煤礦安全監控系統升級改造問題及對策

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摘要：簡要介紹了煤礦安全監控系統的重要性，圍繞中心站、信息傳輸裝置、傳感器和執行器等設備闡述了該系統在井下的應用，分析了系統的主要功能，對目前煤礦安全監控系統升級改造期間存在的問題進行了總結，并提出了解決對策。

關鍵詞：安全監控；傳感器；執行器；中心站

隨著國家對煤炭行業安全問題的重視，煤礦安全監控系統在煤礦生產中得到了廣泛使用，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警機制。這不僅可及時準確地提供信息以指揮生產，預防事故發生，又能及時查看各種安全生產及設備運行的信息，形成一個安全、生產、調度和管理的網絡系統。本文對安全監控系統在煤礦井下的應用進行簡要介紹，并對當前安全監控系統升級改造過程中存在的問題進行剖析并提出相應解決對策。

1煤礦安全監控系統的重要性

煤礦井下作業中存在瓦斯、煤塵、水災、火災和頂板事故等隱患，特別是瓦斯、火災事故，一旦發生，會給礦井造成重大的經濟損失和人員傷亡。為貫徹落實“先抽后采、以風定產、監測監控”的瓦斯治理方針，國家行業標準、地方法規明確要求煤礦井下都必須安裝、使用安全監控系統，主要用來監測井下CH4，CO等的濃度，溫度、風速等環境參數及風門、饋電、風機開停等設備狀態，并實現聲光報警、風電閉鎖、瓦斯電閉鎖控制等功能。該系統實現了對井下瓦斯、CO等有害氣體的實時監測報警以及對設備運行狀態的實時監測與控制，大大減少了煤礦瓦斯、火災事故的發生，在煤礦“一通三防”、機電設備等安全生產管理中具有不可替代的作用。

2煤礦安全監控系統的構成

安全監控技術是由電子技術、信息傳輸技術、物理（化學）式傳感器技術等多領域結合的新技術，主要通過監控軟件管理系統實現相關數據的快速準確獲取，為管理者決策提供基礎數據，有效避免由缺少基礎數據、數據不準確、數據滯后等原因造成的決策失誤給煤礦帶來經濟與財產損失。煤礦安全監控系統一般由中心站、信息傳輸裝置、傳感器和執行器三部分組成[1]。

2.1中心站

中心站一般設在礦井調度信息中心機房，其防火、防雷、抗干擾等安全設施必須齊全有效，確保中心站具有良好的運行環境。中心站由數據采集服務器、環網交換機、核心交換機、硬件防火墻、UPS（不間斷電源）、打印機等主要硬件設備組成。數據采集采用2臺服務器組成雙機熱備，其中一臺運行，一臺熱備。2臺服務器通過“心跳線”或雙機軟件實現一臺服務器出現故障后，熱備服務器在5min內自動投入使用，以確保對井下的監測控制連續不斷。礦井調度室設監控系統客戶端，設專人24h不間斷值機，通過局域網實現與中心站的數據互通，并具有顯示、控制權限，確保調度指揮中心能快速、及時、準確地掌握井下信息，為日常安全管理、災變處理等準確決策提供可靠技術依據。

2.2信息傳輸裝置

地面交換機、井下交換機、光纖、監控分站、信號電纜等設備組成了煤礦安全監控系統信息傳輸通道。信息通過分時多路復用技術傳輸，使監控中心服務器、監控分站、傳感器、執行器之間進行信息溝通。在地面設置1臺交換機，監控專用光纖從不同井筒鋪設至井下交換機，組成光纖環形網絡，確保光纖中任意一處斷開后，不會影響到數據傳輸。交換機一般設置在中央變電所、采區變電所，安裝數量應根據監測地點數量及距離確定。交換機至分站采用工業以太網進行信號傳輸，也可采用RS485，CAN，LonWorks，Profibus等方式實現數字化傳輸。根據《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》新要求，傳感器至分站傳輸采用工業以太網、RS485及CAN的數字化傳輸方式，以增強抗電磁干擾能力[2]。

2.3傳感器和執行器

傳感器和執行器是煤礦安全監控系統終端設備。傳感器監測數據的準確性、精度、穩定性等直接影響數據的分析及處理結果，而執行器是對監控系統數據分析處理結果的執行單元，承載著斷電控制、聲光報警等功能。因此，傳感器和執行器的安裝、使用、維護必須符合AQ1029—2019《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》標準要求。傳感器分為模擬量傳感器和開停量傳感器。模擬量傳感器監測連續變化的物理量，如甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器等；開停量傳感器監測“開”“停”兩態，如局扇開停傳感器、饋電傳感器等。傳感器信號傳輸方式主要分為頻率型、數字型（RS485型）2種。頻率型傳感器抗干擾能力差，與數字型傳感器混用易造成誤報警，目前，新型數字型傳感器已解決原頻率型信號傳輸存在的問題。但不管是哪種類型的傳感器都必須按照相關規定進行定期校準，這樣方可確保傳感器測值準確、運行穩定。執行器包括聲光報警器、斷電器等設備，主要是執行監控系統或分站下達命令的控制單元。斷電器安裝在監控分站與被控設備開關之間，是接收分站命令實現斷電的關鍵設備，因此必須定期對斷電器進行測試，確保斷電可靠。

