煤矿安全监测监控系统存在问题分析及优化研究

李冬栋

【摘 要】安全監控系统是煤矿预防自然灾害、有害气体等事故的重要手段。我国煤矿监控监测系统种类繁多，生产厂家众多，但是各个厂商技术实力差距较大，安全监控系统普遍存在一些问题。本文立足于我国煤矿监测监控系统的现状，深入分析煤矿监测监控系统存在的问题，在进行大量的调研后，提出优化我国煤矿安全监测监控系统的相关措施。

【关键词】煤矿安全；监测监控；问题；优化

一、煤矿安全监控系统使用中存在的问题

（一）载体催化元件传感器易受影响

煤矿井下作业环境比较差，产生的粉尘多，入井设备需要有比地面更高水平的防护级别，同时井下部分地点还会因作业而产生H2S、SO2等有毒有害气体。这些气体及粉尘会引起监控设备零部件出现中毒、腐蚀或电路故障等情况，使传感器在井下工作时出现不可靠性的概率增加。当传感器催化元件被水汽、油污等液体封堵，或传感器受到猛烈撞击时，传感器检测输出的数值会与现场真实数值产生较大偏差。当前普遍采用的载体催化传感技术成本虽低，但性能较落后，在工作过程中会出现不稳定、零点漂移的情况，同时传感器在进行测量工作时，所处通风环境还会对传感器测量造成一定影响，进一步降低了传感器测量的准确度。

（二）监控设备抗干扰能力需要加强

由于日常开展井下作业时，作业空间环境比较狭小，一些强电场及磁场干扰源会对传感器造成比较严重的影响，这使得传感器不能正常工作。传感器的输出信号一般比较微弱（mV、mA级别），而井下的大功率、大耗能设备很多，特别是大功率感性负载的启停往往会产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰，同时井下监控系统的信号电缆与交流动力电缆往往与长巷道同走向敷设布置，会出现搭接共钩现象，如果信号电缆的屏蔽处理不到位，就会出现干扰情况。总体而言，监控信号的传输过程中信号的抗干扰能力比较弱。

（三）监测设备整体智能化较低

当前安装的大多数传感器，一台只能监测到一种气体参数或设备运行参数，采集数据信息单一，对传感器自身的运行状况、完好情况无法做出自诊断，需要人工日常维护判断；同时，与分站的连接多靠电缆连接，无法自组网，由于井下环境复杂造成布线受空间限制严重，各个传感器之间无法相互连接通讯；同时，现场作业人员获取传感器的数据只能靠观察和声光信号判断，现场交互能力弱导致安全保障能力低。

（四）现有数据利用率低

由于开采煤层的多样性和矿井井下现场的复杂性，历史监测数据的保存和分析可以有效指导今后的生产作业情况，但实际情况是数据仅仅用作当前作业情况的分析，之后仅作为一种安全监管的手段，不再有其他用途。各种设备的运行参数、通风环境参数等未能有效与采掘作业、机电设备管理、通风瓦斯治理关联，不能有效指导现场作业和设备检修维护工作。

二、煤矿安全监测监控系统的选择管理

（一）系统地面中心站

对于系统地面中心站的选择管理，安全监测监控系统的地面中心站系统结构部分一般来说选择最新配置的工控机，为信息的有效处理和传递提供保障。

（二）系统结构中井下分站

重点是保证系统电力供应和监测设备能够处于正常的运行状态，在进行分组选择管理时，需要满足井下环境瓦斯超限断电的条件，保证分站的正常运行。同时，在不断运行的过程中，对电气设备的运行安全提供保障，选择使用隔爆型电器。

（三）安全检测监控系统的通信

1.系统通信方式的选择。目标是提升监测控制信号的传递效率，通信模式需要选取集中信息传递量的方法；通信传输过程中使用统一的通信协议标准，通过互联网进行的开放式传输。能够最大化地满足通信监测和控制管理。

2.系统通信协议的选择。在设计过程中，采用的是国际标准的IP通信协议，结合相关管理信息网络系统，成立网络链接，以实现通信传输。

三、煤矿安全监测监控系统的优化措施

（一）推广先进监控传感器

高性能传感器是煤矿安全监控系统稳定运行的保障，推广使用先进的监控传感器既能提高监控系统可靠性，又能减少人工维护量。

1.激光甲烷传感器。传感器采用光谱吸收原理测量甲烷气体浓度，与催化式甲烷传感器相比，具有响应速度快、测量精确、抗交叉干扰能力强、工作稳定的特点，可长期在线工作，无须频繁校准，是载体催化式甲烷传感器理想的替代品。

2.无线传感器。传感器自动将数据通过无线信号传给分站，实现与监控系统主网络的无缝对接。适用于井下综采工作面回风隅角、掘进工作面等传感器设置密集度较大的位置或需经常移动的位置。无线传感器技术可以减少人为移动传感器导致缆线接触不良造成的监控系统误报警，还可以节省监测缆线，减少成本费用。

3.自诊断型传感器。能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障，并定位故障。具有自诊断功能的传感器给使用和维修带来了很大的方便，是提高仪器可靠性的必要手段。

4.多参数型传感器。由若干种各不相同的敏感元件组成，可以用来同时测量多种参数，传感器集成度高、体积小，适用于综采、掘进工作面等传感器设置密集度较大的位置。

（二）推广数字式通信技术

煤矿安全监控系统除主干网升级为工业以太网 + CAN 总线传输方式外，分站之间、分站与传感器之间也应采用 CAN 总线进行互连互控。CAN总线是一种用于实时应用的串行通信协议总线，具有寻址及检错能力，有很强的实时性和可靠性。同时，总线具备自动仲裁机制，如果有两个或两个以上的节点同时发送报文，可通过使用优先级标识符的逐位仲裁解决碰撞问题。基于 CAN 总线通讯的煤矿安全监控系统采用先进的“多主并发”、“主动上传”数据传输方式，井下传感器状态发生变化，无须上位机轮询，即可在 10s 内主动将监控数据传送至地面，分站之间的异地断电功能也无须上位机参与，便可直接进行数据交互，有效缩短异地断电时间。同时，传感器使用数字总线传输数据，多个传感器可共用一条数字总线，降低安装和维护的线缆成本。

（三）强化数据分析及应用

系统应具有大数据的分析与应用功能，实现伪数据的标注及滤除分析；通过搭建瓦斯突出、火灾预警模型，可实现对瓦斯涌出、火灾等的预测预警；根据瓦斯浓度的大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等设置不同的报警级别，实现分级响应；可与人员定位、应急广播、无线通信等系统数据融合，在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。

（四）完善监控系统软件功能

监控软件应采用 B/S 结构，在机房设置主、备服务器，不同的终端用户只输入 IP 地址或网址即可完成数据、图形、报表的查阅和系统设置。软件可利用 GIS 矿图技术，将监控数据和地图信息相结合，利用 MD5、RSA 等数据库加密技术，对重点监控数据进行加密。软件应完善自诊断、自评估技术，全面提升智能化水平。

四、结语

信息化的新媒体时代，大数据的发展趋势是不可避免的，不仅给各行各业带来了便利，也打开了我们分析数据的新视角，在煤矿事业的发展上也起到了一定的推动作用。全面的分析数据，让我们在安全管理上更具有科学性，所以，煤矿管理层应该将大数据进行全面推广，转变管理思维，分析事故全面化。

【参考文献】

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