煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題分析

魏琛

甘肅科安礦山安全技術(shù)服務(wù)有限公司 甘肅 蘭州 730000

引言

對(duì)于本就具備高危特點(diǎn)的煤礦企業(yè)來說，安全生產(chǎn)可以說是一個(gè)永恒的重要管理內(nèi)容，隨著各種高新技術(shù)的升級(jí)發(fā)展和普遍應(yīng)用，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在采煤生產(chǎn)作業(yè)中得到普遍應(yīng)用，也在為煤礦安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持的同時(shí)，也的確為煤礦生產(chǎn)提供了一定的安全保障，但是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在一些不足之處，對(duì)煤礦整體生產(chǎn)系統(tǒng)功能的充分發(fā)揮造成了一些妨礙，因此相關(guān)人員很有必要全面分析和梳理煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題及其相應(yīng)的改善策略，以便更好地推動(dòng)煤礦行業(yè)的健康發(fā)展[1]。

1 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過程中有著非常重要的應(yīng)用作用，特別是我國(guó)針對(duì)煤礦安全生產(chǎn)過程中存在的各種問題進(jìn)行監(jiān)管和治理的過程中，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的作用和意義得到了極大水平的發(fā)揮，這也是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)進(jìn)步的重要機(jī)遇[2]。隨著我國(guó)與煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)的各項(xiàng)政策法規(guī)的不斷完善，多種與煤礦安全生產(chǎn)相關(guān)的指導(dǎo)意見都指明了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)的意義和重要作用。因?yàn)槲覈?guó)的煤礦數(shù)量較多，對(duì)于安全監(jiān)控系統(tǒng)的需求和功能有著豐富多樣的要求，使得煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)行業(yè)在這個(gè)過程中得到了快速的發(fā)展。在這種大背景下，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)類產(chǎn)品的功能和整體水平得到有效的擴(kuò)充和提升。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)過一段時(shí)間的快速發(fā)展，我國(guó)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)整體水平有了飛速的進(jìn)步。曾經(jīng)完全依賴國(guó)外技術(shù)的安全監(jiān)控系統(tǒng)落后狀態(tài)被打破，無論從硬件設(shè)備還是軟件開發(fā)都逐漸實(shí)現(xiàn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)產(chǎn)品。但與發(fā)達(dá)國(guó)家仍然存在一定的差距在產(chǎn)品功能層面仍然有較大的進(jìn)步空間。

2.1 誤報(bào)率居高不下

隨著我國(guó)煤礦行業(yè)的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，越來越多的自動(dòng)化技術(shù)開始應(yīng)用在煤礦生產(chǎn)過程中，越來越多的設(shè)備在井下得到了廣泛的應(yīng)用，隨著電氣電子設(shè)備的應(yīng)用數(shù)量逐漸增加，這些設(shè)備在工作的過程中彼此之間產(chǎn)生了較為明顯的影響，對(duì)于整體監(jiān)控系統(tǒng)帶來的影響也較為突出，常常出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致觸發(fā)錯(cuò)誤的報(bào)警甚至引發(fā)嚴(yán)重的系統(tǒng)故障等多種不同類型的問題。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸效率低下

當(dāng)前我國(guó)大多數(shù)煤礦礦井所使用的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)從傳統(tǒng)單一的網(wǎng)絡(luò)形式轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)以太網(wǎng)結(jié)合CNN總線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過中心控制站點(diǎn)對(duì)于其他分站進(jìn)行必要的巡檢轉(zhuǎn)變成為通過CNN總線協(xié)議來進(jìn)行多個(gè)控制系統(tǒng)的同步監(jiān)測(cè)和信息傳輸[3]。這有效提升了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。在這個(gè)過程中傳感器所收集的數(shù)據(jù)傳輸是分站所采用的信號(hào)模式都為模擬信號(hào)，這極大地影響了信號(hào)傳輸過程中的速率容量，同時(shí)抗干擾性能較差。

