煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造問(wèn)題及對(duì)策

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摘要：簡(jiǎn)要介紹了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，圍繞中心站、信息傳輸裝置、傳感器和執(zhí)行器等設(shè)備闡述了該系統(tǒng)在井下的應(yīng)用，分析了系統(tǒng)的主要功能，對(duì)目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造期間存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了解決對(duì)策。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)控；傳感器；執(zhí)行器；中心站

隨著國(guó)家對(duì)煤炭行業(yè)安全問(wèn)題的重視，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛使用，形成了成熟的井上井下暢通的信息交流通道和可靠的安全預(yù)警機(jī)制。這不僅可及時(shí)準(zhǔn)確地提供信息以指揮生產(chǎn)，預(yù)防事故發(fā)生，又能及時(shí)查看各種安全生產(chǎn)及設(shè)備運(yùn)行的信息，形成一個(gè)安全、生產(chǎn)、調(diào)度和管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本文對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦井下的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)當(dāng)前安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析并提出相應(yīng)解決對(duì)策。

1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

煤礦井下作業(yè)中存在瓦斯、煤塵、水災(zāi)、火災(zāi)和頂板事故等隱患，特別是瓦斯、火災(zāi)事故，一旦發(fā)生，會(huì)給礦井造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。為貫徹落實(shí)“先抽后采、以風(fēng)定產(chǎn)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控”的瓦斯治理方針，國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方法規(guī)明確要求煤礦井下都必須安裝、使用安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要用來(lái)監(jiān)測(cè)井下CH4，CO等的濃度，溫度、風(fēng)速等環(huán)境參數(shù)及風(fēng)門(mén)、饋電、風(fēng)機(jī)開(kāi)停等設(shè)備狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖控制等功能。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下瓦斯、CO等有害氣體的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，大大減少了煤礦瓦斯、火災(zāi)事故的發(fā)生，在煤礦“一通三防”、機(jī)電設(shè)備等安全生產(chǎn)管理中具有不可替代的作用。

2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

安全監(jiān)控技術(shù)是由電子技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、物理（化學(xué)）式傳感器技術(shù)等多領(lǐng)域結(jié)合的新技術(shù)，主要通過(guò)監(jiān)控軟件管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確獲取，為管理者決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有效避免由缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)滯后等原因造成的決策失誤給煤礦帶來(lái)經(jīng)濟(jì)與財(cái)產(chǎn)損失。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)一般由中心站、信息傳輸裝置、傳感器和執(zhí)行器三部分組成[1]。

2.1中心站

中心站一般設(shè)在礦井調(diào)度信息中心機(jī)房，其防火、防雷、抗干擾等安全設(shè)施必須齊全有效，確保中心站具有良好的運(yùn)行環(huán)境。中心站由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、核心交換機(jī)、硬件防火墻、UPS（不間斷電源）、打印機(jī)等主要硬件設(shè)備組成。數(shù)據(jù)采集采用2臺(tái)服務(wù)器組成雙機(jī)熱備，其中一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)熱備。2臺(tái)服務(wù)器通過(guò)“心跳線”或雙機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障后，熱備服務(wù)器在5min內(nèi)自動(dòng)投入使用，以確保對(duì)井下的監(jiān)測(cè)控制連續(xù)不斷。礦井調(diào)度室設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)客戶端，設(shè)專(zhuān)人24h不間斷值機(jī)，通過(guò)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與中心站的數(shù)據(jù)互通，并具有顯示、控制權(quán)限，確保調(diào)度指揮中心能快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握井下信息，為日常安全管理、災(zāi)變處理等準(zhǔn)確決策提供可靠技術(shù)依據(jù)。

2.2信息傳輸裝置

地面交換機(jī)、井下交換機(jī)、光纖、監(jiān)控分站、信號(hào)電纜等設(shè)備組成了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸通道。信息通過(guò)分時(shí)多路復(fù)用技術(shù)傳輸，使監(jiān)控中心服務(wù)器、監(jiān)控分站、傳感器、執(zhí)行器之間進(jìn)行信息溝通。在地面設(shè)置1臺(tái)交換機(jī)，監(jiān)控專(zhuān)用光纖從不同井筒鋪設(shè)至井下交換機(jī)，組成光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，確保光纖中任意一處斷開(kāi)后，不會(huì)影響到數(shù)據(jù)傳輸。交換機(jī)一般設(shè)置在中央變電所、采區(qū)變電所，安裝數(shù)量應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)數(shù)量及距離確定。交換機(jī)至分站采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行信號(hào)傳輸，也可采用RS485，CAN，LonWorks，Profibus等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸。根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》新要求，傳感器至分站傳輸采用工業(yè)以太網(wǎng)、RS485及CAN的數(shù)字化傳輸方式，以增強(qiáng)抗電磁干擾能力[2]。

