矿井安全监控技术与系统

温知强

（汾西矿业两渡煤业 ，山西 灵石 031302）

0 引 言

矿井安全监控技术与系统，可对瓦斯、煤尘、火灾、水害及矿山压力等矿山灾害数据进行实时监测，该数据通过专用传输线路及采集设备，显示在矿井监控控制中心，人们只需要对上传至相关系统的数据采用数学方法进行分析，便可预知发生矿井灾害的可能性，从而为矿井安全开拓及生产提供指导意见[1-3]。随着煤矿开采的机械化、智能化，同时为进一步提升矿井开采的安全性，国家煤矿安全监察局要求要求所有煤矿井下必须安装安全监控系统，为矿井安全开采保驾护航，由于煤矿井下环境的特殊性及复杂性，如有易燃易爆瓦斯气体及煤尘，线路较多电磁干扰较大，空间狭小，线路易受到损坏等，因此对矿井安全监控系统也提出了特殊要求，如，需要采用防爆设备，监控线路应耐腐蚀，防干扰，为在矿井合理布置该系统，了解矿井安全监控系统的组成及面临的问题很有必要[4-5]。

1 矿井安全监控技术与系统的职能

顾名思义，矿井安全监控技术与系统的首要职能就是进行安全监控，但该职能可细分为生产安全、供电安全、运输安全，下文将对其加以详细介绍。

1.1 生产安全

矿井生产安全是实现矿井有效运营的头等大事，生产能力是衡量矿井盈利的主要指标，而安全则是保证生产的首要前提，生产安全的保障措施主要有：在矿井顶底板安装位移计测量顶底板变形情况，在巷道中安装瓦斯监测设备，监测实时瓦斯浓度，在生产工作面重要部位，安装视频监控掌握生产情况及根据视频排查危险源等。

1.2 运输安全

立井提升用的钢丝绳及斜井和工作面运输用的皮带在达到一定的损伤和使用年限后便需要更换，那么何时进行更换，便成了矿井安全及生产人员所要考虑的问题，更换时间过早，会使成本提高，不经济，更换时间过晚，则不安全，因此有必要在这些提升设备上安装相关监测设备，根据数据来确定更换时间，达到安全经济的目的，目前采用弱磁监测技术，可对皮带及钢丝绳的损伤情况进行较好的监测及预报。

1.3 供电安全

如今，机械化开采已成为矿井开采的主要方法，可见电力对于矿井生产的重要性，而矿井用电又存在高压、高危、环境复杂等特点，因此在矿井供电中危险源很多，且电气设备均要采用防爆型，并需要做好防爆措施，建立矿井供电系统安全监测系统可实现对矿井用电电压及电流等数据的实时监测，如出现数据异常，可及时采取措施，做到防范于未然。

2 矿井安全监控系统的组成

矿井安全监控系统是计算机技术在矿井安全中的运用，典型的矿井安全监控系统如图1所示，表现为一个完整的网络数据处理流程，下面主要从数据采集、人员定位及监控系统对其进行详细说明。

图1 煤矿安全监控系统

2.1 数据采集监测系统

矿井安全监控系统监测的数据主要有：瓦斯浓度；顶底板、巷道两帮位移量；电流、电压数据；巷道围岩应变等，这些数据由安装在相关位置的传感器采集后，通过专用线路传递到数据监测分站，监测分站收集传递过来的数据，并将其传送给网络接口，环网设备对所收集到的数据进行转换后传送给安全监控数据采集系统终端，终端对数据进行处理后，做出预判并反馈给监测分站。

2.2 人员定位系统

矿井人员定位系统主要由：无线信号塔、井下基站、网络接口、环网设备、以及定位终端组成，井下每个人都有其特定的频道参数，无线信号搭将该频道参数发射给网络接口，环网设备将该频道参数转码后发送给定位终端系统，在定位终端可对井下人员进行管理。

2.3 视频监控系统

视频监控系统主要由地面监控系统及井下监控系统两部分组成，地面监控系统主要用来对地面的安全行为及生产情况进行监测，其工作条件相对简单，井下监控系统则工作条件复杂，视频监控系统主要由：防爆摄像机、网络接口、环网设备以及监视设备终端等组成，网络接口将防爆摄像机收集到的数据传送到环网设备，并在环网设备进行转换，将图像显示在视频监控终端，监控终端进行预判和预警。

3 矿井安全监测技术

3.1 红外传感监测瓦斯技术

通过红外线吸收光谱的原理可用红外技术进行矿井瓦斯监测，该技术运用参比测量校正技术，同时通过双波长和单光源进行调制，具有监测范围广，监测精度高等优势，其监测范围为0.00%～10.00%，监测误差小于0.06%，同时该监测技术用时短，一般不超过25秒便可测得数据，且监测方便抗干扰能力强，使用该技术与安全监控系统结合，可实现自动报警，自动断电等功能，有效保障矿井安全。