2.3 智能化水平較低

首先，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)前的數(shù)據(jù)辨識(shí)和過濾能力仍然處于較為簡(jiǎn)單的階段，這使得在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的過程中無法準(zhǔn)確判斷故障類型不能夠在較短的時(shí)間內(nèi)處理系統(tǒng)故障[4]。其次數(shù)據(jù)收集過程中不能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析，具體的應(yīng)用過程中無法對(duì)瓦斯以及火災(zāi)等相關(guān)事故進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)警，不能夠?qū)⑾到y(tǒng)的事故預(yù)防能力得到有效的發(fā)揮。最后安全監(jiān)控系統(tǒng)自身的集成化水平不足，針對(duì)煤礦系統(tǒng)所需要的人員定位以及瓦斯監(jiān)控等相關(guān)智能應(yīng)用水平較低，無法進(jìn)行有效的資源共享。

3 監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的問題

3.1 抗電磁干擾性能差

如果不考慮人為因素當(dāng)前安全監(jiān)控系統(tǒng)中導(dǎo)致電磁干擾問題較為嚴(yán)重的主要原因是在煤礦井下系統(tǒng)安裝了越來越多的大功率，高電壓設(shè)備，這些設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)誤報(bào)警問題[5]。因?yàn)檫@些較大工作電壓以及裝機(jī)功率較高的設(shè)備在井下狹小的空間內(nèi)運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)安監(jiān)設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁影響，導(dǎo)致安監(jiān)設(shè)備的誤報(bào)警率出現(xiàn)了大幅上升。在設(shè)計(jì)生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備的過程中沒有對(duì)這種情況進(jìn)行充分的考量?，F(xiàn)在好多高壓設(shè)備都采用變頻啟動(dòng)的功能，還考慮變頻系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的影響。

3.2 傳感器功能較弱

傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)中重要的組成部分，提供了核心的監(jiān)控功能。這些傳感器是否能夠長(zhǎng)期處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)對(duì)于安監(jiān)系統(tǒng)的作用發(fā)揮有著非常重要的影響[6]。當(dāng)前我國(guó)的安全系統(tǒng)中所采用的傳感器多為載體催化元件，這些元件使得傳感器的工作穩(wěn)定性以及使用壽命都不如國(guó)外先進(jìn)的傳感器設(shè)備，這對(duì)于安監(jiān)過程中的監(jiān)控準(zhǔn)確有著直接的影響。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸方式有待擴(kuò)展

當(dāng)前我國(guó)煤礦的安監(jiān)系統(tǒng)的傳輸方式得到了一定程度的升級(jí)，有效地提升了主傳輸通道的速率和容量，但傳感器與監(jiān)控分站之間的數(shù)據(jù)傳輸仍然存在一定程度的限制，使其傳輸速率以及傳輸過程中的可靠性仍然處于較低的水平。

3.4 設(shè)計(jì)制造水平較低

我相關(guān)部門提出的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行已經(jīng)超過了10年，因?yàn)闆]有對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的改動(dòng)和升級(jí)使得該技術(shù)要求下的監(jiān)控系統(tǒng)性能指標(biāo)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的要求，這使得我國(guó)煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及制造仍然處于較為落后的水平。

4 安全監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化

通過對(duì)我國(guó)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的不斷升級(jí)，除了能夠有效提升我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的整體水平同時(shí)也能夠?qū)ξ覈?guó)的社會(huì)發(fā)展以及資源的可利用可持續(xù)發(fā)展能力提供了重要的作用。為了有效提升煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)水平就需要不斷對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造和升級(jí)，加強(qiáng)煤礦生產(chǎn)過程中的監(jiān)控水平，杜絕煤礦企業(yè)存在的各類安全隱患，同時(shí)制定相應(yīng)的解決方案來抑制安全事故所造成的破壞和影響。

4.1 人員培訓(xùn)

