關(guān)于礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用對策的探討

杜周祥

（曲靖市麒麟?yún)^(qū)能源局，云南 曲靖 655000）

0 引言

礦井通風在煤礦安全生產(chǎn)過程中非常重要。井下通風系統(tǒng)不僅能為礦工提供新鮮空氣，還能起到環(huán)境調(diào)節(jié)、排毒除塵的作用[1]。然而，在實際生產(chǎn)中，由于礦井生產(chǎn)環(huán)境惡劣，許多礦井通風設(shè)備在惡劣環(huán)境下運行時容易出現(xiàn)各種故障，礦井通風設(shè)備一旦發(fā)生故障，將嚴重影響礦井的安全生產(chǎn)[2]。為了有效保障煤礦通風安全，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對通風系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、設(shè)備進行監(jiān)測、預(yù)警、控制，減少或控制通風管理工作中產(chǎn)生的風險隱患。但是，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在實際運行過程中存在一些不足，因此，根據(jù)工作經(jīng)驗，提出以下對策[3]?；诖?，本文對礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)進行了分析和探討，提出改進措施，對煤礦安全生產(chǎn)特別是通風管理工作具有一定的現(xiàn)實意義。

1 礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)集控制技術(shù)、電氣防爆技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、傳感器技術(shù)等技術(shù)于一體，綜合應(yīng)用于礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控領(lǐng)域，確保煤礦安全生產(chǎn)，提高機電設(shè)備利用率和生產(chǎn)效率。具體來說，煤礦通風安全監(jiān)控系統(tǒng)是指利用計算機技術(shù)，對煤礦的風速、溫度、濕度、煙度、瓦斯?jié)舛鹊拳h(huán)境參數(shù)以及礦井排水、提升、運輸、生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)機電設(shè)備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控、分析和處理的系統(tǒng)，然后獲得相關(guān)數(shù)據(jù)[4]。

通過對實測參數(shù)的比較分析，為防災(zāi)、防事故提供技術(shù)數(shù)據(jù)，以便提前制定相應(yīng)的預(yù)防措施；通過對測量參數(shù)的實時有效控制，可在第一時間鎖定、斷電和自動報警，避免事故發(fā)生后災(zāi)害進一步擴大；同時，通風安全監(jiān)控系統(tǒng)還可以隨時將檢測到的數(shù)據(jù)上傳到地面調(diào)度室及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，以便調(diào)度人員及時了解煤礦作業(yè)地點風險情況，并在第一時間制定對策處置險情，如及時調(diào)整風量，判斷是否應(yīng)疏散作業(yè)人員以及如何疏散。

礦井通風安全監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分通常包括3 個部分。①中心站：包含外圍設(shè)備、計算機和應(yīng)用軟件等。②信息傳輸設(shè)備：包含接線盒、傳輸線、變電站、傳輸接口等。③傳感器和執(zhí)行器：包含煤礦通風安全監(jiān)測系統(tǒng)可以實時為各作業(yè)現(xiàn)場人員和調(diào)度指揮人員提供相關(guān)的環(huán)境安全參數(shù)信息[5]。

2 礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要技術(shù)

2.1 總線技術(shù)

總線技術(shù)是煤礦通風安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中采用的主要技術(shù)。有利于最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的監(jiān)控功能，充分發(fā)揮多層次優(yōu)勢?？偩€技術(shù)又稱現(xiàn)場總線技術(shù)，具有多種優(yōu)勢和特點。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控。它以總線為中心，有效地連接了計算機技術(shù)、通信技術(shù)等多種現(xiàn)代技術(shù)，實現(xiàn)了高質(zhì)量的多層次有效監(jiān)控作用。在這個過程中，總線技術(shù)的類型并不是單一的，這體現(xiàn)在多個層面上，包括本地操作網(wǎng)絡(luò)LonWorks 和RS-485 標準協(xié)議現(xiàn)場總線。其中，總線技術(shù)是基于礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中采用的主要技術(shù)，有利于最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)的監(jiān)控功能和多層次優(yōu)勢。在應(yīng)用總線技術(shù)的過程中，煤礦企業(yè)應(yīng)重視通信接口和總線軟件的科學(xué)設(shè)計。設(shè)計的通信接口包括驅(qū)動程序、控制器等，基于總線技術(shù)的驅(qū)動程序必須滿足這些要求?？闺姶鸥蓴_能力強，可實現(xiàn)過熱、短路保護，待機能耗較低。根據(jù)區(qū)域礦井通風安全的具體要求，要最大限度地發(fā)揮系統(tǒng)監(jiān)測和監(jiān)控兩大功能，優(yōu)化總線技術(shù)作用下通信接口各部件的設(shè)計，促進所設(shè)計的驅(qū)動器、微處理器等方面功能的充分發(fā)揮，并在協(xié)調(diào)統(tǒng)一的過程中提高監(jiān)控系統(tǒng)通信接口的整體性能。對于基于總線技術(shù)的軟件，煤礦企業(yè)在設(shè)計過程中應(yīng)注意通信模塊的標準化設(shè)計，優(yōu)化消息的傳輸和接收，與設(shè)計的通信接口進行交互，提高礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行效果。

