煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行與維護(hù)

侯威宇

（永城煤電控股集團(tuán)有限公司，河南永城 476600）

0 引言

井工煤礦作為開采難度大、危險(xiǎn)系數(shù)高的行業(yè)之一，需要具備靈敏、可靠、完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)。而安全監(jiān)控系統(tǒng)也是我國煤礦的“六大系統(tǒng)”之一，對保障礦井的安全運(yùn)行具有重要意義。

近年來，隨著礦井安全監(jiān)測技術(shù)的不斷研發(fā)與推進(jìn)，越來越多的資本與技術(shù)人員更為關(guān)注這一領(lǐng)域，推動(dòng)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的更新以及多系統(tǒng)集成技術(shù)日趨成熟。

提高煤礦環(huán)境有毒有害氣體監(jiān)測水平一直是我國煤礦企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)注重點(diǎn)，從采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)展到了單片機(jī)和計(jì)算機(jī)為主要部分的系統(tǒng)監(jiān)控方式，而井上的計(jì)算機(jī)可以主動(dòng)監(jiān)測各種環(huán)境參數(shù)并進(jìn)行記錄與反饋，并可以隨時(shí)調(diào)用這些數(shù)據(jù)。新技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能，而且對系統(tǒng)的安裝與日常維護(hù)提出了新的要求，使得精細(xì)化管理、高新技術(shù)、精準(zhǔn)服務(wù)以及日常運(yùn)維成為了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的又一大難題。重點(diǎn)介紹礦井新一輪安全監(jiān)控系統(tǒng)改造后的性能改善和現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)的要點(diǎn)。

1 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)組成

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)中重要的核心系統(tǒng)，它可以間接提高礦井的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)水平以及日均產(chǎn)量，同時(shí)也可以通過各種技術(shù)的整合來提高礦井的安全監(jiān)測和控制水平，從而實(shí)現(xiàn)信息的共享和傳遞。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)具有較為完善的功能，如采集數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、聲光報(bào)警、自動(dòng)斷電等多種功能。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)由主機(jī)、傳輸線路、接口、分站、電源箱、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)）、線纜、傳感器等部分組成，并以各個(gè)部件特定的功能實(shí)現(xiàn)控制整個(gè)監(jiān)控過程。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要性

煤礦井下的環(huán)境十分惡劣，匯聚了地下水、瓦斯、明火、頂板以及煤塵等多種危害因素，其中瓦斯瓦斯達(dá)到一定濃度時(shí)靠近火源會(huì)引起礦井爆炸或瓦斯燃燒等事故，造成人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失。除此之外，氧氣濃度也是安全監(jiān)控系統(tǒng)需要密切關(guān)注的要素之一，一旦發(fā)生缺氧等情況，對于井下職工是致命的威脅。因此，必須對礦井下的瓦斯?jié)舛纫约捌渌泻怏w進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，從而減少傷亡事故的發(fā)生。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)主要用于監(jiān)測井下的各類有害氣體以及氧氣、二氧化碳等氣體濃度，確保礦井通風(fēng)良好，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)測警報(bào)、自動(dòng)斷電、監(jiān)測通風(fēng)狀態(tài)等功能，而這些信息都可以通過煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)傳感器監(jiān)測到的信號反饋回終端數(shù)據(jù)庫，從而為系統(tǒng)顯示提供可靠的數(shù)據(jù)，為礦井的安全生產(chǎn)提供可靠的保障。

3 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)日常維護(hù)中的常見問題

3.1 傳感器與線路供電問題

由于煤礦的開采工作一般都是在地下進(jìn)行，其周圍的環(huán)境條件十分惡劣，而且很容易出現(xiàn)地下水滲漏等極端現(xiàn)象。而且，采礦時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的灰塵和腐蝕性氣體，這些不良的因素都會(huì)導(dǎo)致傳感器、感應(yīng)元件等部件氧化，出現(xiàn)接觸不良等問題，從而影響安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。因此，安全監(jiān)控系統(tǒng)在日常維護(hù)與應(yīng)用的過程中，主要容易出現(xiàn)以下3 個(gè)問題：

（1）傳感器的工作性能不穩(wěn)定。由于地下水滲入傳感器、或傳感器受到劇烈的振動(dòng)、沖擊時(shí)，信號會(huì)出現(xiàn)失真、不穩(wěn)定的情況，而且由于礦區(qū)的空間有限，傳感器安設(shè)在大型機(jī)電設(shè)備附近，在復(fù)雜的電場和磁場干擾下，會(huì)導(dǎo)致傳感器的工作失效。例如，在甲烷、一氧化碳等元素的充斥下，采用熱催化、電化學(xué)等方法對傳感器進(jìn)行檢測，可能會(huì)出現(xiàn)減短壽命、零點(diǎn)漂移等問題，影響系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。甲烷、一氧化碳傳感器安設(shè)在變壓器上方或采用擴(kuò)散通風(fēng)的機(jī)電硐室內(nèi)，可能會(huì)受到電場、磁場以及高溫等因素干擾，導(dǎo)致傳感器誤報(bào)警的發(fā)生。