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是促使煤礦安全生產(chǎn)得到有效保障的重要系統(tǒng)，所以對(duì)參與操作監(jiān)控系統(tǒng)的工作人員進(jìn)行專業(yè)技能培訓(xùn)是有必要的，也是保證煤礦安全工作能夠高質(zhì)量開展的前提條件。企業(yè)應(yīng)當(dāng)定期組織專業(yè)人員對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行必要的檢查，對(duì)于不符合煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)要求的產(chǎn)品要進(jìn)行改造或者替換。同時(shí)要不斷提升監(jiān)控系統(tǒng)工作人員的專業(yè)水平和綜合素質(zhì)，保證符合要求的工作人員持證上崗。

4.2 抗電磁干擾能力的提升

為了能夠有效地提升安全監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾性能，安全監(jiān)控系統(tǒng)的廠商應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)不同場(chǎng)景條件下的變頻器選擇問題，要通過全面的測(cè)試來對(duì)系統(tǒng)的抗電磁干擾能力進(jìn)行加強(qiáng)，通過對(duì)變頻器的研究工作來對(duì)變頻器工作狀態(tài)下周邊電磁環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生的影響進(jìn)行有效的分析，依據(jù)干擾來源的特性和分布來對(duì)傳感器的電路布局以及外殼進(jìn)行改進(jìn)，使得監(jiān)控系統(tǒng)所使用的傳感器能夠具備較好的抵抗脈沖電涌帶來的干擾。保證系統(tǒng)傳感器具備抵抗靜電干擾三級(jí)以及抵抗電磁輻射干擾評(píng)價(jià)等級(jí)A級(jí)的能力。

4.3 傳感器的技術(shù)選型

為了能夠保證煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，就需要使用性能較好的傳感器。先進(jìn)的監(jiān)控傳感器不僅能夠有效的提升設(shè)備的工作穩(wěn)定性同時(shí)還能夠降低對(duì)人工維護(hù)的依賴。

4.3.1 激光甲烷傳感器。采用激光甲烷傳感器其核心原理是通過光譜吸收來對(duì)甲烷氣體濃度進(jìn)行有效測(cè)量，相比較傳統(tǒng)的催化式甲烷傳感器，激光甲烷傳感器具備更好的測(cè)量精度以及抗干擾能力，不需要通過定期的糾正就可以保證該傳感器能夠長(zhǎng)期工作。

4.3.2 無線傳感器。采用無線傳感器是利用無線網(wǎng)絡(luò)將傳感器所采集的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)分站進(jìn)行傳輸。采用這種傳感器能夠改善在井下環(huán)境中需要移動(dòng)位置的監(jiān)控活動(dòng)。采用無線傳感器能夠降低傳統(tǒng)人工移動(dòng)傳感器過程中所產(chǎn)生的各類問題所導(dǎo)致的警報(bào)誤觸現(xiàn)象，同時(shí)因?yàn)闊o線網(wǎng)絡(luò)傳輸使得設(shè)置傳感器時(shí)降低了對(duì)線纜的依賴，減少資金投入的同時(shí)也降低了對(duì)人工維護(hù)的依賴程度。

4.3.3 自診斷型傳感器。通過采用診斷傳感器能夠?qū)ο到y(tǒng)內(nèi)的相關(guān)組件進(jìn)行故障判斷同時(shí)對(duì)故障位置進(jìn)行精確的定位。這對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)起到了非常重要的幫助作用，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成故障類型的判斷并解決故障。

4.3.4 多參數(shù)型傳感器。該傳感器內(nèi)部包含了多種敏感元件，能夠同時(shí)對(duì)多個(gè)測(cè)量目標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。同時(shí)因?yàn)槠潴w積較小能夠適用于多種不同場(chǎng)景的信息采集工作。