2.2 灰色預(yù)測理論的應(yīng)用

礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)是智能傳感器。如果要對智能傳感器進行有效的控制以保證其自身的性能，傳感器在礦井通風安全檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用需要自身的修正。目前比較常用的校正方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、查表法和曲線擬合法，然而，上述方法并不適用于礦井通風安全監(jiān)測系統(tǒng)。灰色預(yù)測理論主要通過對數(shù)據(jù)的處理來分析數(shù)據(jù)中的相關(guān)點和規(guī)律，從而實現(xiàn)對灰色數(shù)據(jù)的處理，因此，灰色預(yù)測理論的應(yīng)用可以為礦井通風安全監(jiān)測系統(tǒng)提供一定的技術(shù)支持，該理論在礦井生產(chǎn)中的有效應(yīng)用，不僅可以提高通風安全監(jiān)測水平，而且可以實現(xiàn)傳感器的自動校正。

3 礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

3.1 礦井通風受到機械設(shè)備質(zhì)量的限制

在煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中，礦井通風是有效改善井下空氣環(huán)境的主要途徑，保證采掘作業(yè)地點產(chǎn)生的有毒有害氣體稀釋并排除地面，為井下作業(yè)人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，并為作業(yè)地點人員提供呼吸需要的足夠氧氣。同時，降低或者杜絕有毒有害氣體產(chǎn)生的人員窒息、燃燒、爆炸等風險，保障生命財產(chǎn)安全。礦井通風的動力主要是機械通風，其主導(dǎo)因素是主要通風機，需要根據(jù)礦井開采規(guī)模、和開采深度等，進行通風阻力計算，根據(jù)通風阻力來選擇主要通風機型號，采掘作業(yè)點使用局部通風機，需要根據(jù)通風設(shè)計和供風標準來選擇供風局部通風機。一些企業(yè)會考慮生產(chǎn)成本，忽視通風機選型的重要性，購買一些功效低相對成本較低的通風機，在礦井通風設(shè)備使用過程中，由于機械設(shè)備的質(zhì)量及效能作用限制而產(chǎn)生隱患和問題。

3.2 安全管理規(guī)章制度不完善

由于煤礦作業(yè)現(xiàn)場處于地下，生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境相對復(fù)雜，條件惡劣，高學(xué)歷、高素質(zhì)的安全管理人才不愿從事煤炭行業(yè)，這直接導(dǎo)致煤礦安全管理人員、特種作業(yè)人員的嚴重短缺，尤其是在小型煤礦。安全管理人員的專業(yè)素質(zhì)及安全意識較差，無法根據(jù)煤礦的實際情況制定一套適合本礦的安全管理規(guī)章制度。其次是，落實力度不夠，隱患排查不到位，監(jiān)督檢查不夠嚴格，事故前后沒有可靠的調(diào)查和追蹤體系。另外，許多制度模棱兩可，不切合煤礦實際，災(zāi)害防范重點不突出，存在漏洞和不足，不利于煤礦專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)和運營商對煤礦機械設(shè)備、設(shè)施、系統(tǒng)工程的更新改造升級。

