煤矿安全通风智能监测监控系统设计分析

＊赵金芳

（窑街煤电集团有限公司职业教育中心 甘肃 730080）

智能监测监控系统通过实时采集、分析和处理大量数据，利用模型和算法进行准确的预测和判断，能够提供煤矿内空气质量和通风状态的实时监测、数据分析和预警功能。该系统主要由传感器网络、数据采集与处理技术、智能算法和中央控制系统组成。通过部署在煤矿内的传感器实时采集关键参数，传输至中央控制系统进行实时监测和数据处理，以便及时识别潜在的危险和异常情况。本文对煤矿的安全通风智能监测控制系统进行了详细分析，本系统的应用可以有效预防事故发生，并全面保障矿工的安全。

1.煤矿安全通风智能监测监控系统概述

传统的煤矿安全监测方式往往依赖于人工巡视和经验判断，存在盲区和延迟，无法及时发现和预警潜在危险。而智能监测监控系统能够实时采集、分析和处理大量的数据，基于模型和算法进行准确的预测和判断，大大提高了煤矿安全管理的效率和准确性。结合了先进的传感技术、数据采集与处理技术及智能算法，实现对煤矿通风系统的实时监测、数据分析和预警功能，其主要目标是确保煤矿内的空气质量和通风状态达到安全标准，并为煤矿管理者提供准确的数据支持，以便及时采取必要措施保障矿工的生命安全[1]。其核心是传感器网络，通过部署在煤矿内的传感器实时采集关键参数，将采集到的数据传输至中央控制系统，进行实时监测和数据处理，利用数据分析和智能算法，对传感器数据进行实时分析、模型建立和预测，以便及时识别潜在的危险和异常情况。当监测数据超出预设的安全范围时，系统会自动发出警报，提醒煤矿管理人员采取必要的措施。此外，系统还能生成详细的监测报告和统计数据，帮助管理者了解煤矿通风系统的工作情况，并进行合理的调整和优化。

2.煤矿安全通风智能监测监控系统设计原则及依据

(1)设计的原则

煤矿环境复杂，存在高温、高湿、多尘等恶劣条件，因此监测系统必须确保能够在恶劣环境下稳定工作，系统的传感器必须具备高精度、高稳定性，并且能够长时间运行而不受干扰。同时，系统应具备备份和冗余机制，确保数据采集和传输的可靠性，以免单点故障导致监测中断或数据丢失，并且及时地对相关数据进行处理和分析。同时，系统要有实时预警功能，能够及时发现潜在的危险和异常情况，并向相关人员发送警报，以便及时采取必要措施保障矿工的安全。煤矿的规模和布局可能会发生变化，通风系统的参数和结构可能会有所调整，其可扩展性的能力就显得非常重要，要能够根据实际需要灵活添加或调整传感器和监测节点，接口和协议要保持开放性，以便与其他监测设备和系统进行集成，实现更高级的数据分析和决策支持。

(2)设计的依据

煤矿安全通风智能监测监控系统的设计依据主要来源于《煤矿安全规程》（国家安全生产监督管理总局令第87号）、《矿井通风安全装备配置标准》（GB/T 50518—2020）和《国务院办公厅关于完善煤矿安全监察体制的意见》（国办发〔2004〕79号）等相关法规和标准，这些规定要求煤矿应配备通风监测设备，对氧气浓度、甲烷浓度、风速、风向等关键参数进行实时监测，这些参数的监测可以提前预警潜在的危险，及时采取措施保障矿工安全。在设计过程中，需要参考该标准对传感器、数据采集设备和监控系统的技术要求，确保传感器的精度和稳定性，以及设备适应煤矿特殊环境的能力，遵守规定合理布置监测装置，确保操作规范、维护及时，并采取适当的数据管理措施，确保系统能够满足法规和标准的要求，提供准确、可靠的煤矿通风监测服务。

3.煤矿安全通风智能监测监控系统的分类及组成

(1)系统的分类

从功能上看，可以将其分为通风监测系统和智能监控系统两类。通风监测系统主要用于实时监测煤矿内的通风参数和空气质量，包括传感器网络、数据采集设备和中央控制系统。传感器网络布置在煤矿内的关键位置，数据采集设备负责将传感器数据传输至中央控制系统，中央控制系统通过数据分析和预警算法，对监测数据进行实时分析、模型建立和预测[2]。智能监控系统是在通风监测系统的基础上进一步增加了监控和控制功能，通过与通风设备和其他矿井安全设备的集成，实现对整个煤矿安全系统的智能监控，不仅能够监测通风参数和空气质量，还能监测瓦斯抽采、火灾报警、人员定位等设备和系统的状态。同时，系统能够根据预设的规则和算法，对监测数据进行自动分析和判断，并据此发出警报或采取控制措施。

