新型矿井安全监测监控系统升级改造实施研究

刘立斌

摘 要：现阶段的中国煤矿安全监控系统中还存在着诸多问题，亟需加深对其的理论研究以提升安全监测监控质量。本项研究旨在通过对矿井安全监测监控系统进行升级的方式来全面提升新时代的矿井安全监测水平，使智能化、信息化贯穿矿井安全监测的全过程，以便为矿山安全生产提供更为坚实的基础。

关键词：煤矿;新型设备;矿井安全监测;监控系统;改造升级

引言

随着中国对煤炭资源的采掘利用率提升，煤炭行业在发展过程中所要面临的压力愈来愈大，加深对煤矿安全监控的研究刻不容缓。近年来，信息技术、科学技术都呈现出了全球一体化的应用趋势，煤矿安全监测监控系统成为了全球通用的煤矿安全把控系统，该种系统能够直接监控井下工作场所的人、物、环境等情况，进而为各级生产矿井提供环境安全参数等动态信息，使煤矿管理层直接掌握矿井生产的实际情况，提升矿井作业的安全性[1]。在矿井安全事故发生的情况下，煤矿安全监测监控系统也可为井下工作人员提供逃生路线，帮助工作人员更快的寻找到逃生器材，所以该种监控系统能够全面降低矿井安全事故所带来的损害，其应用前景良好。本文基于此将深入阐述煤矿安全监控系统的改造方向，旨在起到为实践提供理论支撑的目的。

一、我国煤矿安全监测监控系统现状

中国的煤矿安全监控系统还存在着诸多漏洞，具体表现在监测监控系统的设置不能满足实际需求方面，其中所包含的问题又可以具体细分为以下几点：首先，中国的传感器研发步伐严重落后于世界上的其他国家，目前中国所使用的传感器可信赖度较低，不能抵御强信号干扰，经常出现报假警的现象，无法引起井下工作人员的重视;其次，中国的煤矿安全监控系统存在IP等级不够的情况，容易受到自然环境的影响，无法实现良好的信息融合;第三，中国未充分利用大数据的优势，在智能化技术应用方面尚显欠缺，系统之间的物联性不足;最后，中国的煤矿安全监控系统需要经常维修，传感器必须定期调校，不然无法正常使用，所以在实践中经常出现管理不到位的情况，严重阻碍了煤矿安全监控系统发挥职能[2]。

二、煤矿安全监测监控系统升级研究方向及升级改造

近年来随着科学技术的不断优化，安全监测监控系统被应用在各个领域之中，不管是商场、银行的监控系统，还是生产车间的监控系统，每个安全监测监控系统都发挥着自己独特的作用。智能安全监测监控系统的应用是网络信息化普及的体现，应用技术更为先进的安全监测监控系统是各行各业的大势所趋。作为煤炭行业而言，进行符合时代潮流的信息化变革是提升煤矿生产效率的关键，而安全监测监控系统的升级则是煤矿变革的重要一环，学术界对其的关注力度也在不断提升。

随着人们对煤矿安全监测监控系统的认知程度不断加深，煤矿行业的从业者逐渐认识到煤矿安全监测监控系统向数字化发展的必要性，在升级煤矿安全监测监控系统时应当遵循实践要求，将煤矿安全监测监控系统所应用的技术进行全面升级，确保煤矿安全监测监控系统的抗干扰能力得到全面的提升。在升级煤矿安全监测监控系统时应当从以下几个层面入手，充分实现煤矿安全监测监控系统的时代性改造：首先，数字化是煤矿安全监测监控系统升级中不可避免的一环，也是煤矿安全监测监控系统升级中的关键一环。数字化意味着煤矿安全监测监控系统管理更为便捷，其技术水平也随之升高，全面实现数字化有利于提升煤矿安全监测监控系统的技术性能，实现分站数量的降低及设备仪器数量的降低，有利于煤矿安全监测监控系统向现代化方向发展。其次，除了数字化之外，煤矿安全监测监控系统还应当具备较为理想的兼容性，确保其可互换性。为满足该种要求，煤矿安全监测监控系统应当规范网络结构，充分把握物联网的意义，实现系统与系统之间、设备与系统之间的万物互相连通，确保煤矿安全监测监控系统的协同性效率。在萬物互通的过程中，提出统一的连通标准至关重要，所以煤矿安全监测监控系统兼容性的升级也意味着系统的规范化、组合化性能得到了充分的提升。第三，煤矿安全监测监控系统还应当向智能化升级。智能化是当今世界发展的大势所趋，所有行业都离不开智能化升级，智能化升级是应对新时代竞争的必然选择。煤矿安全监测监控系统的智能化升级意味着该系统应当具备智能传感设备，确保煤矿安全监测监控系统可以完全独立自主的进行煤矿井下作业的诊断工作，并识别其中的风险因素，做出相应的评估。除此之外，煤矿安全监测监控系统还应当具备智能传输功能，在风险事件发生的时候，煤矿安全监测监控系统必须自动定位事故地点，及早发出警报。为满足及时警报需求，煤矿安全监测监控系统还需要具有智能控制功能，可以自主的控制煤矿井下相关设备，并搜寻煤矿井下作业的相关逻辑，提升报警的准确性及及时性。通过宏观分析，煤矿安全监测监控系统可以实现煤矿井下各项作业的有机结合，使各级作业成为有机、有序的整体，在升级后的煤矿安全监测监控系统的帮助下，工作人员的工作大幅度减轻，具体监控工作向傻瓜化转变，其使用效能更高，维护支出更低，维修人员需要进行维护工作的次数更少，有利于煤矿行业减少成本。

