煤矿安全监测监控系统升级改造的必要性研究

黄兴元

（天湖山能源有限公司含春矿，福建 永春 362617）

煤矿安全监控技术是伴随着煤炭工业发展兴起的。安全监测监控系统在煤矿安全生产和管理中起到了十分重要的作用，被国家列为生产矿井必须安设的安全装备。原有监测监控系统技术水平低、扩展性能差、功能无法达到安全生产要求，加上近年来系统老化，现场维修维护和技术服务又跟不上等原因，造成部分矿井无法正常使用已有系统。根据国家煤矿安监局印发的《安全监控系统升级改造方案》要求，大型煤与瓦斯突出矿井安全监测监控系统应完成升级改造。

1 安全监测监控系统存在的问题

传统的煤矿安全监测监控系统具有灾害预警、自动报警、断电闭锁等功能，在煤矿企业的安全生产中发挥了重要作用，但是已经不能满足当前形势下煤矿安全生产对安全监测监控系统的更高要求。煤矿安全监测监控系统存在的问题主要体现在以下6个方面。

1.1 异地断电不可靠

监测监控系统最基本、最重要的两个功能就是监测与监控。监测监控系统的传感器能对井下的环境参数进行实时采集，当监测监控系统实现异地断电时，地面主机巡检井下监控分站采集到传感器数据后，将传感器的超限报警信息发给另外一个断电分站（继电器），断电分站（继电器）收到断电信息后实施断电。由于监测监控系统采用系统下发命令式结构，井下分站级设备与地面主机通信采用的是低速信号串行接口，系统数据传输效率低，异地发生断电时，系统只有在一个巡检周期后才产生系统异地断电，也就是存在时间差，系统的实时性受到影响。同时，异地断电由地面主机控制，一旦地面主机无法与井下监控分站通信或采集不到传感器数据，监测监控系统的异地断电将无法实现或出现误报误断电现象[1]。

1.2 传感器的工作传输距离短、抗干扰能力差

随着煤矿开采的进行以及工作面的不断开拓延伸，传感器信号线路长度不断增加。目前，天湖山能源有限公司含春矿井下采用的是模拟量传感器和四蕊缆线，一条缆线只能安装两个，按规程要求需要3条四蕊缆线，而且随着长度的不断延伸，传输信号也越来越衰弱，AQ 6201—2006标准 4.7.10条对最大传输距离作了以下规定：传感器及执行器与分站之间的传输距离应不小于2 km。目前，多数监测监控系统的传感器到分站的距离只能达到2 km，当传感器到分站的距离超出2 km时，传感器已经无法正常工作，特别是与动力电缆悬挂在同一侧时，更容易发生误报警或故障，也加大了设备投入运行成本[2]。

1.3 监测监控系统后备电源无法满足使用要求

由于煤矿安全监测监控系统的重要性，监测监控系统的供电电源很少会被中断，系统电源的蓄电池一直工作于浮充状态。长期工作于浮充状态的后备蓄电池实际容量会下降、使用寿命会缩短，原本能使用2 h的后备电池无法满足额定时间内的供电需求或经几次停送电后无法使用，给监测监控系统埋下了很大的安全隐患。

1.4 缺少故障诊断功能

监测监控系统设备种类较多，在矿井下分布较广，而且井下环境比较恶劣，设备容易受温度、粉尘、湿度、电磁辐射等因素的影响，不可避免地出现故障。系统运行不稳定，瞬间“冒大数”，误报现象时有发生。监测监控系统设备没有故障自诊断功能，甚至无法对自身的运行状态进行表述，维护人员只有在厂方技术人员的帮助下才能修复故障。

1.5 系统使用不正常

煤矿安全监测监控系统的设计、安装、管理和维护都有明确的要求。但是在实际配置、安装的过程中，存在多方面的问题。首先，厂家数据封闭，监测监控系统软件开放不兼容。其次，监测监控系统维护人员技术水平参差不齐，实际配置过程中的地面人员与井下现场安装人员沟通过程极易出错。最后，井下安装人员在选择分站、分站端口和接线时经常出错。

1.6 监测监控系统中的配套设备存在兼容性问题

目前，煤矿已广泛安装煤矿安全监测监控系统和其他相关软件，如抽排水系统、语音广播系统等。监测监控系统在投入使用的过程中，因不同的厂家软件会出现不可兼容运行的情况，只能单机运行或是分开运行，造成了资源浪费和操作不便[3]。

2 安全监测监控系统改造的目标及基本原则

《煤矿安全规程》对安全监测监控系统提出了更高的要求。结合矿井实际情况，从根本上认识到监测监控系统中存在的问题和不足。2019年，天湖山能源有限公司含春矿进行了煤矿安全监测监控系统升级改造工作，由镇江中煤电子有限公司提供设备和技术保障，经双方协商后，确定了总体技术思路和技术保障措施。在安装调试和实际应用中，监测监控系统需要发挥实时监测环境参数、提供灾害预警数据、自动报警、断电闭锁等功能。

