煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

＊劉 凱

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)三元微子鎮(zhèn)煤業(yè) 山西 046000）

我國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)與先進(jìn)國家相比仍有較大差距，但我國生產(chǎn)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展空間是十分巨大的。這就要求我國的煤礦技術(shù)人員不斷地加強(qiáng)這方面的研究，不斷的改善我國的煤礦監(jiān)測技術(shù)，將國外的先進(jìn)理念融入到其中，讓其發(fā)揮出更大的作用?；诖耍瑢γ旱V安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討，以供參考。

1.煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)概述

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)就是指在煤礦安全開采的過程中通過各種模擬量及開關(guān)量傳感器對井下生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測，將監(jiān)測到井下大巷及作業(yè)地點(diǎn)的風(fēng)速、瓦斯、溫度、一氧化碳等數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測監(jiān)控中心，便于工作人員能夠有效的掌握井下的各種情況，在突發(fā)事件發(fā)生前給出預(yù)警信號，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生。目前我國煤礦企業(yè)常用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的基本都是監(jiān)測中心站、安全監(jiān)控分站、各種傳感器及斷電器等組成。在作業(yè)現(xiàn)場連續(xù)作業(yè)過程中，目前的設(shè)備出現(xiàn)了作業(yè)穩(wěn)定性低、安全監(jiān)測參數(shù)不準(zhǔn)確、不完整等問題。

2.煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的必要性

煤炭開采的工作環(huán)境是非常惡劣的，且煤炭開采大多都是井下作業(yè)這就導(dǎo)致了容易出現(xiàn)各種意外事故，而這些意外事故的發(fā)生都會在一定程度上影響到煤礦的開采效率，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致煤礦停工。這些事故的原因主要為以下幾個方面：①隨著煤礦的不斷開采礦井內(nèi)瓦斯、CO等各種有毒氣體也會不斷的產(chǎn)出，且在煤礦開采時粉塵的產(chǎn)出也是巨大的，這就導(dǎo)致了礦井惡劣的開采環(huán)境。②雖然井下作業(yè)都會配備礦用通風(fēng)機(jī)，能夠?qū)⒋蟛糠值挠卸居泻怏w和粉塵排出，但有一些大型煤礦產(chǎn)生的有毒有害氣體和粉塵較多，現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)無法快速有效地改善井下現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，有害氣體長期積聚很容易會造成重大事故的發(fā)生。③地下煤礦開采和運(yùn)輸設(shè)備的規(guī)模都比較大，而這些大型設(shè)備往往都會自帶一些監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備，但是機(jī)器自帶的這些系統(tǒng)往往無法滿足井下監(jiān)測的具體需求，存在著一定的缺陷。因為不同的機(jī)器自帶的系統(tǒng)是互相獨(dú)立的，無法將監(jiān)測得到的信息匯總起來，如果井下設(shè)備發(fā)生了故障，因為系統(tǒng)的局限性井上的操作人員無法在第一時間得到相應(yīng)的信息，無法了解故障的發(fā)生點(diǎn)和整臺機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，這就嚴(yán)重的減緩了井下作業(yè)的效率，給設(shè)備的運(yùn)行造成了一定的困擾。由以上分析得出，我們應(yīng)當(dāng)建立一個完整的實時的動態(tài)的監(jiān)測監(jiān)控體系，時時刻刻對井下的作業(yè)環(huán)境和井下設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，并收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息為以后煤礦整體的數(shù)據(jù)一體化提供數(shù)據(jù)支持。