3煤礦安全監控系統的主要功能

3.1軟件功能

監控系統必須具有數據采集、手動遙控斷電、超限報警、超限斷電、復電、數據存儲、數據查詢、數據上傳、顯示打印、雙機切換等功能，并具有操作權限管理和操作記錄等功能。數據必須每3個月進行1次備份，備份數據介質保存時間不少于2a，以備發生事故后進行追查、分析，提高對煤礦的監管能力。

3.2三閉鎖功能

煤礦安全監控系統必須實現“三閉鎖”功能，即甲烷電閉鎖、風電閉鎖、故障閉鎖。a)通過正確設置甲烷傳感器的報警值、斷電值、復電值，實現CH4超過設定值后進行現場報警、分站報警、監控中心站報警，通過本地分站或中心站系統控制斷電器動作，實現斷電功能；b)通過監測風筒傳感器、局扇開停傳感器開停狀態，判斷是否停風，從而控制停風影響范圍內的斷電，防止停風后繼續作業造成瓦斯超限及次生事故的發生；c)系統通過判斷監控設備是否處于故障狀態，來對影響區域電氣開關實施閉鎖控制，以防傳感器故障期間瓦斯濃度超限后造成瓦斯事故；d)甲烷風電閉鎖控制則是在風電閉鎖與甲烷電閉鎖內容基礎上，增加了組合邏輯控制，即把“巷道內CH4體積分數是否大于3%、巷道是否停風”作為共同條件，對局部通風機開關進行有別于常規控制的閉鎖控制。為確保斷電、閉鎖功能可靠，要求對風電閉鎖、甲烷電閉鎖功能必須每15d至少測試1次，對可能造成局扇停電的，每0.5a至少測試1次。

4系統升級改造中的問題及其解決對策

煤礦安全監控系統可由原來單一的監測監控向綜合自動化方向發展。目前很多型號系統已和主扇參數監測、抽采泵站監測、瓦斯抽采管路在線監測等子系統關聯，數據融入礦井安全監控系統進行數據監測、分析、處理。在落實國家局推行的《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》過程中存在不少問題，需進一步探討解決[3]。

4.1存在的問題

4.1.1新系統平臺缺少規范支持盡管國家煤礦安監局下發了《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》及《煤礦安全監控系統升級改造驗收規范》，并積極推進煤礦安全監控系統升級改造及驗收工作，但缺少多系統融合、數據應用分析、自診斷自評估、瓦斯涌出預警、火災預警等方面的具體規范，監控功能不盡相同，功能深入程度無法規范，因此無法保證后續使用的效果。

4.1.2通信協議不規范系統融合難度大由于現有生產廠家的監控系統、人員定位系統、應急廣播系統的通信協議均互不兼容，雖然有統一的《煤礦感知數據采集規范（試行）》，但是從目前情況來看，執行力不夠，從而造成不同廠家的設備采集數據無法直接兼容、共享，必須由相關廠家進行協議對接、數據轉換，造成轉換數據時穩定性不高、增加額外對接費用、受制于人的問題，而且增加了礦井單位的使用運營成本。

4.1.3系統自診斷數據應用分析功能有待加強作為管理維護監控系統的輔助手段，部分安全監控系統只能對系統的通訊狀況進行診斷，不能詳細判斷故障的性質和故障點，而實際工作中要求能判斷出分站、傳感器與電纜故障、報警、短路報警、干擾誤報警與真實超限之間的區別，為維護人員提供故障的類型和方位，以便于迅速處理故障。

4.2問題的解決對策

煤礦安全監控系統已逐漸深入到人員定位、應急廣播、供電控制等相關領域，但如果不解決以上問題，多系統融合不但推進難度較大、兼容性不確定，而且存在很大的局限性。只有國家或行業出臺相應強制執行標準，才能更好地應用煤礦安全監控系統。a)制訂符合標準的通用通信協議、硬件傳輸接口標準，并強制執行；b)盡快制訂系統自診斷自評估、數據應用分析、多系統融合等方面的規范，細化內容、明確實現效果等，解決系統升級改造與規范不同步、脫節現象；c)盡快完成煤礦安全監控系統升級改造，杜絕由頻率信號傳輸缺陷造成的誤報警，提高系統的穩定性、易用性及抗電磁干擾能力。

5結語

煤礦安全監控系統作為煤礦安全生產的有利保障，對于保障作業人員生命安全，實現礦井經濟效益與社會效益雙贏具有重大的意義。煤礦管理人員應組織專業力量針對煤礦安全監控系統進行深入檢查，找出存在的問題和隱患，有針對性地進行升級改造，通過加強各煤礦企業的聯合協作與交流，積極探索現有系統存在的不足并加以優化改進，在提升系統功效的同時保證系統的穩定性和耐用性，從而為礦井安全生產奠定基礎。

參考文獻：

［1］林鍵飛.淺析煤礦安全監測監控系統在井下的應用［J］.江西建材，2016(19)：211．

［2］國家煤礦安監局.煤礦安全監控系統升級改造技術方案［A］.2016-12-30.

［3］李繼林.煤礦安全監控系統的現狀與發展趨勢［J］.煤炭技術，2008(11)：3-5.

作者：楊威 單位：霍州煤電集團有限責任公司