安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化建設(shè)及未來展望

孫守輝 李治緯

（臨礦集團(tuán)新驛煤礦，山東 濟(jì)寧 272000）

1 改造的必要性

為貫徹國(guó)家煤監(jiān)局相關(guān)文件要求，新驛煤礦組織專家和技術(shù)人員對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)的情況做了自查，通過評(píng)估發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與國(guó)家新要求存在不少差距，為充分發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要作用，提升煤礦安全保障能力，有必要對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)。

通過數(shù)字傳輸新技術(shù)的使用，提升安全監(jiān)控系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，構(gòu)建多主并發(fā)、對(duì)等通信高速率、冗余數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合，增強(qiáng)大數(shù)據(jù)的分析、挖掘、應(yīng)用，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，將極大地提升新驛煤礦安全生產(chǎn)管理水平。

2 改造方案

新驛煤礦改造方案為在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)改造，該方案避免了重復(fù)投資，充分利用了礦上現(xiàn)有的設(shè)備和線纜，部分價(jià)值高的設(shè)備由廠家免費(fèi)升級(jí)，大大減少了工作量和投資。新系統(tǒng)采用的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及具備的自診斷功能，減少了故障處理時(shí)間和維護(hù)人員數(shù)量，提高了工作效率；采用的激光甲烷傳感器，降低了標(biāo)校維護(hù)工作量；數(shù)字化傳感器的使用，減少了甲烷誤報(bào)警次數(shù)和斷電次數(shù)，降低了停電事故影響時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率；數(shù)字信號(hào)傳輸減少了線纜的重復(fù)敷設(shè)，降低了礦井生產(chǎn)成本。通過系統(tǒng)升級(jí)使安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加真實(shí)可靠，為安全生產(chǎn)提供了有力的保障。多系統(tǒng)融合結(jié)合報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的綜合分析和利用，進(jìn)一步提高了煤礦的災(zāi)害預(yù)防能力及應(yīng)急救援水平。

綜上所述，新驛煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案合理，可以實(shí)施。為臨礦集團(tuán)其他煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

3 相關(guān)技術(shù)研發(fā)及實(shí)施內(nèi)容

為提升礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化建設(shè)，臨礦集團(tuán)公司通防處、大數(shù)據(jù)中心及新驛煤礦立足實(shí)際，不斷探索及研究，重點(diǎn)針對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器誤報(bào)警、監(jiān)控設(shè)備智能自診斷以及縮短安全監(jiān)控設(shè)備巡檢周期等一系列技術(shù)問題，率先實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化建設(shè)。目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。建設(shè)前期，對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)改造建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行全面論證，并將系統(tǒng)所有弊端及不足之處進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，全方位分析具體原因，制定科學(xué)、可靠、可行的改造建設(shè)方案，同時(shí)對(duì)方案進(jìn)行論證和檢驗(yàn)，為安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化升級(jí)改造提供了科學(xué)、可行的第一手資料。具體實(shí)施如下：

3.1 提高硬件自動(dòng)化、智能化水平

（1）目前全國(guó)傳感器的傳輸模式均為模擬信號(hào)傳輸，由于模擬信號(hào)保密性相對(duì)較差，電信號(hào)在沿線路的傳輸過程中會(huì)受到外界和其他系統(tǒng)內(nèi)部的各種干擾，混合后難以分開，從而使得通信質(zhì)量下降。線路越長(zhǎng)，通訊質(zhì)量就越差，對(duì)信號(hào)傳輸影響也就越大，從而容易對(duì)傳感器產(chǎn)生干擾，出現(xiàn)偽數(shù)據(jù)、誤報(bào)警等現(xiàn)象的發(fā)生。集團(tuán)公司通防處聯(lián)合大數(shù)據(jù)中心、新驛煤礦和生產(chǎn)廠家，共同開發(fā)傳感器、分站等硬件設(shè)備的嵌入式故障智能診斷芯片，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的故障精準(zhǔn)診斷。并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)修復(fù)功能，在自修復(fù)功能不能處理的情況下，為精準(zhǔn)維修提供可靠的依據(jù)。目前新驛煤礦對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)中所有模擬量傳感器進(jìn)行全面數(shù)字化、智能化升級(jí)，將原來的頻率傳輸升級(jí)為數(shù)字傳輸，避免了監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境干擾造成的數(shù)據(jù)傳輸誤報(bào)等問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感器智能自診斷功能，當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障或斷線時(shí)自動(dòng)分析故障原因。充分利用現(xiàn)有高端技術(shù)，利用甲烷氣體對(duì)紅外線的吸收原理采用激光元件代替原有的催化元件打造智能甲烷傳感器。激光元件具有功耗小、精確度高、性能穩(wěn)定可靠、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，提高了井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯監(jiān)測(cè)的精確度、靈敏度及可靠性。

（2）目前國(guó)內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)多采用RS485信號(hào)模式，由于礦井分站多、距離遠(yuǎn)，且該模式傳輸速率相對(duì)較低等原因造成系統(tǒng)巡檢周期較長(zhǎng)，讀取數(shù)據(jù)較慢，直接影響地面對(duì)井下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的及時(shí)掌握與判斷。通過研討采用工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)多通道并發(fā)巡檢機(jī)制，可以同時(shí)對(duì)井下分站設(shè)備進(jìn)行分組巡檢、多路并發(fā)，能夠徹底解決傳統(tǒng)巡檢方式帶來的弊端，可以將巡檢周期由原來的16s縮短到現(xiàn)在的5s之內(nèi)。同時(shí)將異地?cái)嚯姇r(shí)間由之前巡檢周期26s控制在10s以內(nèi)，巡檢周期大大縮短。大大提高了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境中各類數(shù)據(jù)上傳速度。確保地面實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地了解掌握現(xiàn)場(chǎng)的各種氣體變化情況。

