煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成及發(fā)展趨勢(shì)

趙 艷

(長(zhǎng)治市煤礦技術(shù)服務(wù)中心，山西 長(zhǎng)治 046000)

煤炭是國(guó)家重要的能源原料之一，其安全生產(chǎn)問題需要引起廣泛的重視。近年來(lái)我國(guó)的能源建設(shè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，煤炭安全生產(chǎn)需要得到進(jìn)一步的關(guān)注。盡管最近幾年的時(shí)間里，國(guó)內(nèi)煤炭生產(chǎn)安全問題得到了好轉(zhuǎn)，但是依然面臨嚴(yán)峻的形勢(shì)和局面。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的煤礦事故數(shù)量及死亡人數(shù)高居不下，對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了巨大的威脅。在煤礦安全生產(chǎn)過程當(dāng)中，監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有重要的作用與意義。隨著信息技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)面臨著一系列全新的挑戰(zhàn)。

1 煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全、生產(chǎn)監(jiān)控與自動(dòng)化

1.1 綜合自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均使用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)構(gòu)建，是自動(dòng)化的集成網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，主要由調(diào)度監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)構(gòu)成。

在煤礦調(diào)度室中，設(shè)置有一臺(tái)核心工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。而在地面積極煤礦井下構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)一化1 000 M/s環(huán)網(wǎng)，同調(diào)度監(jiān)控中心核心同交換機(jī)進(jìn)行連接構(gòu)建環(huán)網(wǎng)，建立工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)。各個(gè)生產(chǎn)監(jiān)控子系統(tǒng)和工業(yè)電視編碼器依照就近原則同環(huán)網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行接入，運(yùn)行于獨(dú)立網(wǎng)段內(nèi)，以交換機(jī)和集團(tuán)的局域網(wǎng)進(jìn)行連接。

在綜合自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)施調(diào)度監(jiān)視并查詢煤礦的生產(chǎn)情況，監(jiān)視并控制各類關(guān)鍵設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)安全同煤礦的生產(chǎn)緊密關(guān)聯(lián)，因此網(wǎng)絡(luò)安全尤為重要，需要采取病毒防治、網(wǎng)絡(luò)隔離、網(wǎng)絡(luò)管理等多種手段加強(qiáng)綜合自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性。

1.2 調(diào)度中心監(jiān)控及顯示系統(tǒng)

調(diào)度中心在煤礦調(diào)度、監(jiān)控、安全生產(chǎn)以及預(yù)警中居于中心地位，煤礦的管理者主要通過調(diào)度中心對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行操作，對(duì)煤礦進(jìn)行管理。在調(diào)度室內(nèi)，硬件及軟件設(shè)備為核心設(shè)備，硬件設(shè)備同煤礦運(yùn)營(yíng)狀況息息相關(guān)，是煤礦實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的根本。調(diào)度中心能夠?yàn)槊旱V決策指揮及生產(chǎn)調(diào)度提供正確化、科學(xué)化的數(shù)據(jù)支持，有效保障煤礦的生產(chǎn)安全，可以對(duì)各類突發(fā)事故及自然災(zāi)害進(jìn)行有效預(yù)防，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，提高煤礦生產(chǎn)的安全性。

煤礦工業(yè)電視系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)視頻成像，能夠通過視頻的形式將煤礦工人的實(shí)時(shí)勞動(dòng)畫面向地面?zhèn)魉?，方便煤礦管理者掌握具體情況。煤礦管理者通過視頻畫面，可以對(duì)全局有所掌控，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的突發(fā)事故，確保煤礦的高產(chǎn)及高效。

地面監(jiān)控點(diǎn)有教廣的分布，同時(shí)和監(jiān)控中心有較遠(yuǎn)的距離，需要固定在前端攝像機(jī)并使用彩色轉(zhuǎn)黑白的高清晰攝像機(jī)，以確保監(jiān)控采集視頻信號(hào)的可靠、清晰及穩(wěn)定。這類產(chǎn)品有著較高的圖像線數(shù)，能夠根據(jù)背景明暗對(duì)工作方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。調(diào)度中心UPS電源對(duì)地面監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行集中供電，以確保系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定高效運(yùn)行。

