淺析監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)在礦井安全生產(chǎn)中的發(fā)展與應(yīng)用

芮千龍

摘要：該文就瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)在瓦斯防治工作中如何了解瓦斯實(shí)時(shí)變化情況，對(duì)其濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制進(jìn)行了分析，具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：瓦斯 監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù) 防治 發(fā)展與應(yīng)用

0 引言

在七十年代以前，礦井瓦斯氣體監(jiān)測(cè)只能依靠人工監(jiān)測(cè)來(lái)進(jìn)行，而瓦斯監(jiān)測(cè)設(shè)備也十分落后，利用的設(shè)備是日本二十年代研制的光干涉原理瓦斯檢測(cè)儀，工人必須手持瓦斯監(jiān)測(cè)儀到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工操作監(jiān)測(cè)瓦斯。這種儀器易受環(huán)境溫度、壓力、視覺(jué)等因素影響而造成測(cè)量誤差，又不能連續(xù)檢查瓦斯，在瓦斯監(jiān)測(cè)過(guò)程中容易出現(xiàn)漏洞，無(wú)法正常監(jiān)測(cè)井下施工現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯?jié)舛?，確保人們的生命產(chǎn)才安全。這時(shí)的監(jiān)測(cè)技術(shù)就是一人加一檢測(cè)儀器而已。

1 自動(dòng)監(jiān)測(cè)斷電時(shí)期

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)于七十年代初期自行研制出了單體式瓦斯報(bào)警斷電儀，采用熱敏載體催化原理，它的測(cè)量原理是把環(huán)境中的瓦斯氣體物理量轉(zhuǎn)換為一定的電量信號(hào)，來(lái)測(cè)量出環(huán)境中的瓦斯值的大小。當(dāng)瓦斯值超過(guò)規(guī)定時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)切斷被控電氣設(shè)備的電源，實(shí)現(xiàn)了瓦斯自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)與控制。改變了多年來(lái)單純依靠人工利用光干涉瓦斯檢測(cè)儀檢查瓦斯，往往發(fā)生因人為出現(xiàn)的測(cè)量誤差。這時(shí)的監(jiān)測(cè)技術(shù)可以說(shuō)是形成了一個(gè)小小的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由迎頭的瓦斯監(jiān)測(cè)儀器和斷電儀器兩個(gè)部分組成，呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)范圍小，通訊距離短的特點(diǎn)。另外這種儀器還是單體式的，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都不高。隨著科技的進(jìn)步，八十年代出現(xiàn)了集成電路和數(shù)字電路，這一技術(shù)被廣泛應(yīng)用于儀器監(jiān)測(cè)設(shè)備中和礦井瓦斯監(jiān)測(cè)中，另外運(yùn)用了電壓頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)和載波調(diào)制技術(shù)，把現(xiàn)場(chǎng)瓦斯電信號(hào)轉(zhuǎn)換成適于傳輸?shù)母哳l電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)制，后由傳輸線路送至地面，地面的接收裝置對(duì)其進(jìn)行信號(hào)解調(diào)，這樣人們就可以在遠(yuǎn)距離的地面觀察井下現(xiàn)場(chǎng)瓦斯變化情況。由于使用了集成電路和數(shù)字電路等技術(shù)，設(shè)備的監(jiān)測(cè)性能更加穩(wěn)定，準(zhǔn)確性相應(yīng)的得以提高。這時(shí)的監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)初步形成監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由瓦斯檢測(cè)儀器、斷電儀器、傳輸線路和地面接受裝置以及地面信號(hào)顯示裝置。但是不夠規(guī)范，只是一種系統(tǒng)的雛形。

2 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

由于煤礦安全技術(shù)的落后，導(dǎo)致事故的頻發(fā)，血和淚的教訓(xùn)逼迫著煤礦人要求改變煤礦安全的落后面貌，引進(jìn)新設(shè)備和新技術(shù)，做好瓦斯防治工作，避免類(lèi)似災(zāi)難事故的再次發(fā)生。八十年代，我國(guó)先后從英國(guó)和美國(guó)引進(jìn)了兩套煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上研制出了符合我國(guó)煤礦開(kāi)采特征的煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)，它是由地面監(jiān)控機(jī)房、井下分站和各種傳感器組成，地面監(jiān)控機(jī)房?jī)?nèi)有數(shù)據(jù)接受裝置和監(jiān)控主機(jī)。主機(jī)上安裝一套與井下分站等設(shè)備相匹配的監(jiān)控系統(tǒng)軟件，井下有分站和各種傳感器，其中有瓦斯傳感器、CO傳感器、溫度傳感器以及斷電器等，附有示意圖例。這時(shí)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)形成為一套比較完整的系統(tǒng)，基本上已經(jīng)滿足了礦井安全生產(chǎn)的瓦斯監(jiān)控技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控，地面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控的一種技術(shù)。

