高河煤礦設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造及未來發(fā)展

郭勤勤

（山西高河能源有限公司， 山西 長治 046000）

引言

煤礦設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保障煤礦安全生產(chǎn)起到了顯著的作用，通過對(duì)系統(tǒng)的集成可以實(shí)現(xiàn)對(duì)井下水害、火災(zāi)、瓦斯及其他有毒有害氣體的分級(jí)報(bào)警和預(yù)測。其中，礦用傳感器作為一種測量系統(tǒng)，是安全監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分，其準(zhǔn)確與否直接影響實(shí)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1]。隨著礦山規(guī)模的提高，高河煤礦現(xiàn)有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代化礦井的需求，因此需要進(jìn)行一定程度的升級(jí)改造。

1 高河煤礦監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，很多問題都與傳感器的優(yōu)劣有直接關(guān)系。設(shè)備傳感器的本質(zhì)是測量工具，如對(duì)瓦斯?jié)舛?、CO2濃度、空氣溫/濕度的測量，都是依靠傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞[2]。傳感器在井下獲得數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)按一定的規(guī)律編譯為電信號(hào)再傳遞至工作面監(jiān)控中心，進(jìn)而讓技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)安全情況有更深的了解。但隨著生產(chǎn)規(guī)模的加大，一些老式傳感器的問題逐漸暴露，總結(jié)如下：

1.1 無效數(shù)據(jù)無法有效識(shí)別

在對(duì)煤礦生產(chǎn)的監(jiān)控過程中會(huì)有偽數(shù)據(jù)產(chǎn)生。偽數(shù)據(jù)通常由以下兩種情況產(chǎn)生[3]：

1）當(dāng)傳感器處于調(diào)校狀態(tài)或所調(diào)校氣體濃度超過警戒值時(shí)。

2）當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障、元件失效異?；螂娐菲茡p、受潮時(shí)。偽數(shù)據(jù)通常是無效數(shù)據(jù)，過多偽數(shù)據(jù)堆積會(huì)造成高河煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)誤差率的增大，并使空間占用率高居不下，同時(shí)影響系統(tǒng)對(duì)有效數(shù)據(jù)的判斷。

1.2 信號(hào)傳輸效率慢

高河煤礦屬于大型國有煤礦，井下工作面巷道超過數(shù)千米，根據(jù)規(guī)定監(jiān)控分站還無法設(shè)置在工作面回風(fēng)巷內(nèi)，雖然采取了增加電纜截面積等擴(kuò)容措施，但仍無法滿足信號(hào)傳輸距離的要求，效果不明顯。

1.3 系統(tǒng)安裝使用復(fù)雜

高河煤礦設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)存在如下問題：

1）調(diào)試不便：由于系統(tǒng)需要對(duì)礦井全覆蓋，監(jiān)控終端與傳感器數(shù)量龐大，分站與傳感器的間距從幾百米至極千米不等，加上井下工作環(huán)境復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的調(diào)試工作造成一定障礙。

2）安裝煩瑣：對(duì)傳感器的安裝需要與地面進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，首先將傳感器連接到分站傳輸總線端口，然后在地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)傳感器屬性進(jìn)行配置，如果發(fā)生配置不符、端口與接線不一致的情況，則會(huì)導(dǎo)致傳感器無法準(zhǔn)確識(shí)別、報(bào)警點(diǎn)偏差等情況，從而影響系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)真?zhèn)蔚呐卸?，埋下安全隱患。

1.4 故障診斷功能簡單

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)組成部分復(fù)雜，硬件涉及較多，當(dāng)分站、傳感器出現(xiàn)故障或電源不穩(wěn)定時(shí)都需要進(jìn)行及時(shí)診斷。但由于現(xiàn)有設(shè)備自行診斷功能簡單，需要人員下井排查，從而耽誤了企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2 高河煤礦設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造措施

2.1 傳感器的升級(jí)優(yōu)化

井下設(shè)備傳感器的防護(hù)等級(jí)均升級(jí)到了IP65，從防塵和防水兩個(gè)方面進(jìn)行了優(yōu)化提升，減少了傳感器誤報(bào)警發(fā)生的概率。在配置方面，達(dá)到如下功能：

1）實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化傳輸，提升了系統(tǒng)性能指標(biāo)，讓安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和動(dòng)作響應(yīng)更加快速、靈敏、可靠。