3.3 傳感器缺陷

傳感器作為監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，是將被測物理量轉(zhuǎn)換為電信號輸出的裝置，需要相應(yīng)的軟硬件支持。如果相應(yīng)的軟硬件參數(shù)不匹配，或者匹配的硬件質(zhì)量不同，其承載能力會下降，在工作中容易燒毀。如果出現(xiàn)故障，測試結(jié)果不正確，或測試數(shù)據(jù)丟失或丟失，物理量轉(zhuǎn)換出現(xiàn)異常等，將影響監(jiān)控功能。目前，煤礦傳感器存在穩(wěn)定性差、壽命短等嚴重缺陷，其中抗沖擊性差，沒有抗毒性，組件與載體的同步性差。

3.4 作業(yè)人員培訓(xùn)不足、安全意識不夠

煤礦對設(shè)施設(shè)備操作人員的需求很大。許多煤礦企業(yè)管理者不了解員工培訓(xùn)的重要性，安全技術(shù)培訓(xùn)流于形式。許多職工在上崗前專業(yè)培訓(xùn)和管理不足，對煤礦工作的危險和防范措施不了解不到位，缺乏理論和實際操作經(jīng)驗，安全意識淡薄，為煤礦安全生產(chǎn)埋下了重大隱患。此外，煤礦的工作環(huán)境較差，存在許多風險因素，許多高素質(zhì)的人員都避免了這種風險。因此，大多數(shù)被招募的操作人員文化水平低，思維落后，對安全監(jiān)控問題處理不靈活，這也增加了煤礦安全風險。

4 礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)完善建議

4.1 推進通風安全智能化

目前，煤炭行業(yè)高度重視礦井通風安全監(jiān)控。特別是近年來，系統(tǒng)軟件的開發(fā)和應(yīng)用取得了很大進展。我國部分礦井已形成通風安全智能監(jiān)控系統(tǒng)，可根據(jù)礦井、作業(yè)點實際風量需求控制礦井通風設(shè)施設(shè)備的工作狀態(tài)，更好地滿足礦井通風安全要求，智能監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦的應(yīng)用效果良好，被迅速認可和推廣，具有較高的使用價值。

4.2 全面布置傳感器

嚴格按照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ 1029—2019）要求，在煤礦井下各地點特別是采掘作業(yè)地點設(shè)置甲烷、二氧化碳、風速等傳感器，設(shè)置報警、斷電、復(fù)電等參數(shù)值，實時監(jiān)測有毒有害氣體濃度及變化情況、作業(yè)環(huán)境等情況，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)參數(shù)設(shè)定，作出預(yù)警、控制指令，對通風設(shè)施設(shè)備進行控制管理。重點加強礦井井下采掘作業(yè)點、串聯(lián)通風的瓦斯傳感器布置與管理，監(jiān)測作業(yè)地點瓦斯變化情況，預(yù)判地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，超前研判并作出應(yīng)對措施，防范和杜絕瓦斯超限，有效化解重大風險，確保作業(yè)區(qū)域人員設(shè)備安全。進一步升級監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能，增加各類硬件配置，有條件礦井增加通風設(shè)施設(shè)備自動控制設(shè)備組件，優(yōu)化升級系統(tǒng)軟件模塊功能，保障系統(tǒng)運行環(huán)境通暢，運行指令準確，設(shè)施設(shè)備反應(yīng)靈敏，從而達到對礦井所有通風設(shè)施設(shè)備的自動化控制調(diào)節(jié)，形成智能化通風系統(tǒng)工程。

4.3 優(yōu)化通風安全監(jiān)控管理方案

煤礦企業(yè)自身需不斷優(yōu)化礦井安全監(jiān)控管理方案，將監(jiān)控系統(tǒng)通信協(xié)議和物理層協(xié)議完善、標準化，防止重復(fù)。為了避免不兼容等一系列問題，我們應(yīng)該注意技術(shù)的改進和推廣，可以使用更具動態(tài)性的軟件，而且這些軟件應(yīng)該主要選擇通用軟件，保證編程和語言方面沒有問題，只有通過軟件本身的工具，才能實現(xiàn)控制、通信、存儲和控制的功能。具有很強的通用性和實用性，維護方便，可以有效地避免各種系統(tǒng)之間的不兼容性。在礦井設(shè)計和采掘作業(yè)中，應(yīng)明確規(guī)定礦井通風安全監(jiān)控設(shè)備的數(shù)量和類型以及信號電纜的敷設(shè)，區(qū)域、條塊設(shè)備配置全面并功能完善，同時準確繪制在監(jiān)控系統(tǒng)布置圖上，保障運行管理順暢。