3 網(wǎng)絡(luò)安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及與應(yīng)用，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)也日趨完善，實(shí)現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)的連接，人們可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端方便的查看井下安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，至此，煤礦安全監(jiān)控技術(shù)形成了一套科學(xué)、規(guī)范的專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)。地面實(shí)現(xiàn)主機(jī)與備機(jī)的實(shí)時(shí)安全切換而數(shù)據(jù)不中斷，并專(zhuān)門(mén)設(shè)置一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)終端供各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)查看和將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給上級(jí)部門(mén)。井下實(shí)現(xiàn)了多分站全區(qū)域的安全監(jiān)控。下面附有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。地面部分也就是所謂的地面監(jiān)控中心站，這里所顯示的是設(shè)備的主要部分，另外還有打印機(jī)、避雷器、大屏顯示等其他附加設(shè)備這里不作多述，地面中心站的主要功能就是全面監(jiān)控管理整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，分析處理、集中顯示、統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)井下分站采集送上來(lái)的各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制、監(jiān)控畫(huà)面及各類(lèi)報(bào)表的編輯、制作；任意時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢(xún)、打印；監(jiān)控信息的遠(yuǎn)程傳輸和網(wǎng)絡(luò)通訊等，真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖像信息、文件的異地實(shí)時(shí)共享。兩臺(tái)監(jiān)控主機(jī)，其中一臺(tái)為備用，主機(jī)里安裝有配套的監(jiān)控軟件，這里以重慶煤科院研制的KJ90型煤礦安全綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件為例進(jìn)行講解。數(shù)據(jù)傳輸接口：主要用于監(jiān)控主機(jī)與井下監(jiān)控分站之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊及電氣本安隔離，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換井下分站采集傳輸?shù)母鞣N監(jiān)測(cè)信號(hào)，發(fā)送監(jiān)控主機(jī)的各種控制命令。監(jiān)控主機(jī)：因?yàn)闄C(jī)內(nèi)安有系統(tǒng)軟件，所以負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施初始化，定義和修改井下分站、傳感器、控制器的類(lèi)型、安裝位置、控制通道等重要參數(shù)；對(duì)模擬量傳感器的報(bào)警上下限、斷電器的斷電、復(fù)電值等參數(shù)進(jìn)行多級(jí)別設(shè)定。給井下分站設(shè)置不同的信號(hào)采樣、巡檢周期，以主、從隊(duì)列兩種掃描方式實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)別分站的重點(diǎn)監(jiān)控；用戶(hù)可在主機(jī)上根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行相關(guān)操作等。監(jiān)控主機(jī)將監(jiān)測(cè)到的井下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)外網(wǎng)交換機(jī)以及內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)分別傳給不同地方。

井下監(jiān)測(cè)分站:井下監(jiān)測(cè)分站是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備，具有智能化程度高、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔靈活等特點(diǎn)。主要是給各類(lèi)傳感器集中供電，實(shí)時(shí)采集和預(yù)分析處理各類(lèi)傳感器的實(shí)測(cè)結(jié)果，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口與地面監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊，向地面?zhèn)魉途赂黝?lèi)監(jiān)控信息，執(zhí)行地面下發(fā)的各種控制命令。具有現(xiàn)實(shí)控制、超限聲光報(bào)警、斷電控制等多種功能。下附有分站工作結(jié)構(gòu)示意圖：

井下安全生產(chǎn)所涉及到需要安裝的模擬量傳感器一般有瓦斯、CO、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度、風(fēng)量、管道流量、水位、等近二十余種。開(kāi)關(guān)量有設(shè)備開(kāi)停、風(fēng)門(mén)、煙霧、饋電等十余種。

4 結(jié)語(yǔ)

監(jiān)控系統(tǒng)最主要的功能就是環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)和適時(shí)自動(dòng)執(zhí)行斷電，以甲烷傳感器為例，環(huán)境監(jiān)測(cè)就是監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯?jié)舛惹闆r，瓦斯?jié)舛纫坏┻_(dá)到或者超過(guò)傳感器的報(bào)警設(shè)定值，甲烷傳感器就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，以提醒現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及時(shí)撤離采取措施進(jìn)行處理。當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或者超過(guò)傳感器的斷電值時(shí)，瓦斯傳感器就會(huì)向分站發(fā)送信號(hào)，分站就會(huì)立即給斷電器下發(fā)一斷電信號(hào)，此刻斷電器執(zhí)行此命令斷去被控開(kāi)關(guān)的電源.瓦斯爆炸的三個(gè)條件：瓦斯?jié)舛?、引火溫度和氧氣濃度，而監(jiān)控系統(tǒng)就是針對(duì)其中的瓦斯?jié)舛群鸵饻囟妊邪l(fā)的，電容易產(chǎn)生電火花，斷電就是杜絕在瓦斯?jié)舛雀叩那闆r下有電火花的產(chǎn)生。