76

A

1674-8646(2017)12-0066-02