（1）建立完善的煤矿安全监测监控系统，提高系统的安全可靠性和技术性能，提高矿井安全生产管理水平。合理有效地利用安全监测监控系统，发挥安全监测监控系统在矿井安全生产中的重要作用，保障日常安全生产。同时，监测监控系统能实时联网，有利于上级主管部门对矿井的集中监控。

（2）按照2016年国家煤矿安监局印发的《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》煤安监函〔2016〕5号文件要求，进行安全监测监控系统改造工作，并明确总体技术要求和矿井安全生产需求。

（3）本着经济、实用、技术先进的指导思想，充分利用现有安全监控技术装备，确保能通过升级改造满足安全生产需求，提高安全监控技术水平和应用水平。

3 安全监测监控系统改造的主要方案及措施

（1）系统主干网采用环网工业以太网连接。实现工业以太网连接，井上下的线路光电有机融合，由井口机房使用光纤传输至工作面安全监控分站，减少传输过程中的信号衰减，传输速度快，抗干扰能力强。

（2）采用先进的数字传感器。井下传感器与分站之间采用RS485数字传输方式。井下各类传感器与控制器的稳定性和可靠性是煤矿监测监控系统正确反映被测环境和设备参数的关键技术和产品，原有的模拟量传感器改造后全部更换为数字传感器，具有传输数字化、标校周期长、稳定性高、抗电磁干扰能力强等优点。

（3）支持多系统融合，如应急广播系统、人员定位系统、通信系统、井下抽排水系统等，均可从井下或地面进行融合，安全监测监控系统改造后支持联网并能按要求上传。

（4）增加系统自诊断、自评估功能。新增的系统自诊断、自评估功能能预先发现系统在安装过程中存在的问题并发出提示，功能包括传感器的设置、标校，提供控制器、电源箱的工作状态及中心站系统数据库存储、双机热备与否等信息。

（5）使用环网技术，全面提升系统运行的可靠性。对新系统进行改造时，选择使用自愈光纤环网技术，将计算机网络技术延伸到井下，对传感器、井下分站等设计采用PS485接口连接的方式，实现工业以太网交换机和井上监控主机的有效通信，整体的数据传输质量和系统稳定性得到了有效提升。此外，在当前的技术背景下，本次改造对环网系统采取了隔爆措施，也就是对以太网现场设备采取了增安的方式，确保设备在使用的过程中，产生的电火花均不会出现外泄的问题，更好地提升了系统运行的安全性。

（6）使用半导体气敏甲烷传感器，加快系统响应速度。从系统原先使用的催化燃烧式甲烷传感器的使用情况来看，原系统存在较多的问题，特别是系统整体的响应时间较长，技术人员维护难度较大，复杂性明显，对煤矿瓦斯监测工作有较大的负面影响。因此，本次对系统进行改造升级时，选择使用半导体气敏甲烷传感器。从该仪器的使用情况来看，整体的能耗较低、灵敏度较高，特别是响应时间非常短，一般情况下均在10 s以内，同时，对高浓度气体有较高的抗冲击性，整体使用寿命也较长，一般情况下可超过5 a。这些优势均是先前传感器不具备的，使用成本也较低。

（7）加强安全监控技术人员的培训学习，使其进一步掌握监测监控系统的工作原理、操作规章制度、系统运行安全及故障处理等知识，提升技术人员的维修维护技能和管理水平，确保监测监控系统高效运行。在培训的过程中，选择使用理论培训和实践培训相结合的方式，在理论培训方面应注重提升培训工作的互动性，在实践培训方面应注重提升人员的具体操作能力。培训工作的开展已经常态化，推动着技术人员第一时间掌握各项新技术。

（8）完善系统使用考核制度。为了更好地提升系统的整体使用水平，在系统改造之后，对系统的使用情况进行全面考核非常关键。在具体实施时，每年年初煤企应结合系统使用的整体工作安排，将系统使用作为单独的一项内容分解之后，落实到具体的单位、个人，并编制系统使用工作量化管理表，所有部门根据表中的具体任务，执行任务内容、完成标准、完成时限、完成路径等。煤企系统使用工作部门负责推动煤企落实系统使用工作，做好全面顶层设计，推动各项任务落实到各个环节。同时，对系统使用工作整体完成情况进行全面量化考核，组织开展年中、年末综合考评工作。此外，高度重视考核结果的应用。将系统使用工作考核具体情况与煤企评选表彰相联系，将考评结果作为评价该部门整体工作的重要指标。同时，与具体部门干部队伍建设相联系，通过纵横对比的方式，对系统使用工作进行全面排队，并将排队结果作为评价部门任务完成情况的重要指标。

4 结语

安全监测监控系统改造是国家对企业安全管理的要求，也是企业自身发展的需要。完善矿井安全监测监控系统，通过系统的联网功能，实现向上级主管部门的实时上传，不仅方便上级主管部门对矿井的实时监控管理，还提高了日常井下安全生产管理技术水平，发挥了安全监测监控系统在生产中的重要作用。安全监测监控系统的升级改造势在必行。