煤矿井下电气操作风险手机预警系统的研发

文/郭春平

随着煤矿机械化、自动化和信息化程度的提高，煤矿安全生产有了长足的进步。但井下违章带电作业引起的触电伤亡、甚至瓦斯爆炸事故却时有发生。为解决这一问题，山西全安新技术开发有限公司研发了一套从技术层面预控违章带电作业的预警系统，实现了“想违章违不成，即使违章也造不成事故”的目标。

图1 煤矿井下电气操作风险手机预警系统示意图

一、煤矿井下电气操作风险手机预警系统的研发背景

目前，国内外煤矿井下电气设备的短路、漏电和接地三大保护的共同特点是：在发生电气故障后才断电跳闸，这种技术在限制故障影响范围方面起了巨大作用，但不能在触电前预防违章作业，也就是没有“抗违章保护”装置。对于目前煤矿井下电气设备存在“抗违章短板”问题，国内外煤矿主要通过法规、管理、教育培训规范人的行为来遏制违章带电作业，从技术上预防和控制违章带电作业的装备还很缺乏。

大量的典型事故案例分析表明，仅仅依靠现有在用的设备以及规章制度来规范和约束人的行为是不可靠的，无法从本质上（技术装备）杜绝和遏制违章带电作业行为的发生。应用博弈论的“纳什均衡”及数理统计的“大数定律”从理论上分析研究也表明：有规章就一定有违章，违章可以减少，但难以彻底避免。井下要大大减少违章，就必须开发一套能有效遏制违章带电作业的系统装置，该系统装置要能将所有的违章带电作业进行安全预控，保证违章带电作业无法进行，或即使违章作业了也造不成事故。山西省全安公司自主研发的“煤矿井下电气操作风险手机预警系统”，正是为了弥补这方面的“抗违章短板”而创新开发的安全管理信息系统。

二、煤矿井下电气操作风险手机预警系统的原理

1.原理

煤矿井下电气操作风险手机预警系统如图1所示，工作原理简述如下：在井下工人违章打开电气设备接线腔、主腔、电缆接线盒进行操作或检修时，安装在该设备上的“智能传感器”会通过与之相连的井下监控分站检测上级电源（电源开关）是否为“有电”状态，如若“有电”则自动关闭该电源开关停止供电，同时发出声光报警信号，并将违章动作信息转换为数字信号上传至地面调度室的监控主机上，监控主机通过信息处理，在监控大屏幕上显示相应的报警提醒，同时将该数据上传至互联网服务器。

互联网服务器判断比对实时信息，如若出现报警信息则自动推送到已安装 “煤矿风险预警系统”APP的用户手机上，此时手机用户会收到如图2中显示的通知消息，点开推送消息后会自动显示报警的位置，提醒用户在井下哪个工作面哪个具体的电气设备将可能被违章操作，使手机用户及时调查了解并处理有关违章事件。用户也可以自行进入“在线预警系统”浏览所有电气设备的工作状态。

煤矿井下电气操作风险手机预警系统还搭载了煤矿事故案例系统，以及最新煤矿安全知识、政策、新技术、先进经验、产品信息等，方便大家学习，以提高安全素质。

图2 预警信息推送查看示意图

2．主要技术指标

煤矿井下电气操作风险手机预警系统主要技术指标：

（1）系统传输速率：5000bps

（2）系统传输距离：监控分站到传感器：≤2km；数据传输接口到监控分站：≤10km

（3）系统的巡检周期：≤20s

（4）系统传输误码率：≤10-8

（5）系统容量：每个分站最多可接32个抗违章智能传感器

（6）违章（误）动作信号转换为电信号预控时间≤10ms

（7）违章（误）动作信号转换为电信号准确率:100%

（8）控制违章（误）动作执行时间≦20ms

以上技术指标的实现可以确保该系统稳定可靠的运行，为煤矿安全生产保驾护航。

三、结论

1.目前成果

设备应用抗违章技术后，技术装备就具备了抗违章性，这就像人体注射了疫苗一样，即使病毒侵入体内也不会致病。抗违章技术已引起国家安监总局的重视，安监总建函[2010]19号明确表示：对于抗违章技术创新方法的研究及应用，应当给予立项和资金支持。用抗违章技术观点分析过去发生的各种安全事故，本质上是由于技术落后使人有违章作业的机会，并能够从事违章作业所导致的。

所以，防治违章带电作业的根本出路在于开发“抗违章”技术，其功能标准有两条，一是保证无法违章作业，二是保证即使违章作业也造不成事故。设计从技术装备上预控违章带电作业及瓦斯爆炸的“煤矿井下供电系统抗违章技术装备”已成为煤矿电气安全发展的必然趋势。山西全安新技术开发有限公司自主研发的“煤矿井下电气操作风险手机预警系统”是抗违章技术装备之一，作为标准化矿井的“顶配装备”在同煤塔山试运行几年来效果显著。

2.展望

由于现在煤矿井下的各类监控传感器、传输设备来自于各个厂家，生成的数据格式、传输协议等没有统一标准，各个不同公司的传感器、设备、系统之间无法有机地联系起来，数据的共享存在技术壁垒和鸿沟，给各煤矿带来了很大不便，也造成了不必要的损失。例如矿井安全监控系统、供电监控系统以及人员定位系统等一般是由不同厂家提供，各家数据格式、技术标准不同，各系统不能共享数据信息、控制联动，煤矿必须为各系统准备不同的工控机、主机等，增大了管理的难度和成本。因此，煤矿井下电气操作风险手机预警系统在未来的发展中将着力于同各个厂家设备兼容及进一步智能化，通过相应的转换设备，使山西全安新技术开发有限公司的技术装备能与各个厂家的设备进行兼容互通，做到真正的煤矿物联网整合和大数据整合，实现井上井下工作数据化、智慧化，为煤矿安全生产保驾护航。