4.4 數(shù)字通信應(yīng)用

在完成安監(jiān)系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)升級(jí)之后，還需要對(duì)分站以及傳感器和分站之間的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)通，針對(duì)分站以及傳感器之間的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系通常采用CNN總線來進(jìn)行連接，就是一種具備實(shí)時(shí)通信功能的協(xié)議總線，擁有較強(qiáng)的尋址功能和校驗(yàn)?zāi)芰?，總體的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力較為可靠。因?yàn)樵摽偩€系統(tǒng)具備仲裁機(jī)制，所以在出現(xiàn)多個(gè)不同節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行信息發(fā)送的過程中，能夠通過仲裁機(jī)制進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判斷，較為高效地解決了信息沖突和碰撞情況。通過采用CAN總線，使得煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)具備了多并發(fā)主動(dòng)上傳的數(shù)據(jù)傳輸模式。在井下使用該總線模式能夠避免了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程中需要的上位機(jī)輪詢機(jī)制，能夠在較短的時(shí)間完成數(shù)據(jù)的傳輸過程。同時(shí)保證了分站具備了異地?cái)嚯娔芰?，不需要上位機(jī)就能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換過程，使得異地?cái)嚯姇r(shí)間得到了大幅度縮短，有效地控制了成本投入。

4.5 提升系統(tǒng)智能化水平

通過在監(jiān)控系統(tǒng)中引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使得系統(tǒng)內(nèi)的大多數(shù)設(shè)備具備了自動(dòng)診斷能力，這種能力來源于對(duì)監(jiān)控設(shè)備所設(shè)計(jì)的激勵(lì)函數(shù)機(jī)制，通過狀態(tài)和類型的查詢和判斷，完全在自動(dòng)診斷過程中。通過在設(shè)備中設(shè)計(jì)過程中模擬生產(chǎn)環(huán)境中各類不同設(shè)備的故障來開展試驗(yàn)。對(duì)于設(shè)備中存在的各類問題和故障提供對(duì)應(yīng)的解決方案。對(duì)于傳感器中可能存在的供電問題，元件故障問題，外圍器件故障問題等進(jìn)行精確的判斷，使得系統(tǒng)具備了完善的自動(dòng)診斷機(jī)制。

4.6 加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析能力

監(jiān)控系統(tǒng)引入了大數(shù)據(jù)技術(shù)之后，極大地提升了系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)方面的能力。不僅有效解決了系統(tǒng)中存在的無效數(shù)據(jù)的過濾問題，有效降低了無效數(shù)據(jù)對(duì)于系統(tǒng)邏輯的錯(cuò)誤引導(dǎo)，避免了出現(xiàn)誤報(bào)警情況。同時(shí)能夠?qū)Νh(huán)境中的瓦斯以及火災(zāi)等險(xiǎn)情進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，并依據(jù)瓦斯?jié)舛鹊乃揭约俺迺r(shí)間，范圍來對(duì)應(yīng)多種不同的警報(bào)級(jí)別。通過將人員定位以及廣播通信等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行有效的融合，使得系統(tǒng)中包含的人員定位，通信和廣播實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能。

4.7 監(jiān)控系統(tǒng)功能擴(kuò)充

監(jiān)控軟件通常以S/B結(jié)構(gòu)為主，只需要在不同的終端設(shè)置相應(yīng)的IP地址就能夠?qū)⒏黝愒O(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和查閱，甚至能夠通過這種操作完成系統(tǒng)設(shè)置的功能。通過使用GIS技術(shù)，能夠?qū)⒌貓D和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合，然后再經(jīng)過加密傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)的評(píng)估診斷工作，使得整個(gè)系統(tǒng)的智能化水平得到有效的提升。

5 結(jié)束語

保證安全生產(chǎn)是煤礦企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的中的首要任務(wù)，煤礦企業(yè)對(duì)于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，在煤礦安全生產(chǎn)方面能夠造成深遠(yuǎn)影響，全面分析并有效解決目前煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)中仍然存在的不足問題，有利于進(jìn)一步促進(jìn)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，對(duì)于煤礦行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展也有一定助益，因此，煤礦企業(yè)和相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)高度重視對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究和創(chuàng)新。