煤礦瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

鞠 麗

唐山開灤林西礦業(yè)有限公司

煤礦瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

鞠 麗

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瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用能大大提高煤礦安全生產(chǎn)管理水平。從近年來煤礦重大安全事故來看，瓦斯安全隱患是造成礦難的主要原因之一，探索科學(xué)高效的煤礦瓦斯安全自動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯安全情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可以有效減少和預(yù)防瓦斯安全事故的發(fā)生。通過管理上的改進(jìn)和監(jiān)測技術(shù)的創(chuàng)新，可以增強(qiáng)煤礦瓦斯的監(jiān)控管理力度及監(jiān)測準(zhǔn)確性。本文對(duì)于煤礦瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討，希望對(duì)以后的具體工作起到實(shí)際的參考作用。

煤礦瓦斯安全監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

1、引言

我國是一個(gè)煤炭大國，煤炭是我國的基礎(chǔ)能源，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮了重要作用。然而與世界各主要產(chǎn)煤國家相比，我國的煤炭主要依靠井工開采，而且高瓦斯礦井多，瓦斯事故多發(fā)，死亡人數(shù)所占比例最大。因此，研究開發(fā)新型煤礦瓦斯安全自動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測井下瓦斯?jié)舛?，把瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩秶鷥?nèi)，是避免礦井事故的主要手段。

2、瓦斯概述及其危害

煤礦瓦斯的危害主要表現(xiàn)在瓦斯窒息和爆炸事故方面；同時(shí)煤礦瓦斯大量地排入大氣，增大了大氣層的溫室效應(yīng)，惡化了氣象條件。瓦斯突出是一個(gè)災(zāi)害的專用術(shù)語，是指隨著煤礦開采深度的增加、瓦斯含量的增加，在煤層中形成了在地應(yīng)力作用下，瓦斯釋放的引力作用下，使軟弱煤層突破抵抗線，瞬間釋放大量瓦斯和煤而造成的一種地質(zhì)災(zāi)害。煤礦開采深度越深，瓦斯瞬間釋放的能量也會(huì)越大。

瓦斯爆炸就其本質(zhì)來說，是一定濃度的甲烷和空氣中的氧氣在一定溫度作用下產(chǎn)生的激烈氧化反應(yīng)。煤礦安全在煤炭生產(chǎn)中占有特別重要的地位。煤礦事故發(fā)生的主要形式為瓦斯爆炸、瓦斯突出及中毒窒息。其原因主要有：地質(zhì)條件變化使掘進(jìn)面或工作面的瓦斯異常涌出并大量積聚；全局和局部通風(fēng)結(jié)構(gòu)及管理不善，導(dǎo)致異常涌出的瓦斯得不到排除或稀釋；現(xiàn)場監(jiān)控報(bào)警手段落后，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除事故隱患，不能及時(shí)發(fā)出報(bào)警；上級(jí)煤管機(jī)關(guān)對(duì)各礦井下瓦斯變化，缺少直接、定量、有效、客觀的監(jiān)控條件與手段。

3、系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 瓦斯傳感器

瓦斯傳感器由黑白元件、信號(hào)放大器調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)以及顯示電路和輸出電路等部分組成。它可以將被測物理量轉(zhuǎn)換為各種電信號(hào)輸出，主要轉(zhuǎn)換為頻率制式和電流制式輸出。

3.2 分站

分站是系統(tǒng)的處理核心，它接收來自傳感器的信號(hào)，并按預(yù)先約定的復(fù)用方式傳送給遠(yuǎn)距離外的傳輸接口，同時(shí)，接收來自傳輸接口的多路復(fù)用信號(hào)，分站還具有線形校正、超限判斷、邏輯運(yùn)算等數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)傳感器輸入的信號(hào)和傳輸接口輸入的信號(hào)進(jìn)行處理，控制執(zhí)行器工作。

3.3 執(zhí)行器

執(zhí)行器可以接收由分站發(fā)來的指令，做出斷電或復(fù)電的動(dòng)作。

3.4 傳輸接口

傳輸接口是連接主控計(jì)算機(jī)和分站的重要設(shè)備，它接收分站遠(yuǎn)距離發(fā)送的信號(hào)，并送達(dá)主機(jī)處理；接收主機(jī)信號(hào)、并送相應(yīng)分站。傳輸接口還具有控制分站的發(fā)送與接收、多路復(fù)用信號(hào)的解調(diào)、系統(tǒng)自檢等功能。