2）新增了自我診斷、自我評(píng)估功能，在系統(tǒng)配置不正確時(shí)，能夠及時(shí)提醒操作人員進(jìn)行修正，并能夠避免因誤操作導(dǎo)致的誤報(bào)警事故發(fā)生。

3）多系統(tǒng)融合，與精準(zhǔn)定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。

2.2 UWB 精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的使用

高河煤礦在定位系統(tǒng)方面升級(jí)了最新研發(fā)的KJ464 型精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，其由地面服務(wù)器、交換機(jī)和地下分站、傳感器定位孔組成，其架構(gòu)如下頁圖1 所示，并與省級(jí)事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái)成功接網(wǎng)。該系統(tǒng)采用了UWB 的定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了井下所有巷道的信號(hào)“全覆蓋”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下人員目標(biāo)的“全程、實(shí)時(shí)、連續(xù)、厘米級(jí)的精確定位跟蹤”，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)井下人員的“實(shí)時(shí)雙向無線尋呼”。該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確監(jiān)測任意時(shí)刻、任意地點(diǎn)的人員、車輛位置，以快速搜索人員、車輛的具體精確位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

圖1 精準(zhǔn)定位網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.3 工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在視頻監(jiān)控方面升級(jí)了?？低旾VMS-8800型工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)傳輸，視頻信號(hào)經(jīng)過礦井萬兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸至調(diào)度中心，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議為TCP/IP 協(xié)議，同時(shí)通過萬兆環(huán)網(wǎng)接收來自調(diào)度中心的控制信息，來控制攝像機(jī)的各種動(dòng)作及變焦等功能，覆蓋整個(gè)礦井。系統(tǒng)對(duì)視頻數(shù)據(jù)信號(hào)存儲(chǔ)時(shí)間超過7 d，可以同時(shí)監(jiān)看多路不同的圖像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)攝像儀的遠(yuǎn)程控制、回訪和警視聯(lián)動(dòng)功能，最終與省級(jí)事故風(fēng)險(xiǎn)分析平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。高河煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)示意圖，如圖2 所示。

圖2 高河煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)示意圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)的未來發(fā)展

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

礦用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對(duì)全礦井的動(dòng)/靜目標(biāo)實(shí)現(xiàn)有效管控和人機(jī)環(huán)動(dòng)態(tài)閉鎖。例如對(duì)重大設(shè)備的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用和維護(hù)進(jìn)行全程跟蹤管理，并在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行自我診斷，因此可以在煤礦安全生產(chǎn)和應(yīng)急救援方面提供有效的信息保障。

3.2 煤礦一體化通信技術(shù)的應(yīng)用

煤礦一體化通信技術(shù)在日常生產(chǎn)調(diào)度和應(yīng)急通信方面具有廣闊的前景。通過研究有線/無線的一體化通信系統(tǒng)，對(duì)語音、文字、視頻等多媒體信號(hào)進(jìn)行編譯，使生產(chǎn)調(diào)度更加便捷、報(bào)警聯(lián)動(dòng)更為及時(shí)、應(yīng)急呼叫更加準(zhǔn)確、避險(xiǎn)與位置監(jiān)測更有效。

3.3 無人工作面技術(shù)的應(yīng)用

采掘工作面是煤礦事故的高風(fēng)險(xiǎn)地點(diǎn)，如何通過設(shè)備代替人工，從根本上降低作業(yè)人員的數(shù)量是減少事故發(fā)生危害的根本方法。目前智能化礦山的建設(shè)已經(jīng)提出，采煤工作面需做到對(duì)回采巷道的遠(yuǎn)程遙控和記憶割煤。近年來，很多科研院所正在進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別煤巖的技術(shù)攻關(guān)，將來還會(huì)對(duì)支護(hù)設(shè)備、采煤設(shè)備、煤炭運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)定位，無人化工作面的技術(shù)發(fā)展將大有可為。

4 結(jié)語

結(jié)合高河煤礦設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)存問題和目前智能化礦山建設(shè)的分析，提出了如傳感器的升級(jí)優(yōu)化、精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的更新、工業(yè)視頻監(jiān)控的改造等具體措施。通過一系列改造工程的實(shí)施，不僅促進(jìn)了安全監(jiān)控多元融合和信息共享，還實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的深度分析和綜合利用。下一步將對(duì)不同廠家生產(chǎn)的敏感元器件在信號(hào)模式、接口協(xié)議和數(shù)據(jù)通信等方面制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提高煤礦安全預(yù)測預(yù)警水平。