煤矿安全监控系统现状及智能化发展研究

【摘要】    要提升煤矿机械设备生产过程中的安全监督效果，保证煤矿生产安全，就要利用先进的安全控制系统，煤矿安全监控系统作为煤矿生产中的重要设备，不仅可以人力解放，提升化煤矿机械的运转效率，还可以实现煤矿安全生产的监督，煤矿安全监控系统以信息技术、定位技术、监控技术为基础，随着智能技术的发展，煤矿安全监控系统也朝着智能化的方向而發展，本文主要探讨煤矿安全监控系统现状及智能化发展。

【关键词】    煤矿    安全监控系    现状    智能化发展

引言：

煤炭属于不可再生资源，采集过程中危险因素很多，极易发生塌落、爆炸等，从而给施工人员的生命安全带来极大隐患，同时由于其生产危险系数大导致安全生产管理加大，不管是煤炭生产的哪一个环节，都确保安全生产，保证每一道工序的连续性，确保挖掘、采煤、运输等所有工作环节紧密联系，所以要加强生产全程的监控，应用安全监控系统可以提升煤炭生产的安全性，通过全程化的监督，可有效避免安全事故的发生，控制安全隐患，提升了煤矿生产的安全性和效率。

一、煤矿安全监控系统现状

现在我国很多矿区都配备了安全监控系统，作为生产安全的监控系统，煤矿安全监控系统防范、减少煤矿安全事故方面发挥重要的价值，通过监控、预警等功能，保证了煤矿生产的安全。当下智能技术的应用发展趋于成熟，为了提升煤矿安全监控系统的准确性、灵敏性，优化其功能，提升煤矿安全监控系统的可靠性、稳定性，国家明确提出了要提升煤矿安全监控系统的要求，并对其技术指标、功能进行了明确要求，意在促进煤矿安全监控系统智能化的发展。传统煤矿安全监控系统在可靠性、安全性、功能性等都存在一定缺陷，对传统技术进行了升级和改造。众所周知，安全工作是煤矿的重中之重。如何做好煤矿安全监控工作更是受到社会各界的关注，安全生产不仅关系着企业的经济效益还关系着工作人员的生命安全。因此说煤矿生产管理需要不断寻求新的发展，并要积极利用科技发展采用智能化安全监管系统。

（一）传感层技术现状

传感器技术的应用主要存在误报、漏报、瞬间大值、失效等，等相关稳定性与可靠性的问题，因此有必要对传感器的防护等级进行提升，目前传感器的最低防护等级为IP65，保证了传感器在潮湿、遇水的环境下仍然可以正常运作，保证其核心元件不受水汽影响;在信息化建设环境下，矿井设备增多，井下环境电磁环境紊乱，传感器、输电路极易受到强磁的干扰，从而极易出现数据不准、通信不良等现象，对传感器的输出接口也进行了升级，保证其最低标准在RS485 /CAN，同时利用CRC加密校验技术将信号干扰问题进行了解决;对传感器的输入端，用TVS 管端口防护技术、电气隔离技术、滤波技术、屏蔽技术等，解决了传感器受到二级电磁干扰的问题，提升了传感器的抗电磁干扰性能，保证传感器在井下可以稳定运作; 设置规范化的数字化通信接口，实现了传感器的分级报警、故障诊断等功能，通过对传感器的电路元件进行升级，增加了电压监测、故障检测、噪声异常检测等功能;目前具有线性自动校正功能的可调节二极管激光吸收光谱技术激光甲烷传感、无线甲烷传感器应用效果好，且精准性高，其中激光甲烷传感可以对甲烷浓度可以进行线性报警，准确性极高。

（二）传输层技术现状

目前总线型分站的采集功能进行了升级，由模拟量采集升级为多路总线采集，其功能有以下几点：对数据进行分析处理、快速报警、快速控制，现在煤矿安全监控系统总线型分站有7路总线功能，其中4路负责采集传感器数据。其中的主要元件无线信号转换器，可以直接接入矿井总线传感器线缆上，通过井下有线和无线传输网络技术的结合，实现线路的灵活配置;区域协同控制器以嵌入式处理系统为载体，通过有线、无线的集中采集，可以根据井下环境、设备运行、人员等进行安全预判，同时还可以处理突发事故，达到事前控制的目的。区域协同控制器与多个接口，具有交换机的功能，适应环网相切、星型等多种结构，且网络重组用时短。其中对变压器也进行了升级，当交流电处于85 ～ 900 V之间设备也可以正常运转，且操作灵活，不用切换抽头，可以实现实时、远程的监控，保证操作员及时了解电源箱的运行情况，设备升级后可以了解到续航时长，同时续航时长也被提升，电源箱的重量也变小，维修维护更加方便。