2.3傳感器和執(zhí)行器

傳感器和執(zhí)行器是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備。傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、精度、穩(wěn)定性等直接影響數(shù)據(jù)的分析及處理結(jié)果，而執(zhí)行器是對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果的執(zhí)行單元，承載著斷電控制、聲光報(bào)警等功能。因此，傳感器和執(zhí)行器的安裝、使用、維護(hù)必須符合AQ1029—2019《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求。傳感器分為模擬量傳感器和開(kāi)停量傳感器。模擬量傳感器監(jiān)測(cè)連續(xù)變化的物理量，如甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器等；開(kāi)停量傳感器監(jiān)測(cè)“開(kāi)”“停”兩態(tài)，如局扇開(kāi)停傳感器、饋電傳感器等。傳感器信號(hào)傳輸方式主要分為頻率型、數(shù)字型（RS485型）2種。頻率型傳感器抗干擾能力差，與數(shù)字型傳感器混用易造成誤報(bào)警，目前，新型數(shù)字型傳感器已解決原頻率型信號(hào)傳輸存在的問(wèn)題。但不管是哪種類(lèi)型的傳感器都必須按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行定期校準(zhǔn)，這樣方可確保傳感器測(cè)值準(zhǔn)確、運(yùn)行穩(wěn)定。執(zhí)行器包括聲光報(bào)警器、斷電器等設(shè)備，主要是執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)或分站下達(dá)命令的控制單元。斷電器安裝在監(jiān)控分站與被控設(shè)備開(kāi)關(guān)之間，是接收分站命令實(shí)現(xiàn)斷電的關(guān)鍵設(shè)備，因此必須定期對(duì)斷電器進(jìn)行測(cè)試，確保斷電可靠。

3煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

3.1軟件功能

監(jiān)控系統(tǒng)必須具有數(shù)據(jù)采集、手動(dòng)遙控?cái)嚯?、超限?bào)警、超限斷電、復(fù)電、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)上傳、顯示打印、雙機(jī)切換等功能，并具有操作權(quán)限管理和操作記錄等功能。數(shù)據(jù)必須每3個(gè)月進(jìn)行1次備份，備份數(shù)據(jù)介質(zhì)保存時(shí)間不少于2a，以備發(fā)生事故后進(jìn)行追查、分析，提高對(duì)煤礦的監(jiān)管能力。

3.2三閉鎖功能

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)“三閉鎖”功能，即甲烷電閉鎖、風(fēng)電閉鎖、故障閉鎖。a)通過(guò)正確設(shè)置甲烷傳感器的報(bào)警值、斷電值、復(fù)電值，實(shí)現(xiàn)CH4超過(guò)設(shè)定值后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警、分站報(bào)警、監(jiān)控中心站報(bào)警，通過(guò)本地分站或中心站系統(tǒng)控制斷電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)斷電功能；b)通過(guò)監(jiān)測(cè)風(fēng)筒傳感器、局扇開(kāi)停傳感器開(kāi)停狀態(tài)，判斷是否停風(fēng)，從而控制停風(fēng)影響范圍內(nèi)的斷電，防止停風(fēng)后繼續(xù)作業(yè)造成瓦斯超限及次生事故的發(fā)生；c)系統(tǒng)通過(guò)判斷監(jiān)控設(shè)備是否處于故障狀態(tài)，來(lái)對(duì)影響區(qū)域電氣開(kāi)關(guān)實(shí)施閉鎖控制，以防傳感器故障期間瓦斯?jié)舛瘸藓笤斐赏咚故鹿?；d)甲烷風(fēng)電閉鎖控制則是在風(fēng)電閉鎖與甲烷電閉鎖內(nèi)容基礎(chǔ)上，增加了組合邏輯控制，即把“巷道內(nèi)CH4體積分?jǐn)?shù)是否大于3%、巷道是否停風(fēng)”作為共同條件，對(duì)局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)進(jìn)行有別于常規(guī)控制的閉鎖控制。為確保斷電、閉鎖功能可靠，要求對(duì)風(fēng)電閉鎖、甲烷電閉鎖功能必須每15d至少測(cè)試1次，對(duì)可能造成局扇停電的，每0.5a至少測(cè)試1次。

