煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造關(guān)鍵技術(shù)探討

王巍

摘 要： 目前我國(guó)煤礦安全監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用存在的主要問(wèn)題在于傳感器方面，傳感器性能不佳，供電不穩(wěn)定，傳感器線路也容易受到其它信號(hào)的干擾。本文通過(guò)對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)闡述，并且提出了新煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞： 安全監(jiān)控系統(tǒng)；升級(jí)改造；關(guān)鍵技術(shù)

安全監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦安全生產(chǎn)的重要保障系統(tǒng)，也是安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”的重要組成部分，已納入國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局確定的安全生產(chǎn)“七大攻堅(jiān)舉措”。目前中國(guó)煤礦均已安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)，為防范和減少煤礦重特大事故發(fā)揮了重要的監(jiān)控、預(yù)警作用，但存在系統(tǒng)技術(shù)落后，穩(wěn)定性、可靠性有待提高等問(wèn)題。

1、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)介紹

1.1新型數(shù)字傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是影響傳感性能的主要原因，使用激光甲烷傳感器可以實(shí)現(xiàn)電流控制波長(zhǎng)，完成氣體測(cè)量。激光甲烷傳感器本身抗干擾能力較強(qiáng)，不會(huì)受到其他氣體的影響，在粉塵較大、環(huán)境惡劣的條件下也能發(fā)揮作用。

1.2多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)

采用多數(shù)據(jù)融合技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同板塊之間、不同模型之間的數(shù)據(jù)融合，從而改善系統(tǒng)的響應(yīng)與聯(lián)動(dòng)情況，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的安全評(píng)估。

1.3分布式、事件本地、異地控制技術(shù)

分布式、時(shí)間本地、異地控制技術(shù)可以在礦井內(nèi)對(duì)不同環(huán)境下的參數(shù)進(jìn)行及時(shí)反映，從而提高系統(tǒng)的反饋速度。以上措施可以使響應(yīng)時(shí)間擺脫原有巡檢周期的限制，從而快速實(shí)現(xiàn)異地控制目的。

1.4電磁兼容技術(shù)

電磁兼容技術(shù)本身就是一種抗干擾能力，在干擾抑制過(guò)程中主要是要切斷干擾源，具體方式有電氣隔離、屏蔽、接地、濾波、端口防護(hù)技術(shù)。另外，還應(yīng)該考慮電源短時(shí)間內(nèi)的自供電技術(shù)，通過(guò)電池電容等設(shè)備采取防爆措施，有效提升設(shè)備的抗干擾能力。

2、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

2.1傳感器性能、供電不穩(wěn)定，線路易受干擾

開(kāi)采煤礦的礦井中環(huán)境惡劣，由于地下水滲透，其濕度很大，再由于煤礦的開(kāi)采，粉塵也大，一些礦井甚至?xí)嬖诟g性氣體，這些惡劣的條件往往會(huì)導(dǎo)致安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器電路、感應(yīng)元件、接插件等器件容易發(fā)生氧化、接觸不良，造成系統(tǒng)工作不可靠。惡劣的環(huán)境對(duì)系統(tǒng)造成的危害主要有以下三個(gè)方面：

（1）傳感器性能不穩(wěn)定。傳感器在進(jìn)水、受到劇烈震動(dòng)和猛烈撞擊時(shí)，輸出信號(hào)極易發(fā)生失真現(xiàn)象，而且再加上礦井下空間狹小，存在復(fù)雜的強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)干擾源會(huì)導(dǎo)致部分傳感器出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)告信息或是直接不能工作。尤其目前傳感技術(shù)落后，在一些特殊情況下傳感器并不能保持正常工作，比如在甲烷和一氧化碳等環(huán)境下工作時(shí)，傳感器只能采用熱催化、電化學(xué)技術(shù)，導(dǎo)致壽面短、存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象，工作穩(wěn)定性差。

（2）傳感器供電不穩(wěn)定。在實(shí)際的煤礦開(kāi)采工作中，由于工作條件的限制，其安全供電距離經(jīng)常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的規(guī)定供電距離，如果安全供電距離越超出限定值，線路上的壓降和干擾就越大，容易造成傳感器無(wú)法正常啟動(dòng)，并且還會(huì)存在頻繁復(fù)位等現(xiàn)象。

（3）傳感器線路易受干擾。在煤礦生產(chǎn)中，傳感器與分站之間采用200～1000HZ 的模擬信號(hào)單向無(wú)校驗(yàn)傳輸方式，其抗干擾能力比較差，易受到傳輸線路干擾，且無(wú)法分辨。安全監(jiān)控系統(tǒng)具有傳輸距離長(zhǎng)的特點(diǎn)，但是距離長(zhǎng)就易受到外部信號(hào)的干擾，抗干擾設(shè)計(jì)與本質(zhì)安全設(shè)計(jì)相互矛盾，所以當(dāng)下要努力研究探索解決這二者之間的矛盾。