(2)系统的组成

煤矿安全通风智能监测监控系统是一种用于保障煤矿安全生产的关键设备，通过实时监测煤矿的通风系统运行状态和环境参数，提供预警和监控功能，以确保煤矿内的空气流通和气体浓度控制在安全范围内。该系统主要由传感器、执行器、监控分站、电源、传输接口、主机、打印机、大屏幕、电缆和接线盒等组成。传感器是系统的核心组件之一，用于感知煤矿内部环境温度、湿度、气体浓度等参数的变化；监控分站作为系统的控制中心，接收来自传感器的数据，并根据预设的规则和参数进行分析和处理，负责监测煤矿内部环境的变化，并实时传输数据给主机；电源提供系统所需的电能，确保各个组件正常工作；传输接口用于连接传感器、监控分站和主机之间的数据传输；主机是整个系统的核心控制单元，负责接收和处理来自监控分站的数据，并进行分析、存储和显，具有实时监控功能，可以提供各种报表和数据分析，辅助决策和管理[3]；打印机用于输出各种监测数据、报表和报警信息，以便后续的分析和记录。大屏幕作为显示设备，可以实时展示煤矿内部环境参数的变化和监测结果。电缆和接线盒用于连接各个组件，保证信号的传输和电力的供应，主要起到连接和固定的作用，确保系统的稳定性和安全性。这些组成部分协同工作，为煤矿提供全面、准确、可靠的安全监测和管理。

(3)系统的功能

该系统通过开机自检和本机初始化功能确保设备和传感器正常运行，要定时进行通信测试，确保与地面中心站的可靠通信连接。系统的分站具有自动控制功能，包括断电仪、风电瓦斯锁闭、瓦斯管道监测和环境监测等，以确保电力供应、通风系统和瓦斯抽放的安全运行。支持地面中心站对分站进行参数设置，自动识别连接的传感器类型，实现精确的数据采集。并有超限报警功能，分站接收到中心站的指令时，还可以实现手控操作和异地断电功能，提供远程控制便利。

4.监测监控系统的选型及布置

(1)系统设备的选型

在选择煤矿安全通风智能监测监控系统设备时，需要考虑多个因素，确保设备具备高度可靠性和准确性，能够及时发现煤矿通风系统中的异常情况，并能够在恶劣环境下稳定运行，下面列举一些主流型号的设备：第一，温湿度传感器，可以监测煤矿中的温度和湿度情况，提供准确的数据用于通风系统调节[4]；第二，风速风向传感器，用于测量煤矿中的风速和风向，可以帮助确定通风系统的运行情况，并及时发现风向异常；第三，气体监测仪，用于检测煤矿中的有害气体浓度，例如一氧化碳、二氧化碳等，及时报警以保证矿工的安全；第四，噪音监测器，用于监测煤矿中的噪音水平，及时发现超标情况，以保护矿工的听力健康；第五，火灾探测器，可以监测煤矿中的烟雾和火焰，一旦发现火灾迹象，立即发出警报并采取相应措施；第六，数据采集和传输系统，用于将各种传感器获取的数据进行采集和传输，将实时监测数据传输到监控中心进行处理和分析。

(2)系统设备的布置

①传感器的布置要点及工作面传感器的布置

应在主要通风管道中布置差压传感器，均匀分布在管道的关键位置，用于监测通风系统的风量和风压情况，以便能准确地反映整个通风系统的工作状态。在矿井的工作面区域，需要布置多个传感器来监测关键参数，其中，温度传感器用于检测工作面的温度情况，以便及时采取措施防止火灾事故的发生；瓦斯传感器用于监测工作面的瓦斯浓度，及时发现瓦斯积聚情况，防止瓦斯爆炸。此外，还需要布置风速传感器，用于监测工作面的风速，确保通风系统正常工作，保持空气流通。在传感器的布置过程中，需要考虑传感器之间的距离和分布均匀性，避免出现监测盲区，确保对整个工作面的监测覆盖。