3.煤礦安全生產(chǎn)中監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題

(1)智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)安裝和使用

智能安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝很復(fù)雜，安裝傳感器時必須將傳感器連接到分支機(jī)構(gòu)傳輸?shù)母鞫谓涌?，安裝地面監(jiān)控軟件時，必須合理配置各種類型的傳感器，然后安裝報警點(diǎn)和鎖定端口。一般來說，分支機(jī)構(gòu)傳感器有數(shù)十個傳輸端口，智能安全監(jiān)控系統(tǒng)在配置傳感器時必須正確連接每個端口，如果連接分支機(jī)構(gòu)端口時線路出現(xiàn)故障，則會生成偽數(shù)據(jù)，而且這些傳感器無法識別這些偽數(shù)據(jù)。另外，如果安裝過程中傳感器類型不一致，或者報警點(diǎn)在斷電點(diǎn)設(shè)置上出現(xiàn)問題，則傳感器獲得的數(shù)據(jù)與實際檢測值就存在誤差、甚至是數(shù)據(jù)錯誤，就使得煤礦智能安全監(jiān)控系統(tǒng)存在潛在的安全風(fēng)險。智能安全監(jiān)控系統(tǒng)在使用中發(fā)生總線沖突，特別是設(shè)備地址號發(fā)生沖突時，這種問題是非常難以解決的。構(gòu)建智能系統(tǒng)時設(shè)置的傳感器地址號碼必須與總線上的其他設(shè)備地址號碼區(qū)分開來。地址號碼重復(fù)的情況下，監(jiān)視人員需要通過其他渠道詢問真實情況，相關(guān)工作人員可能需要到傳感器現(xiàn)場查看。安裝時分制數(shù)據(jù)總線時，數(shù)據(jù)通過兩種方式傳輸：主從通信和無主通信。系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)值時，如果通過總線傳輸，則無法重復(fù)設(shè)備地址號碼。模擬傳輸信號不能重復(fù)使用，因此每個傳感器必須通過單獨(dú)的電纜通過變電站信號傳輸，因此電纜連接量非常巨大。

(2)監(jiān)控系統(tǒng)功能無法滿足使用需求

現(xiàn)階段個別系統(tǒng)無法實現(xiàn)系統(tǒng)資源的完全共享和整合，系統(tǒng)功能未能充分利用，現(xiàn)場設(shè)備的故障警報和記錄功能不強(qiáng)，設(shè)備的遠(yuǎn)程操作存在困難。例如，礦山的電氣防爆設(shè)備，現(xiàn)有制造商根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議，有彼此不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品之間缺乏兼容性、集成和操作性。系統(tǒng)功能不可擴(kuò)展，可維護(hù)性不高。管理維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的輔助手段，不能智能判斷故障的類別、性質(zhì)，與實際工作中需要快速判斷分支機(jī)構(gòu)、傳感器、電纜故障的要求不一致，不能幫助維護(hù)人員快速判斷故障和解決問題。

4.煤礦監(jiān)控技術(shù)發(fā)展方向

(1)三維可視化礦井模型

目前，相關(guān)的技術(shù)人員已經(jīng)可以利用GIS和3D技術(shù)，科學(xué)整合地下的各項參數(shù)，以三維方式顯示地下礦井的情況，讓井外工作人員更直接地了解到地下的各種情況，為井下工作人員的工作提供了一個有效的參考數(shù)據(jù)。三維可視化礦井模型可以充分的反映出井下各個區(qū)域的具體情況，這對于安裝通風(fēng)設(shè)備和設(shè)置排水系統(tǒng)來說是非常便利的，可以有效保證安裝位置科學(xué)合理，達(dá)到最大的使用效率，消除和減少冗余環(huán)節(jié)，減少人力和財務(wù)成本。除此之外，三維可視化礦井模型可以在意外事故發(fā)生時降低救援人員的搜救難度，確保救援行動高效有序進(jìn)行，最大限度地保證施工人員的安全。

(2)網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控信息管理系統(tǒng)建設(shè)

現(xiàn)階段，煤礦網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是非常龐大的，這就要求監(jiān)控系統(tǒng)具有與之相匹配的數(shù)據(jù)處理能力，保障煤礦作業(yè)的安全運(yùn)行。而且，建立一個大容量的煤礦安全信息管理系統(tǒng)，可以規(guī)范煤礦的安全管理體系，監(jiān)督煤礦的生產(chǎn)，并對每日的生產(chǎn)信息進(jìn)行匯總。而且煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心組成部分就是安全管理信息系統(tǒng)，通過對網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和自動控制技術(shù)的應(yīng)用，使安全管理更加主動。它記錄和解決監(jiān)管過程中出現(xiàn)的問題，提供更清晰的安全責(zé)任劃分，并為安全責(zé)任調(diào)查提供基礎(chǔ)。當(dāng)發(fā)生緊急情況時，可以確定現(xiàn)場人員的數(shù)量和分布，為應(yīng)急救援提供幫助。