4.4 統(tǒng)一匹配監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件

針對礦井通風安全監(jiān)控系統(tǒng)中各組成部分之間的不匹配，在選擇監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件時，必須加強必要監(jiān)控軟硬件的型號控制，減少兼容性問題，選擇合格的產(chǎn)品。及時升級專業(yè)操作員的技術(shù)，避免過多的應(yīng)用程序和軟件語言，選擇通用軟件進行硬件控制。加強對傳感器、通風設(shè)備的管理維護，如：主要的甲烷傳感器每15d調(diào)校一次，甲烷電閉鎖和風電閉鎖功能每15d 測試1次，以促進傳感器、通風設(shè)備的正常靈敏和使用壽命的持續(xù)延長，確保工作效果。防雷設(shè)施采用防雷圍欄的形式，吸收線路上過多的雷電能量，避免損壞其他設(shè)備設(shè)施。

其中，煤礦企業(yè)需要特別注意對探雷系統(tǒng)傳感器的要求。在整個通風安全系統(tǒng)的建設(shè)過程中，傳感器質(zhì)量的控制尤為重要，其質(zhì)量必須達到煤礦安全標準。監(jiān)控系統(tǒng)實施的有效控制可以將安全事故減少或者控制，避免對員工生命安全和財產(chǎn)安全的威脅。因此，在采購材料的過程中，材料采購員必須嚴格控制供應(yīng)商的供貨質(zhì)量，在采購傳感器等材料的過程中必須遵循質(zhì)量優(yōu)先的原則，從源頭上確保傳感器質(zhì)量符合標準。在安全使用各類傳感器之前，礦井通風安全系統(tǒng)應(yīng)分析和試驗其兼容性，比較其各項性能，以便及時有效地匹配系統(tǒng)，保障系統(tǒng)運行穩(wěn)定正常。

4.5 加強設(shè)備設(shè)施維護

在礦井中，應(yīng)嚴格保證防爆電氣設(shè)備的防爆性能；對于系統(tǒng)中使用的本質(zhì)安全型電氣設(shè)備，不僅要保證電氣參數(shù)和保護性能，還要嚴格控制輸出短路電流、電壓等級等產(chǎn)品要求。本安型電氣設(shè)備維修、更換時，不得擅自改變原電氣參數(shù)和本安性能，不得改變規(guī)格型號。儀器設(shè)備安裝過程中，應(yīng)嚴格按照手冊要求進行安裝調(diào)試，并對相應(yīng)的儀器設(shè)備進行校準，確保設(shè)備運行的標準化，嚴格按照設(shè)備設(shè)施使用管理規(guī)范，定期對設(shè)備設(shè)施保養(yǎng)維護，保證設(shè)備靈敏度及安全性，同時延長使用壽命。

4.6 加強培訓(xùn)，提高作業(yè)人員素質(zhì)

在以往的煤礦事故中，自然因素影響造成的事故較少，大部分事故都是由于設(shè)備故障或人為因素共同作用的結(jié)果。在許多情況下，人的不安全行為是事故的直接原因。特別是在煤炭行業(yè)，井下工作環(huán)境條件惡劣，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，存在水、火、瓦斯、煤塵、頂板、機電運輸?shù)榷喾N危險因素。人員專業(yè)技能和安全意識的培訓(xùn)尤為重要。作為煤礦企業(yè)業(yè)主和安全管理者，必須高度重視煤礦工人的崗前培訓(xùn)，必須理論聯(lián)系實際，結(jié)合煤礦災(zāi)害特點、人員結(jié)構(gòu)，突出防范重點、合理配置管理人員、特種作業(yè)人員，充分調(diào)動從業(yè)人員的積極性，提高全員專業(yè)技能及安全意識。同時，加強事故警示教育，分析典型事故案例，舉一反三，查缺補漏，完善各項措施，超前防范和化解各類安全風險，使職工認識到安全生產(chǎn)的必要性和重要性，牢固樹立安全第一的理念，并在行動中貫徹落實到位。

5 結(jié)語

綜上所述，礦井通風安全工作除了依靠監(jiān)控系統(tǒng)和通風設(shè)備外，還需要專業(yè)人員的操作和專業(yè)管理人員的持續(xù)努力專注，形成人、機、環(huán)境互動的局面，確保監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行，通風系統(tǒng)可靠，煤礦安全生產(chǎn)。