3.2 提高系統(tǒng)軟件智能分析決策判斷能力

（1）臨礦集團(tuán)公司及新驛煤礦通防專業(yè)技術(shù)人員配合、協(xié)助廠家技術(shù)人員，結(jié)合煤礦災(zāi)害事故發(fā)生機(jī)理及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的邏輯判斷，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)建模，建立傳感器標(biāo)校、區(qū)域性斷電、分級(jí)報(bào)警、邏輯報(bào)警、火災(zāi)及瓦斯涌出預(yù)警等標(biāo)準(zhǔn)模板，充分利用大數(shù)據(jù)管理模式實(shí)現(xiàn)對(duì)分級(jí)報(bào)警、邏輯報(bào)警、火災(zāi)及瓦斯涌出預(yù)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等智能分析決策。實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)及廣播系統(tǒng)充分融合，避免了眾多子系統(tǒng)“各自為政”的情況，通過對(duì)有用數(shù)據(jù)的深入挖掘，真正達(dá)到“1+1大于2”的目的。當(dāng)出現(xiàn)瓦斯、一氧化碳報(bào)警時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)與通訊系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)及語音廣播系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)報(bào)警，及時(shí)有效地通知現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員緊急撤離。同時(shí)為集團(tuán)公司和山東煤監(jiān)局大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)提供穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)接口。

（2）目前安全監(jiān)控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)等各系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，各系統(tǒng)信息需要分別從不同電腦上進(jìn)行調(diào)取和查詢，調(diào)度應(yīng)急指揮管理相對(duì)被動(dòng)。集團(tuán)公司通防處和大數(shù)據(jù)中心、新驛煤礦與廠家共同開發(fā)三維數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)平臺(tái)，將人員定位、語音廣播、安全監(jiān)控、通訊等系統(tǒng)統(tǒng)一在同一平臺(tái)顯示，并且實(shí)現(xiàn)了三維立體效果，提高了調(diào)度應(yīng)急指揮管理能力。

4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）采用RS485數(shù)字傳輸技術(shù)及工業(yè)環(huán)網(wǎng)技術(shù)。

（2）模擬量傳感器及分站接口數(shù)字化改造及數(shù)字化傳輸技術(shù)。

（3）多系統(tǒng)集成融合及融合數(shù)據(jù)分析與智能決策判斷技術(shù)。

（4）煤礦災(zāi)害事故的發(fā)生機(jī)理及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的邏輯判斷與數(shù)學(xué)建模技術(shù)。

（5）采用先進(jìn)的激光紅外對(duì)甲烷氣體吸收原理技術(shù)。

（6）監(jiān)控分站容量擴(kuò)展及備用電池續(xù)航翻倍技術(shù)。

（7）傳感器嵌入式智能診斷芯片技術(shù)。

5 效果分析

（1）通過對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化建設(shè)，大大提升了安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行速度及管理水平，使礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行故障率大幅下降。監(jiān)控系統(tǒng)抗電磁干擾能力得到顯著增強(qiáng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)失真、誤報(bào)警現(xiàn)象基本杜絕，災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警的能力也得到顯著提升。

（2）通過數(shù)字傳輸新技術(shù)的使用，構(gòu)建高速率多主并發(fā)、對(duì)等通信等特點(diǎn)的巡檢模式，大大縮短了設(shè)備巡檢周期，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度及準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。

（3）實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合，增強(qiáng)了大數(shù)據(jù)的分析、挖掘與應(yīng)用能力，提高了安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，極大地提升了礦井安全生產(chǎn)管理水平。

（4）監(jiān)控分站容量的擴(kuò)展減少了監(jiān)控分站數(shù)量的投入，傳感器的數(shù)字化改造降低了功耗，一條傳輸電纜可以帶4～5臺(tái)傳感器，減少了監(jiān)控電纜的投入，降低了故障率和維護(hù)成本。監(jiān)控分站的備用電池續(xù)航翻倍，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（5）傳感器和監(jiān)控分站的故障智能診斷與自評(píng)估、自修復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)了故障精準(zhǔn)判斷與修復(fù)，提高了工作效率。

6 存在的不足及未來展望

在多網(wǎng)多系統(tǒng)融合方面，不但與人員位置系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)等融合，還要與瓦斯檢查員巡檢系統(tǒng)融合，并采用地面統(tǒng)一GIS融合平臺(tái)，在平臺(tái)中各系統(tǒng)之間按照一定邏輯進(jìn)行對(duì)比分析。地面融合在數(shù)據(jù)抓取與系統(tǒng)控制方面可靠性差，需要與多個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)商溝通協(xié)調(diào)獲得融合系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)議和開放數(shù)據(jù)接口。未來將考慮開發(fā)多系統(tǒng)集成智能分站，實(shí)現(xiàn)井下分站多系統(tǒng)一體化集成融合。