目前安全监控检测系统硬件、软件、行业管理不统一、信息无法共享、产品兼容性差、传输速率较低、设备功耗大、传输距离达不到要求、传感器种类不全等问题。针对当下煤矿监控系统具体情况，煤矿行业从业者应当及时对煤矿安全监测监控系统做出相应的改造，使其安全性得到提升。

增强抗电磁干扰能力目的是为了提高系统抗外界环境干扰能力，提升设备运行可靠性，为满足实践需求，在对煤矿安全监测监控系统进行改造升级时应当做出相应的抗静电、抗辐射试验等。提升传感器的防护等级目的是传感器适应煤矿井下工作面恶劣场所，低耗能、高可靠性的传感器可以极大的提升煤矿安全监测监控系统的实际功效，确保煤矿井下作业的安全性。多网、多系统融合目的是消除系统独立孤岛，实现系统互联互通，数据增值利用。格式规范化目的是提高设备互联互通能力。煤矿安全监测监控系统应当全面应用自诊断功能，确保煤矿安全监测监控系统可以在后续使用的过程中自动进行安装与优化，自主的分析系统运营中出现的问题。在发现不良数据之后，煤矿安全监测监控系统应当及时对其作出识别，做出相应的瓦斯涌出预警等，使煤矿井下工作人员更快地意识到事故的发生，令其快速进行事故应急处理工作，实现区域断电等，为此煤矿安全监测监控系统还应当与广播系统相连接，同时还要具备先进的定位功能，明确不同工作人员的位置所在，全面增强系统性能。

（一）全面提升数字信息技术的应用率

想要对煤矿安全监测监控系统作出符合时代要求的升级改造，提升对数字信息技术的应用率必不可少。全面应用数字信息技术可以提升煤矿安全监测监控系统处理与分析数据的能力，增强数据处理的科学性与准确性，进而全面避免此前井下数据易受到人为因素干扰的固有弊端，增加煤矿安全监测监控系统数据运行的可靠性。不仅如此，采用数字信息技术还能够帮助煤矿安全监测监控系统实现数据共享，使其在大数据力量的帮助下对煤矿安全情况作出预测性分析，进一步增强数据的利用率，降低意外事故的出现可能性[3]。

（二）加深对5G技术的应用研究

5G技术为各行各业带来了变革条件，煤矿安全监测监控系统也可借助5G技术的力量实现自身的优化升级。与以往的4G技术相比，5G技术传输速率更快，且传输限制更少，所以煤矿安全监测监控系统应当全面采用5G技术，利用无线传输设备减少煤矿井下通讯电缆的使用数量，这样不仅可以避免电缆过多所造成的安全隐患，还可以降低因矿井监测人员操作失误所导致的通讯电缆故障次数。

（三）使用先进的传感技术

一般来说先进传感器的功能消耗更低，诸如激光、红外之类的传感器可以有效降低井下耗能，延长标校周期，进而减少煤矿井下传感设备的数量，避免设备安全隐患出现。目前实践中最常用的传感器为自诊断型传感器，该种传感器架构较为简单，能够提高煤矿安全监测监控系统的可维护性，降低井下作业的成本支出。除自诊断型传感器外，激光传感器也存在良好的应用前景，该种传感器的优势在于其精准性比较强，可以保证监测工作的精确性、科学性，但美中不足的是激光传感器需要花费大量时间调校，所以井下工作人员对激光传感器的评价褒贬不一。为提升传感器的稳定性、准确性、可信赖性[4]，煤矿安全监测监控系统应当选用低能耗的仪器，减少传感器的维护次数，增加传感器数据传输的距离，进而全面提升传感器的利用效果。

（四）优化分站设置

分站设置不合理是导致中国煤矿安全监测监控系统运行效果不佳的重要因素，因此优化分站设置是增强井下安全监管水平的必要措施。煤矿井应当根据自身的实际情况，充分地利用分站功能，做好分站报警、断电管理工作，全面增强井下工作安全性。分站报警、断电管理应当包含四个层级，可以在安全事故出现时实现区域断电，同时启动相应的逻辑报警模式，实现事故掌控、预后处理一条龙式监管，增强煤矿安全监测监控系统的实际作用效果[5]。