（2）供電線路的電源不穩(wěn)定。在礦井開采過程中，由于工作環(huán)境的限制，導(dǎo)致安全的電力供應(yīng)距離超出了傳感器的規(guī)定范圍，在這樣的情況下，會(huì)有出現(xiàn)供電電壓下降，導(dǎo)致傳感器不能正常工作，而且還會(huì)經(jīng)常發(fā)生斷線。

（3）傳感器的線路受到干擾。主要發(fā)生在安全監(jiān)控系統(tǒng)未升級改造之前的礦井生產(chǎn)中，對各分站之間都是采用一定的模擬信號進(jìn)行單向不檢查的傳輸。然而，在此過程中，由于距離遠(yuǎn)、抗干擾性能降低，而且會(huì)因線路的影響而產(chǎn)生難以辨別的問題。安全監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程傳輸體現(xiàn)了抗干擾和安全性設(shè)計(jì)，經(jīng)過安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后，該類問題已基本得以改善。

3.2 安全監(jiān)測裝置易受潮問題

由于地下礦井的濕度過大，采掘后又會(huì)有大量粉塵存在，一般礦井會(huì)在開采工作完成后進(jìn)行現(xiàn)場除塵、降塵的工作。這就導(dǎo)致礦井內(nèi)回風(fēng)大巷、煤倉、采煤工作面、掘進(jìn)工作面等場所存在著空氣濕度大、粉塵濃度高、除塵裝置產(chǎn)生水霧等不利條件。傳感器、纜線接線盒長期受到水汽的腐蝕，容易出現(xiàn)傳感器航空插頭銹蝕、電路受潮短路、元件接頭銹蝕、傳感器工作不穩(wěn)定等狀況。凝結(jié)水與灰塵的累積會(huì)導(dǎo)致傳感器的氣體收集口發(fā)生阻塞。

部分礦井沒有按照合理的設(shè)備選擇、建立起一個(gè)科學(xué)合理的安全監(jiān)控管理模式，會(huì)影響到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)質(zhì)量和維護(hù)效率，特別是在后期的安裝過程中，操作人員會(huì)因?yàn)椴僮鞑划?dāng)或操作失誤從而導(dǎo)致誤報(bào)警的發(fā)生。部分礦井位于地下磁場的活動(dòng)區(qū)域，但在進(jìn)行安全監(jiān)測時(shí)，并沒有針對磁場制定有效的防范措施，從而導(dǎo)致了整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的降低。

4 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)日常維護(hù)要點(diǎn)

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的日常運(yùn)行與維護(hù)是整個(gè)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)重點(diǎn)工作內(nèi)容，安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，關(guān)系到整個(gè)礦井施工、生產(chǎn)的安全與可靠性。

4.1 選擇不同的設(shè)備種類

煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選用裝備。針對常規(guī)系統(tǒng)自身的不足，選用最具優(yōu)化效果的設(shè)備與技術(shù)，以保證后續(xù)工作的順利進(jìn)行，避免因設(shè)備類型不符合企業(yè)的生產(chǎn)要求而對整體安全監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。首先，在選擇設(shè)備之前，要分析企業(yè)的生產(chǎn)性能和操作水準(zhǔn)，特別是要針對當(dāng)前生產(chǎn)工藝的缺陷，對所需的設(shè)備進(jìn)行初步的分析與記錄反饋。其次，煤礦企業(yè)要認(rèn)真傾聽供應(yīng)商所提供的產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合以上分析的具體情況，做出相應(yīng)的產(chǎn)品分析。再次，在選定目標(biāo)設(shè)備的種類以后，要針對不同的產(chǎn)品，進(jìn)行深度分析，特別是要對設(shè)備的實(shí)際使用狀況進(jìn)行分級，考察設(shè)備的各類性能是否符合該礦井工作的標(biāo)準(zhǔn)。最后，要將數(shù)據(jù)儲存技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用到這些測試的每一個(gè)參數(shù)，并在設(shè)備使用的時(shí)候，挖掘出每一個(gè)分站的安裝數(shù)量之間的關(guān)系，從而降低安裝時(shí)的難度。