3.5 監(jiān)控主機(jī)

監(jiān)控主機(jī)一般使用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，采用雙機(jī)或多機(jī)備份。主機(jī)主要用來接收監(jiān)測信號(hào)、校正、報(bào)警判別、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、顯示、聲光報(bào)警、人機(jī)對(duì)話、輸出控制、打印輸出和網(wǎng)絡(luò)連接等。

4、煤礦瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的作用

4.1 煤礦瓦斯安全監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展

國外煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展開始于上世紀(jì)60年代，至今已有四代產(chǎn)品，基本上5-10年更新一代第一代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)采用空分制來傳輸信息，第二代產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)主要采用頻率區(qū)分是信道的頻分制信號(hào)傳輸方式，第三代監(jiān)控系統(tǒng)是以時(shí)分制為基礎(chǔ)的，第四代監(jiān)控系統(tǒng)是以分布式微處理機(jī)為基礎(chǔ)的。

我國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)發(fā)展于20世紀(jì)80年代，先后從英國、國、法國和美國等國引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí)結(jié)合我國的實(shí)際情況，先后研制出kJ2，kJ4，kJ8等監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入90年代后，我國煤炭科學(xué)研究總院下屬的重慶分院和常州研究所分別研制開發(fā)出了kJ90和kJ95監(jiān)控系統(tǒng)，已達(dá)到了世界先進(jìn)水平kJ90和kJ95系統(tǒng)軟件均采用Windows操作系統(tǒng)，且具有網(wǎng)絡(luò)連接功能。

4.2 瓦斯監(jiān)控管理決策功能設(shè)計(jì)

通用的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上只是建立了一個(gè)對(duì)井下瓦斯進(jìn)行監(jiān)測的系統(tǒng)平臺(tái)，要想真正實(shí)現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控和預(yù)測分析，為管理人員提供決策支持，必須結(jié)合自己的實(shí)際情況，借助瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)這個(gè)平臺(tái)，拓展性地進(jìn)行工作，才能使瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全中充分發(fā)揮作用。經(jīng)過幾年的應(yīng)用研究，結(jié)合實(shí)際情況，在原有瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了人員考勤、分級(jí)統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、測點(diǎn)定義、曲線分析等。這些功能的開發(fā)和應(yīng)用，構(gòu)筑了強(qiáng)大的防治通風(fēng)瓦斯事故的防御體系，為瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)賦予了強(qiáng)大的生命力。以下重點(diǎn)闡述分級(jí)統(tǒng)計(jì)模塊設(shè)計(jì)。

4.3 分級(jí)統(tǒng)計(jì)

監(jiān)控模塊將采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)逐級(jí)上傳，并在礦、縣、市各級(jí)設(shè)置監(jiān)控平臺(tái)，方便監(jiān)控人員掌控所轄區(qū)域的統(tǒng)計(jì)信息。市級(jí)監(jiān)控人員可獲取各縣的煤礦總數(shù)、聯(lián)網(wǎng)礦數(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、數(shù)據(jù)上傳狀態(tài)、設(shè)備異常次數(shù)、異常報(bào)警次數(shù)、異常處理情況、煤礦類型統(tǒng)計(jì)、當(dāng)日產(chǎn)量、當(dāng)日下井人數(shù)、值班人員及聯(lián)系IP電話等統(tǒng)計(jì)信息。突出對(duì)異常信息的匯總，對(duì)異常報(bào)警傳感器所屬詳細(xì)信息的獲取及異常判斷，強(qiáng)化了技術(shù)與管理的結(jié)合。

5、結(jié)束語

對(duì)煤炭系統(tǒng)的企業(yè)來說，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是生產(chǎn)管理的重要工具，各個(gè)職能部門管理人員可以隨時(shí)掌握各個(gè)煤礦的生產(chǎn)狀況和安全狀況，能夠進(jìn)行綜合性動(dòng)態(tài)分析，并為集團(tuán)公司高層管理者提供生產(chǎn)決策的數(shù)據(jù)依據(jù)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息交流和生產(chǎn)管理的目的，有力的避免和減少安全事故的發(fā)生。因此，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)、文明生產(chǎn)、科學(xué)生產(chǎn)具有重要的意義。

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