②电缆的选用及使用方法

电缆要有良好的耐火性能，能够在高温环境下保持稳定的工作状态，防止因电缆燃烧而引发火灾，并有较强的耐磨性能，能够承受煤矿环境中的摩擦和磨损，绝缘性达标可以有效地防止电缆中断或短路，确保系统的稳定运行。安装电缆时应按照设计要求进行正确布线，避免电缆的交叉、压扁或过度张拉，以免影响其传输性能，定期对电缆进行巡视和检测，及时发现并处理电缆存在的磨损、老化或损坏等问题，确保系统的正常运行[5]。

③调度监控室的布置

监控室通常是位于煤矿的中心位置，以便能全面监测和控制通风系统。为了清晰观察关键区域和设备状态，监控室应具备良好的视野，并应在监控室内设置一块大屏幕显示墙，才能实时了解各个通风区域的监测数据、视频监控画面及系统运行状态，设有紧急报警设备和备用电源系统，配备先进的调度和监控系统软件，具备友好的用户界面和易于操作的功能，以实时获取和处理煤矿通风系统的相关信息。

④系统接地装置施工

安装接地电极时要在确定的位置挖掘足够深的坑穴，并确保坑底与地下水位保持一定距离，以防止地下水的干扰。然后，将接地电极垂直插入坑穴中，并使用专用工具进行固定，确保与地面平齐。接地电极之间还需按照设计要求进行连接，确保良好的接地连通性。需要进行接地装置的接线工作，根据设计方案和接线图纸，选择适当的电缆和连接器，对于接地电极与监测设备之间的连接，需要将电缆按照规定的方式进行剥皮和绞线，并与相应的连接器进行连接。在接线过程中，要确保接头牢固可靠，并使用绝缘材料进行绝缘处理，防止漏电和短路的发生。在施工完成后，需要进行接地装置的检查和测试，通过使用专业测试仪器，对接地电阻进行测量，确保其符合相关标准要求，还需要检查接地装置的连接处是否紧固可靠，接线是否正确无误。

5.煤矿安全通风智能监测监控的运行建议

(1)改进煤矿通风系统本身的性能

要不断优化通风系统的设计方案，确保其能够覆盖整个矿井区域，并能够有效地分布气流，加快新鲜空气的供应，以减少有害气体的积聚和热量的累积。引入智能监测和控制技术，实时监测煤矿中的气体浓度、温度和湿度等参数，并能够自动调节通风系统的运行、报警和紧急停机，可以考虑使用先进的气体检测装置，如多参数传感器和气体泄漏探测器，以及智能化的数据分析和预测算法，提前发现潜在的安全隐患。

(2)对煤矿内部的监测监控子系统

矿井安全监测子系统涵盖了三个主要方面，包括安全监控系统、矿压监测系统和束管监测系统。矿井安全监控系统通过实时监测和控制，确保矿井的安全运行；矿压监测系统用于监测矿井内的地质压力和岩层变形情况，以便提前预警和采取相应的措施；束管监测系统用于监测矿井内的瓦斯浓度、温度和湿度等参数，以确保矿井内部的空气质量符合安全标准。通过这些安全监测子系统的有效运行，可以及时发现和解决潜在的安全隐患，确保矿工的生命安全和矿井的正常运行。

(3)提高煤矿通风管理工作

为了增强对煤矿通风的治理，首要任务是加强对煤矿通风及安全监测系统的监管，从技术、装备、人才等各个角度入手，尤其需重视对新型安全监测设备的经费投入。建立完善的通风管理制度，确保责任分工明确、工作流程规范，并加强执行力度，定期进行通风系统的检查和维护，及时做好清洁、修复和更换风机、风道和排风口等设备维护工作，以保持通风系统的正常运行。实时监测通风效果，使用传感器和监测设备对矿井内的气流速度、氧气含量和有害气体浓度等进行实时监测，并根据监测结果及时调整通风系统的运行参数。

6.结束语

随着科技的不断进步，煤矿安全通风智能监测监控系统的设计已经取得了显著的进展，后续可以着重于提高传感器的精确性和可靠性，优化数据分析和预测算法，实现更准确的预警和判断，积极探索与其他智能设备和系统的集成，实现更高级的监测和控制功能。