三、煤矿安全监测监控系统改造实施方案

煤矿安全监测监控系统的改造升级不仅要符合国家的规定，还要符合实际井下作业需求，确保其具备可运行性。目前实践中已经出现了多种煤矿安全监测监控系统升级改造方案，均缺乏相应的改造价值，本文特此针对本矿井提出了全新的煤矿安全监测监控系统升级改造方案，具体改造方式如下述所示：（1）煤矿安全监测监控系统升级时应当保证物联性，确保设备之间互相关联，为此工作人员可添加数字转换器，实现煤矿安全监测监控系统的数字化升级。（2）煤矿安全监测监控系统在升级过程中应当遵循本安规定，满足本安相关评估，在改造过程中的设备性能则需要生产厂家来进行确认。（3）煤矿安全监测监控系统在升级后若存在软件更新，则应当由生产单位进行试验。若涉及到防爆内容，则应当进行防爆检验。

四、智能化煤矿安全监测监控系统全面提升

系统通过升级改造后，监控系统采用双向数据交换，也就意味着煤矿安全监测监控系统应当涵盖有下述功能：首先，煤矿安全监测监控系统应当对数据具备高敏感性，当出现数据异常时煤矿安全监测监控系统可以马上定位数据异常出现的位置，全面增强煤矿井下作业的应急处理能力，且煤矿安全监测监控系统应当定期对煤矿井下的仪器、设备进行运营监控，确保相关设备运营正常。其次，煤矿安全监测监控系统应当全面利用数字化的力量，实现自身的优化与审计，提升自身的传输数据、处理数据的能力，充分避免此前煤矿安全监测监控系统数据容易受到人为因素干扰的可能性，提升数据的准确性与可信赖性。最后，煤矿安全监测监控系统与定位技术应当紧密结合，确保煤矿安全监测监控系统给出的信息安全可信，同时煤矿井下作业的工作人员安全也得以保障。

据此， 煤矿安全监测监控系统要做到硬件通用、软件兼容、监测与监控全方位发展。做到了覆盖面广、免疫力强、对现场环境温度、湿度等干扰的能力大大提高，不受井下运行中的变頻器等相关设备的影响，其数据失真问题也得以避免。煤矿安全监测监控系统还可以同时向应急广播系统、通信系统发出报警通知，提示需要做出的应急处置联动，实现煤矿井下信息的远程采集和设备的自动化管理，实现数据和信息的有效集成，提高煤矿生产的监测监控水平[6]。

五、升级改造初步效果

1、抵抗力全面提升，抵抗大功率变频器等的电磁干扰能力电磁兼抵抗水、尘等环境因素干扰能力IP 65抵抗喷水、封堵等人为因素干扰能力。l

2、功能性能架构呈现换代效应，就地或远程监测监控、预测预警与联动联控一体化巡检周期30S下降为小于10S，异地断电60S下降为小于5S，架构明显简化优化层级少、站少线少。

3、多网融合、信息共享有了突破性开端，专网运行升级为多网融合，支持一矿一图，井下信息高速公路、综合分站，支持一网一站，数据共享、调度同台，支持预测预警、联动联控，安全监控系统作为煤矿安全信息化基础获得广泛共识。

4、智能化水平全面提升，多源异构数据集成、自动预测预警与应急联动。

5、着重使用效能、方便维护管理迈出新步伐，即插即用，大大缩短安装时间;自诊断，方便管理，信息直观显示、关联显示。

六、结语

中国应当从自身安全管理的实际需求出发，对煤矿安全监测监控系统进行全面的优化，以充分提升煤矿安全监测监管技术水平，保障井下人力、物资安全，降低风险事件的出现可能性。改造升级后的煤矿安全监测监控系统可以成为煤炭行业今后安全监管的主要平台，该平台上提供的各级矿井数据能够成为井下工作人员进行分析决策的依据来源，帮助其更好的进行作业决策。采用全新技术的煤矿安全监控系统具备优秀的数据传输能力、良好的数据传输速度，技术性优势可以提升井下作业的效率与质量，实现井下作业的全面互联，增强其生产安全性。为进一步实现综合化、信息化的监测监管，中国还应当推进煤矿安全监测监控系统向智慧化发展。

参考文献：

[1]杨轲.基于信息融合与ZigBee技术的矿井安全监测系统设计[J].机械管理开发，2020，35（08）：140-141+144.

[2]王璐.煤矿安全监控系统中一氧化碳无线传感器的设计与实现[J].煤矿机电，2020，41（04）：5-8+12.

[3]吴超.基于教学矿井的课程教学改革探索与实践——以煤矿安全监测监控技术课程为例[J].石家庄职业技术学院学报，2020，32（02）：61-65.

[4]李争光.“三网融合”下矿井安全监测系统升级改造研究[J].内蒙古煤炭经济，2020（03）：125.

[5]谭爱平，刘春德，邓庆绪.金属矿山风险监测物联网关键技术研究现状与发展趋势[J].金属矿山，2020（01）：26-36.

[6]李文峰，白慧.博克斯-詹金斯模型在煤矿顶板安全监测中的应用分析[J].电子器件，2019，42（03）：802-805.