4系統(tǒng)升級(jí)改造中的問(wèn)題及其解決對(duì)策

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)可由原來(lái)單一的監(jiān)測(cè)監(jiān)控向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。目前很多型號(hào)系統(tǒng)已和主扇參數(shù)監(jiān)測(cè)、抽采泵站監(jiān)測(cè)、瓦斯抽采管路在線監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)融入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、分析、處理。在落實(shí)國(guó)家局推行的《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》過(guò)程中存在不少問(wèn)題，需進(jìn)一步探討解決[3]。

4.1存在的問(wèn)題

4.1.1新系統(tǒng)平臺(tái)缺少規(guī)范支持盡管?chē)?guó)家煤礦安監(jiān)局下發(fā)了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》及《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造驗(yàn)收規(guī)范》，并積極推進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造及驗(yàn)收工作，但缺少多系統(tǒng)融合、數(shù)據(jù)應(yīng)用分析、自診斷自評(píng)估、瓦斯涌出預(yù)警、火災(zāi)預(yù)警等方面的具體規(guī)范，監(jiān)控功能不盡相同，功能深入程度無(wú)法規(guī)范，因此無(wú)法保證后續(xù)使用的效果。

4.1.2通信協(xié)議不規(guī)范系統(tǒng)融合難度大由于現(xiàn)有生產(chǎn)廠家的監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)的通信協(xié)議均互不兼容，雖然有統(tǒng)一的《煤礦感知數(shù)據(jù)采集規(guī)范（試行）》，但是從目前情況來(lái)看，執(zhí)行力不夠，從而造成不同廠家的設(shè)備采集數(shù)據(jù)無(wú)法直接兼容、共享，必須由相關(guān)廠家進(jìn)行協(xié)議對(duì)接、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，造成轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)時(shí)穩(wěn)定性不高、增加額外對(duì)接費(fèi)用、受制于人的問(wèn)題，而且增加了礦井單位的使用運(yùn)營(yíng)成本。

4.1.3系統(tǒng)自診斷數(shù)據(jù)應(yīng)用分析功能有待加強(qiáng)作為管理維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的輔助手段，部分安全監(jiān)控系統(tǒng)只能對(duì)系統(tǒng)的通訊狀況進(jìn)行診斷，不能詳細(xì)判斷故障的性質(zhì)和故障點(diǎn)，而實(shí)際工作中要求能判斷出分站、傳感器與電纜故障、報(bào)警、短路報(bào)警、干擾誤報(bào)警與真實(shí)超限之間的區(qū)別，為維護(hù)人員提供故障的類(lèi)型和方位，以便于迅速處理故障。

4.2問(wèn)題的解決對(duì)策

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已逐漸深入到人員定位、應(yīng)急廣播、供電控制等相關(guān)領(lǐng)域，但如果不解決以上問(wèn)題，多系統(tǒng)融合不但推進(jìn)難度較大、兼容性不確定，而且存在很大的局限性。只有國(guó)家或行業(yè)出臺(tái)相應(yīng)強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，才能更好地應(yīng)用煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。a)制訂符合標(biāo)準(zhǔn)的通用通信協(xié)議、硬件傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)，并強(qiáng)制執(zhí)行；b)盡快制訂系統(tǒng)自診斷自評(píng)估、數(shù)據(jù)應(yīng)用分析、多系統(tǒng)融合等方面的規(guī)范，細(xì)化內(nèi)容、明確實(shí)現(xiàn)效果等，解決系統(tǒng)升級(jí)改造與規(guī)范不同步、脫節(jié)現(xiàn)象；c)盡快完成煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造，杜絕由頻率信號(hào)傳輸缺陷造成的誤報(bào)警，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、易用性及抗電磁干擾能力。

5結(jié)語(yǔ)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)作為煤礦安全生產(chǎn)的有利保障，對(duì)于保障作業(yè)人員生命安全，實(shí)現(xiàn)礦井經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益雙贏具有重大的意義。煤礦管理人員應(yīng)組織專(zhuān)業(yè)力量針對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行深入檢查，找出存在的問(wèn)題和隱患，有針對(duì)性地進(jìn)行升級(jí)改造，通過(guò)加強(qiáng)各煤礦企業(yè)的聯(lián)合協(xié)作與交流，積極探索現(xiàn)有系統(tǒng)存在的不足并加以優(yōu)化改進(jìn)，在提升系統(tǒng)功效的同時(shí)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和耐用性，從而為礦井安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］林鍵飛.淺析煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在井下的應(yīng)用［J］.江西建材，2016(19)：211．

［2］國(guó)家煤礦安監(jiān)局.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案［A］.2016-12-30.

［3］李繼林.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤炭技術(shù)，2008(11)：3-5.

作者：楊威 單位：霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司