2.2安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)水平參差不齊，設(shè)計(jì)安裝不規(guī)范

目前安全系統(tǒng)的生產(chǎn)商對(duì)安全系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備物理接口協(xié)議不規(guī)范，各種系統(tǒng)間通信協(xié)議互不兼容，各廠家的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備互換性極差，導(dǎo)致安全監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際使用時(shí)維修靈活性差。再加上人為管理水平和技術(shù)水平各個(gè)地區(qū)有所不同，一些煤礦生產(chǎn)單位甚至把傳感報(bào)警、斷電濃度調(diào)高。這些人為的設(shè)計(jì)安裝不規(guī)范因素是嚴(yán)重影響安全監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的原因。

3、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)要點(diǎn)

針對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)使用中存在的問(wèn)題，系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)主要?dú)w納為以下5個(gè)部分。

3.1系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性提高

安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行抗電磁干擾試驗(yàn)，模擬量傳感器采用數(shù)字傳輸，鼓勵(lì)使用激光甲烷傳感器，采掘工作面?zhèn)鞲衅鞣雷o(hù)等級(jí)提高到IP65，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)加密。

3.2系統(tǒng)功能提升

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警，推廣邏輯報(bào)警；完善就地?cái)嚯姡菩袇^(qū)域斷電；支持有線、無(wú)線傳輸融合，安全監(jiān)控系統(tǒng)與 GIS融合，地面可融合的系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)，其他可融合的系統(tǒng)包括視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、機(jī)車監(jiān)控系統(tǒng)等；系統(tǒng)具有定期自診斷、自評(píng)估功能，偽數(shù)據(jù)標(biāo)注及異常數(shù)據(jù)分析功能，瓦斯涌出、火災(zāi)等預(yù)測(cè)

預(yù)警功能；在瓦斯超限、斷電等緊急情況下，系統(tǒng)具有可自動(dòng)與應(yīng)急廣播系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)等的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能；系統(tǒng)具有與安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對(duì)接數(shù)據(jù)功能。

3.3系統(tǒng)性能提升

系統(tǒng)巡檢周期不超過(guò)20s，異地?cái)嚯姇r(shí)間不超過(guò)40s；備用電源能維持?jǐn)嚯姾笳９╇?h，只能維持2h供電時(shí)必須更換；模擬量傳輸處理誤差不超過(guò)0.5%；分站最大本質(zhì)安全供電距離為6km。

3.4傳輸數(shù)字化運(yùn)用

在分站至中心站數(shù)字化傳輸?shù)幕A(chǔ)上，將傳感器（模擬量）至分站升級(jí)為數(shù)字傳輸，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化，促進(jìn)智能傳感器發(fā)展。

KJ90N 系統(tǒng)配套所有模擬量傳感器均具有智能數(shù)字化傳輸功能，采用 RS485/CAN 總線可選的方式。智能模擬量傳感器具有類型、狀態(tài)、故障自識(shí)別功能，調(diào)校狀態(tài)識(shí)別提醒功能，對(duì)未按照規(guī)定時(shí)間調(diào)校的傳感器進(jìn)行識(shí)別并報(bào)警。

3.5規(guī)范系統(tǒng)通信接口

由于各設(shè)備的廠家生產(chǎn)的設(shè)備型號(hào)和信號(hào)不能兼容，所以安全監(jiān)控系統(tǒng)最好在設(shè)計(jì)時(shí)就規(guī)范系統(tǒng)通信接口，系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)可以采用工業(yè)以太網(wǎng)，主干網(wǎng)絡(luò)與分站之間信號(hào)連接選擇就比較多樣，可以選擇工業(yè)以太網(wǎng)或是采用 LonWorks、

CAN 總線等；對(duì)于模擬量到分站的有線傳輸方式可以選用工業(yè)以太網(wǎng)、RS485總線、CAN 總 線；無(wú)線傳輸方式則包WaveMesh、ZigBee、WiFi、RFID 等。雖然生產(chǎn)的設(shè)備型號(hào)不兼容，但是在設(shè)計(jì)煤礦安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以選擇運(yùn)用兼容性較好或是更具不同的礦井環(huán)境選用合適的通信接口，這樣就能極大的保證了系統(tǒng)信號(hào)傳輸時(shí)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

4、結(jié)束語(yǔ)

煤礦企業(yè)在當(dāng)下較為困難的情況下，一方面應(yīng)有序推進(jìn)自身安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)，深刻理解“保安全”就是“保發(fā)展”；另一方面要謹(jǐn)慎選擇系統(tǒng)廠家，把選擇的對(duì)象放眼全國(guó)，多對(duì)比，多驗(yàn)證，選擇真正有技術(shù)、有實(shí)力、有服務(wù)保證的廠家進(jìn)行合作，這樣才能讓煤礦企業(yè)自身受益。

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