（三）应用层技术现状

以往的煤矿安全监控系统的功能为基础功能，如数据监测、日报查询、操作控制等，对系统进行升级后，对地面中心站的功能进行了提升：首先，报警、断电控制功能更加灵敏，可以结合瓦斯浓度、变化、持续时长、分布范围进行不同等级的预警，可以实现分级分区的报警，对报警区域可以实时区域断电，不影响其他矿井的生产。其次，对网络、系统进行了融合应用，井下融合成本高，难度大，新的煤矿安全监控系统以地面融合为主，对原有系统的运行方式没有进行改变，通过融合层，借助数据库等技术完成监控系统、定位系统、报警系统的信息共享和协同执行。再次，对系统进行升级后，完成了故障自断、自动评估等功能，通过这一功能，可以高效完成煤矿安全监控系统的维修、调整、优化。最后，通过对煤矿安全监控系统进行升级，完成了不同系统的应急联动，当出现瓦斯超限、断电情况后，监控系统中心可以结合广播、无线通信、人员定位等系统进行应急撤离。

二、煤矿安全监控系统智能化发展

（一）新传感技术及智能化发展

1.分布式激光甲烷监测技术

煤矿矿井的瓦斯监测点数量有限，传统瓦斯监测技术采集数据不够精准，利用分布式激光甲烷监测技术，通过其可调节的激光吸收技术，结合光路空分复用技术，通过激光引入自动校正系统，可以完成矿井中瓦斯的精准监控，解决传统传感器不能长时间作业的问题，降低，分布式激光甲烷监测技术可以实现8路气室的同步监测，根据监测需求，可以扩大监测面至两倍，监测范围大大提升，同时响应时间也大大缩短，可以实现瓦斯的同步监测，可以提升安全预警能力。

2.高分辨率激光痕量监测技术

对于矿区而言，会有自然火灾的隐患，以往技术采用束管监测系统，但是监测效果有待提升，将智能技术应用在其中，可以应用高分辨率激光痕量测量技术，应用新型的安全在线监测传感器，实现可以实现采空区气体的实时测量、监控、处理，缩短了火灾的抢救时长。同时，这一技术还可用于矿区环境检测，其抗干扰性强，极其稳定。

3.超声波时差法断面风速监测技术

采矿巷道通风性不好，应用传统风速测量监测技术风力计算误差大，其存在监测盲区，不能满足采矿的通风要求。应用超声波时差法可以对巷道的断面风速进行测量，利用多线测量法结合巷道断面数据，对风量可以进行精准计算，实现智能调风。

4.传感器智能技术

传感器智能技术采用低耗能、高性能的MCU，结合数字化对传感器的型号、版本、生产日期、出厂、供电信息、故障等进行全周期的维护，同时增加了动态芯片，对传感器的安装位置变化等进行了监控。

（二）新型供电传输技术发展

1.分布式供电技术

现有的监控系统是依靠通信电缆与分站设备进行连接实现远程监控的，但是线路分布复杂，操作不灵活，感应效能也较差，可以对负载动态、电能拾取装置小型化技术加大研究，矿井分布式非接触供电系统供电可靠性增强、远程供电能力增强，实现可灵活的线路接入，其应用了电力载波传输技术，提升了信号强度，电力荷载也有所提升。

2.一体化采集系统

该系统可以完成井下系统的融合，通过现有数据将系统进行融合，借助厂家提供的线路接口，可以完成大量数据的储存，减少了数据的中间处理环节，提升了数据处理效率。

（三）系统数据应用趋势

1.对监测数据的充分利用

监控系统需要对大量数据进行分析，通过数据模型从不同角度了解瓦斯的分布、浓度等情况，通过异常数据可以实现事前的预防，而不是单纯的事故后处理，监控的价值就体现于此。结合分布式多点激光甲烷监测技术可以完成对矿井瓦斯浓度、分布，巷道风速的测量，建立固定时间段内瓦斯的变化发展模型，从而了解瓦斯变化规律，做好安全预警工作，针对矿井外的火灾，对CO2、温度、烟雾等利用传感器数据进行分析，建立火灾模型，从而做好火灾预防、逃亡等，在发生煤自燃火灾时，用高分辨率激光痕量检测技术检测的煤自燃情况，进而建立模型。

2.加强生产和系统协同管控

目前的煤矿安全监控系统还未能实现和生产的协同管控，很多因素都会导致生产中断。安全和高效生产仍然不能同时实现，因此要积极用预警技术、监控技术实现安全生产。

三、结束语

综上所述，智能化煤矿企业的建设对监测监控系统的功能性、稳定性要求日益提高，把握未来技术发展的核心需求具有重要意义。对于煤矿企业工程技术人员来说积极总结安全监控系统智能化的发展经验，对于提升煤矿安全监控能力将有着极其重要的意义，今后煤矿安全监控系统的应用将会更加广泛和有效，要充分发挥科技在煤炭生产应用中的价值，应用智能技术将进一步促进煤炭智能化安全生产。

作者单位：李敏    山东能源集团兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿信息中心

参  考  文  献

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