4.2 通信線路的最優(yōu)化設(shè)置

在通信線路布置時(shí)，要考慮到傳感器在日常使用和維修中的各種情況，如T0、T1 的傳感器必須隨著工作面的施工而不斷地向前延伸，有可能在活動(dòng)過程中導(dǎo)致傳感信號的中斷，而在配電硐室中的傳感器則是永久性的，若將工作面?zhèn)鞲衅髋c配電硐室的傳感器連接到同一條線路或一個(gè)分站口，那么在安裝工作面?zhèn)鞲衅鲿r(shí)，需要延伸的工作面?zhèn)鞲衅骶蜁?huì)對礦井配電硐室的傳感器的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

因此，在傳感器維修、延伸等方面，必須將傳感器的不同維護(hù)方式分開進(jìn)行、具體分析，并分別接入不同的接口，從而降低同一級別傳感器的失效影響。在掘進(jìn)工作面布設(shè)傳感器時(shí)，應(yīng)在同一條線路上設(shè)置長期固定的機(jī)電硐室監(jiān)測傳感器、風(fēng)機(jī)啟停監(jiān)測傳感器等。該方法可以保證在工作面上延展傳感器時(shí)，將發(fā)生故障的傳感器控制在要求延時(shí)的范圍之內(nèi)，不會(huì)引起其他傳感器的干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.3 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的日常養(yǎng)護(hù)內(nèi)容

4.3.1 傳感器的日常保養(yǎng)

除了對傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)之外，傳感器的維保應(yīng)著重于環(huán)境較差的地方，如空氣濕度大、粉塵濃度高、有淋水、噴霧或其他方面污染，以及在移動(dòng)裝置上的傳感器。在這些地方，傳感器經(jīng)常會(huì)發(fā)生生銹、氣體收集口阻塞、傳感器內(nèi)部的水汽凝結(jié)等問題。同時(shí)，要建立傳感器安裝臺賬，特別注意對催化原理型傳感器的工作狀態(tài)，在定期校準(zhǔn)中發(fā)現(xiàn)有很大偏差時(shí)，要及時(shí)更換，以防止傳感器催化元件老化損壞。如果在移動(dòng)設(shè)備上安裝傳感器，可能會(huì)因設(shè)備振動(dòng)而導(dǎo)致傳感器檢測元件、插頭等松動(dòng)，應(yīng)定期進(jìn)行檢測。

4.3.2 通信設(shè)備的日常維修

傳感器通信線路的日常維修，主要是對線路上有高濕度的地方進(jìn)行接線盒的檢查，由于施工原因而改變原有的布線，以及在采區(qū)內(nèi)移動(dòng)裝置上的電纜。由于井下溫度的改變，端子箱中易產(chǎn)生凝結(jié)水，導(dǎo)致端子腐蝕，芯線之間的絕緣下降，從而對纜線的供電電壓和信號的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。由于施工的需要，在纜線的排列方式發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)纜線斷裂、接線盒虛接等現(xiàn)象，巡監(jiān)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)纜線排列太緊，應(yīng)增設(shè)纜線間距以確保纜線的松馳。纜線安裝在支架上，由于支架的運(yùn)動(dòng)，很容易使纜線受到擠壓或纜線內(nèi)部的隱性疲勞破壞，要在支架運(yùn)動(dòng)的部位對纜線進(jìn)行安全保護(hù)，并定期進(jìn)行檢修。

4.3.3 檢查危險(xiǎn)來源

煤礦企業(yè)要對安全監(jiān)測體系進(jìn)行危險(xiǎn)因素的分析和排除。首先，根據(jù)精細(xì)化管理原理，安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作人員可以將其劃分為系統(tǒng)失效和人為失效，并在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的管理工作頁面，將相關(guān)的故障信息記錄起來，對不同的故障進(jìn)行分類。其次，針對系統(tǒng)的故障，利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)，對故障發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、嚴(yán)重程度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，并采用定量的方法進(jìn)行深入挖掘。再次，針對人為故障，技術(shù)人員應(yīng)優(yōu)化現(xiàn)有人力資源管理，建立班組維護(hù)體系，確保安全監(jiān)測工作的正常進(jìn)行。最后，針對網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)信號中斷和監(jiān)測數(shù)據(jù)超時(shí)的問題，要重點(diǎn)檢查主傳輸電纜的線路。

5 結(jié)束語

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)對保障礦井的安全、防止重大事故的發(fā)生起著舉足輕重的作用。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的維修部門在進(jìn)行系統(tǒng)的安裝與維修時(shí)，要對系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行全面了解，把握設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)，制訂重點(diǎn)維修內(nèi)容，做到準(zhǔn)確維護(hù)與監(jiān)控。