(3)提升監(jiān)測設(shè)備的抗干擾能力

在進(jìn)行煤礦開采的過程中，需要應(yīng)用到的電氣設(shè)備是非常多的，而且各種電氣設(shè)備之間會產(chǎn)生相互的電氣干擾，為了有效的解決這個問題，礦井的工作人員一般將兩個系統(tǒng)分開使用或者改變設(shè)備之間的傳輸方式。在安裝監(jiān)控設(shè)備時各個設(shè)備之間的距離要嚴(yán)格把控，通過計算電磁波輻射強(qiáng)度之間的距離，可以減少各個設(shè)備之間的電磁干擾。而傳輸方式可以改為光纖傳輸或者無線傳輸，相較于傳統(tǒng)的傳輸方式，這種方式有著更強(qiáng)的抗干擾能力，可以有效保障傳輸過程中的數(shù)據(jù)完整性，而且光纖傳輸可擴(kuò)展數(shù)據(jù)的傳輸距離，在布置電纜時可以更加便利。

(4)多技術(shù)的深度交叉融合

我們可以采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)來擴(kuò)大監(jiān)控數(shù)據(jù)的來源和實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的分布式存儲。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以大規(guī)模的處理監(jiān)控數(shù)據(jù)，擴(kuò)大監(jiān)控數(shù)據(jù)的內(nèi)在價值。將多技術(shù)深度交叉集成應(yīng)用到云端大數(shù)據(jù)分析平臺，可以有效的存儲監(jiān)控數(shù)據(jù)，并在需要應(yīng)用時可以及時調(diào)取，提高煤礦監(jiān)控系統(tǒng)之間的工作協(xié)調(diào)性。研究多技術(shù)深度交叉融合技術(shù)，挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)的深層價值，是煤礦智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的發(fā)展方向之一。

(5)對通信協(xié)議進(jìn)行合理的規(guī)范

目前，制造商在生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)時，通常使用自己的通信協(xié)議，不同廠商的協(xié)議之間不兼容?，F(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng)必須向未來開發(fā)和生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備的方向保持兼容性，才能不斷提高系統(tǒng)功能性。制定比較統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可以更好地促進(jìn)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，煤礦在選擇安全監(jiān)測系統(tǒng)時可以減少制約因素，對促進(jìn)煤礦行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

(6)標(biāo)準(zhǔn)化、云計算及大數(shù)據(jù)應(yīng)用

監(jiān)控系統(tǒng)的專業(yè)分工合作越來越細(xì)，接口標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)議統(tǒng)一成為監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，也為設(shè)備的兼容提供了便利，為實現(xiàn)專業(yè)化開發(fā)、服務(wù)打下了基礎(chǔ)。安全監(jiān)控系統(tǒng)不再是由單獨(dú)的單位開發(fā)，而是由專家開發(fā)，軟件、平臺、終端設(shè)備相互獨(dú)立，但卻可以相互兼容。

同時，隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)存儲基礎(chǔ)設(shè)施平臺將通過網(wǎng)絡(luò)相互連接、構(gòu)建計算資源庫、統(tǒng)一管理，轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)用戶實際需求提供遠(yuǎn)程服務(wù)的云計算。在云計算環(huán)境下，打破一臺服務(wù)器的應(yīng)用模式，集中管理數(shù)據(jù)，方便監(jiān)管，確保數(shù)據(jù)的有效性，以實現(xiàn)高可用性。與此同時，云計算能夠確保用戶需求能夠得到及時實現(xiàn)，提供按需服務(wù)，通過虛擬化技術(shù)提高硬件使用效率，簡化軟件重置過程，最終提高生產(chǎn)力。云計算還為大規(guī)模數(shù)據(jù)利用提供基礎(chǔ)，綜合分析環(huán)境數(shù)據(jù)與地質(zhì)變化、人力公共效率和安全保障的關(guān)系，提高礦山綜合管理能力，為智能礦山提供技術(shù)保障。

5.結(jié)語

在當(dāng)前煤礦運(yùn)營過程中，保障煤礦運(yùn)營安全已成為每個企業(yè)的必然要求，也是保障煤礦運(yùn)營效率的基礎(chǔ)。為了在煤礦運(yùn)營過程中獲得更加理想的煤礦安全保障，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)具有非常重要的作用和意義，他能夠有效保障煤礦作業(yè)的安全。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)該更好地了解煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)、充分認(rèn)識其發(fā)展趨勢，為煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的有效應(yīng)用提供更好的基礎(chǔ)和保障，是滿足煤礦安全生產(chǎn)的需要。