3.2 互联网技术

随着网络的发展，传输及处理数据越来越便捷，传输处理速度及可靠性也大大提升，以太网技术是互联网技术的核心，在矿井安全监测系统中以太网技术主要应用在系统的传输层，以太网具有很大的实用性，可快速准确的传递信息，如今其传输速度已达到10G，在矿井安全监控系统中运用该技术可靠性强，可保证预警的可靠度，避免错误预警的概率。

图2 以太网示意图

4 矿井安全监控技术及系统主要作用

国家煤矿安全监督管理局发文要求矿井必须简历安全监控系统，并非危言耸听的一纸空谈，众多实践经验已经表明，建立矿井安全监控技术及系统对保证矿井的安全生产意义重大，其作用主要表现为：

1）矿山压力监测及预防。通过采集巷道围岩位移，围岩应变，顶板离层量，声发射能量，液压支架工作阻力等数据，可对工作面来压及冲击地压，岩爆等矿井灾害进行预测和报警；

2）瓦斯事故监测及报警，通过监测巷道及工作面的单位时间瓦斯涌出量，总瓦斯涌出量等数据，来实现对瓦斯事故的预防和警报，同时在矿井容易积聚瓦斯的区域，如巷道上隅角等通风不畅位置要加强监测，避免发生局部瓦斯积聚引起的瓦斯爆炸；

3）粉尘、煤尘浓度监测。井下作业容易产生粉尘、煤尘，而工作面及巷道空间狭小，如果通风不畅很容易造成粉尘积聚，井下粉尘、煤尘不仅严重危害工人身体健康，同时，煤尘达到一定浓度时还会发生煤尘爆炸事故，因此监测井下粉尘、煤尘浓度可对该类事故做到预警，同时可对工作环境粉尘治理提供依据，保障工人身体健康；

4）火灾监控。监控环境温度、温差、烟雾等，通过控制井下风门，调节风压来实现火灾控制；

5）水害防治。通过监测巷道围岩单位时间涌水量及围岩水压力，来预测突水灾害，实现对其防范和预警。

6）其他相关安全数据。如风压、风量，其他有害气体，电力系统电压等。

5 存在的问题及发展趋势

5.1 目前存在的问题

近年来，虽然矿井安全监控技术及系统在各大矿区得到了广泛应用，并对指导矿井安全高效生产起到了重要作用，但不可忽视，目前我国矿井安全监控技术及系统尚有许多问题需要解决。

1）智能传感器性能差。传感器作为矿井安全监测技术及系统的“一线主力”构件，可以说其性能的好坏，直接决定了安全监测系统的工作性能，而目前我国生产的传感器存在使用寿命短，不精确，易受干扰等缺点，与国外相比还有很大差距。

2）通信协议不规范。由于井下传感器及安全监测程序的生产厂商较多，且目前针对该类产品及软件的设计，没有一个统一的通信协议，导致不同厂商生产的产品在软件层次互不兼容，这严重制约了矿井安全生产监测系统的发展。

3）系统智能化尚待提高。人工只能的发展促使各个行业得到了突飞猛进的发展，而矿井安全监测系统仍处在初级人工智能阶段，其对数据的采集、处理及研判都缺乏现阶段的高级人工智能，一些新的算法和程序也有待在矿井安全监测系统中应用。

4）井下人员整体素质较低。虽然，矿业类高校为我国各大矿区培养了大批的煤炭类高校毕业生，但整体而言矿山井下生产人员整体素质仍然较低，对于一些智能化的设备缺乏相关知识，不能较好的应用，如传感器安装位置及质量有误等时有发生，因此进一步提高矿井作业人员整体素质也是当务之急。

5.2 发展趋势

随着计算机技术及工业电子技术的发展，越来越多的高科技技术及设备将会被应用在矿井安全监控技术及系统中，如发展系统基于开放式互联模型的主站-分站集散式结构，开发专家诊断、专家决策系统软件，提高分站、传感器、断电仪、电源等单元性能，通过一系列技术及措施，进一步提高矿井安全监控技术及系统的可靠性，进一步降低矿井生产的安全风险。

6 结 语

矿井安全监控系统是矿井安全避险“六大系统”之一，对矿井安全生产起着重要作用。本文从矿井安全监控技术系统的基本组成和原理出发，探讨了其组成结构，数据传输方式，技术原理，并在此基础上提出了目前我国矿井安全监控系统存在的问题，以及未来发展趋势，并认为可从互联网、设备、人员等角度全方位的提升矿井安全监控系统的可靠性和准确性。