1.3 安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

1.3.1 煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在煤礦生產(chǎn)過程中，煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效保證煤礦的安全生產(chǎn)及人身安全，提升生產(chǎn)效率，提高煤礦的現(xiàn)代化管理水平，及時(shí)了解煤礦生產(chǎn)當(dāng)中存在的安全問題，對(duì)煤礦的各類安全參數(shù)進(jìn)行全面把握，從而實(shí)現(xiàn)早期預(yù)報(bào)災(zāi)情，并自動(dòng)處理，有效規(guī)避各類安全事故的出現(xiàn)。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)所使用的煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要為總線式及分站式兩類。在總線式監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了傳感器同總線電纜的直接連接，有效降低了電纜使用量，在安裝維護(hù)上也有較低的工作量，這是未來(lái)的主流發(fā)展趨勢(shì)，但是由于較高的投資，當(dāng)前并未實(shí)現(xiàn)廣泛普及與應(yīng)用；分站式監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投資較少且技術(shù)較為成熟，因而在煤炭產(chǎn)業(yè)中實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在獨(dú)立網(wǎng)段中運(yùn)行，以工業(yè)級(jí)防火墻同煤礦局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接。

1.3.2 礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在煤礦安全生產(chǎn)過程中，礦山頂板壓力是影響安全的一個(gè)重要因素。在煤礦信息化系統(tǒng)當(dāng)中，礦山頂板壓力監(jiān)測(cè)是重要的構(gòu)成部門，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要作用與意義。在煤礦生產(chǎn)過程中，為了有效減少由于巷道片幫或是頂板垮落而引發(fā)的安全事故，需要針對(duì)礦山壓力及巷道頂板的離層情況采用頂板壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而做到動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，對(duì)安全事故進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。在煤礦頂板壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要由工作面巷道離層監(jiān)測(cè)、回采工作面支架壓力監(jiān)測(cè)等多個(gè)部分構(gòu)成。

而在煤礦礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要由離層傳感器、通訊主站、通訊分站、壓力分機(jī)、上位機(jī)、接收主機(jī)以及數(shù)據(jù)分析軟件等多個(gè)部分構(gòu)成。

各個(gè)通訊分站向煤礦礦井中的通訊主站以專用通信電纜進(jìn)行傳輸，之后以礦井通訊電纜向地面的監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸。主站以及各個(gè)分站配備有防爆電源，即便斷電之后還具備延時(shí)2 h的供電能力，確保設(shè)備的正常用電。

1.3.3 束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

煤礦煤層容易出現(xiàn)自燃的情況，所以需要采用煤礦束管色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保對(duì)各類條件及因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在這一系統(tǒng)之下，主要針對(duì)煤礦重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的各類氣體如CO、CO2、O2、CH4、N2、C2H4、C2H6等進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，對(duì)于發(fā)火點(diǎn)溫度的變化進(jìn)行及時(shí)預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)，從而提供給煤礦瓦斯事故及自然火災(zāi)必要的數(shù)據(jù)及依據(jù)，是煤礦安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)的子系統(tǒng)，具有重要的作用與意義。

2 煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的主要對(duì)象

煤礦生產(chǎn)時(shí)一類特殊的行業(yè)，在很多地方都極易出現(xiàn)事故，在安全生產(chǎn)過程中存在較多的風(fēng)險(xiǎn)，煤礦需要加強(qiáng)防水、防火、防突、防冒頂及瓦斯爆炸等多方面的安全工作，所以需要對(duì)每一個(gè)元素引起足夠重視。

在煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，重點(diǎn)監(jiān)控以下對(duì)象：風(fēng)量、溫度、水倉(cāng)水位、O2、CO、粉塵、風(fēng)機(jī)負(fù)壓、膠帶機(jī)頭煙霧、風(fēng)墻兩側(cè)風(fēng)壓參數(shù)等，同時(shí)也需要對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，做到對(duì)煤礦安全生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

新型的傳感器對(duì)上述參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并將信號(hào)通過信號(hào)電纜向地面的監(jiān)控室實(shí)時(shí)傳輸。地面的監(jiān)控室對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，并分析信號(hào)，進(jìn)而作出相應(yīng)的判斷。一旦某一數(shù)據(jù)不正確，就會(huì)馬上發(fā)出警報(bào)，停止作業(yè)，待數(shù)據(jù)恢復(fù)正常之后，再進(jìn)行生產(chǎn)。

3 煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 集散式結(jié)構(gòu)和開放通信模式

對(duì)于煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其結(jié)構(gòu)會(huì)向著主站+分站式結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展，各個(gè)分站對(duì)數(shù)據(jù)及信號(hào)進(jìn)行采集，預(yù)處理信號(hào)及數(shù)據(jù)，而主站則精確處理各類數(shù)據(jù)及信號(hào)。煤礦中的各個(gè)設(shè)備在通信上使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可以對(duì)多種自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行兼容。廠商在設(shè)備生產(chǎn)上需要遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入到市場(chǎng)中的設(shè)備必須要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，便于煤礦構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)安全監(jiān)控監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息及資源的全面共享。煤礦的監(jiān)控監(jiān)測(cè)場(chǎng)所有較大的流動(dòng)性，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備的移動(dòng)及隨機(jī)接入，構(gòu)建開放型的監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具備較強(qiáng)的兼容性，有升級(jí)及擴(kuò)展裕量。

3.2 發(fā)展智能化數(shù)據(jù)處理功能

我國(guó)煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在多年的發(fā)展中堅(jiān)持不斷革新，取得了較大的進(jìn)步，但是在安全問題的處理上依然存在較大欠缺。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)大多數(shù)煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依然延續(xù)傳統(tǒng)進(jìn)口設(shè)備功能，更多的是簡(jiǎn)單處理煤礦數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)超標(biāo)，就會(huì)進(jìn)行報(bào)警，但需要監(jiān)控室有專人全天候進(jìn)行值班，對(duì)于人員有較高的依賴性，在這一過程中就會(huì)存在較多誤差，此外也由于煤礦管理水平上的差異，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響。因此煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)朝著智能化的方向不斷發(fā)展，能夠?qū)Ω黝悈?shù)進(jìn)行智能監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能化提示及報(bào)警，假如報(bào)警沒有引起煤礦人員注意，則及時(shí)采取切斷電源的操作，通過設(shè)備停電的方式停止作業(yè)。

3.3 提高煤礦分站的智能化

將煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)分站用設(shè)備控制箱緊密聯(lián)系起來(lái)，提升智能化水平，研發(fā)出新一代的煤礦傳感器，充分運(yùn)用單邊機(jī)的巨大優(yōu)勢(shì)，確保煤礦基站可以實(shí)現(xiàn)自行診斷及自行校正，對(duì)設(shè)備開關(guān)進(jìn)行智能化控制，有效降低安全事故的發(fā)生幾率。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于煤礦而言，需要對(duì)安全生產(chǎn)管理引起足夠重視，對(duì)煤礦作業(yè)環(huán)境進(jìn)行改善，對(duì)于違規(guī)生產(chǎn)的情況進(jìn)行組織，有效降低事故發(fā)生的幾率，確保煤炭產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，國(guó)家更為重視“以人為本，科學(xué)發(fā)展”，因此一套完善的煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)至關(guān)重要，能夠有效滿足煤礦安全防控的實(shí)際需求。隨著科技的不斷進(jìn)步，煤礦監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將向著智能化的方向不斷發(fā)展，為煤礦安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。