煤矿安全监控系统升级改造问题及对策

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摘要：简要介绍了煤矿安全监控系统的重要性，围绕中心站、信息传输装置、传感器和执行器等设备阐述了该系统在井下的应用，分析了系统的主要功能，对目前煤矿安全监控系统升级改造期间存在的问题进行了总结，并提出了解决对策。

关键词：安全监控；传感器；执行器；中心站

随着国家对煤炭行业安全问题的重视，煤矿安全监控系统在煤矿生产中得到了广泛使用，形成了成熟的井上井下畅通的信息交流通道和可靠的安全预警机制。这不仅可及时准确地提供信息以指挥生产，预防事故发生，又能及时查看各种安全生产及设备运行的信息，形成一个安全、生产、调度和管理的网络系统。本文对安全监控系统在煤矿井下的应用进行简要介绍，并对当前安全监控系统升级改造过程中存在的问题进行剖析并提出相应解决对策。

1煤矿安全监控系统的重要性

煤矿井下作业中存在瓦斯、煤尘、水灾、火灾和顶板事故等隐患，特别是瓦斯、火灾事故，一旦发生，会给矿井造成重大的经济损失和人员伤亡。为贯彻落实“先抽后采、以风定产、监测监控”的瓦斯治理方针，国家行业标准、地方法规明确要求煤矿井下都必须安装、使用安全监控系统，主要用来监测井下CH4，CO等的浓度，温度、风速等环境参数及风门、馈电、风机开停等设备状态，并实现声光报警、风电闭锁、瓦斯电闭锁控制等功能。该系统实现了对井下瓦斯、CO等有害气体的实时监测报警以及对设备运行状态的实时监测与控制，大大减少了煤矿瓦斯、火灾事故的发生，在煤矿“一通三防”、机电设备等安全生产管理中具有不可替代的作用。

2煤矿安全监控系统的构成

安全监控技术是由电子技术、信息传输技术、物理（化学）式传感器技术等多领域结合的新技术，主要通过监控软件管理系统实现相关数据的快速准确获取，为管理者决策提供基础数据，有效避免由缺少基础数据、数据不准确、数据滞后等原因造成的决策失误给煤矿带来经济与财产损失。煤矿安全监控系统一般由中心站、信息传输装置、传感器和执行器三部分组成[1]。

2.1中心站

中心站一般设在矿井调度信息中心机房，其防火、防雷、抗干扰等安全设施必须齐全有效，确保中心站具有良好的运行环境。中心站由数据采集服务器、环网交换机、核心交换机、硬件防火墙、UPS（不间断电源）、打印机等主要硬件设备组成。数据采集采用2台服务器组成双机热备，其中一台运行，一台热备。2台服务器通过“心跳线”或双机软件实现一台服务器出现故障后，热备服务器在5min内自动投入使用，以确保对井下的监测控制连续不断。矿井调度室设监控系统客户端，设专人24h不间断值机，通过局域网实现与中心站的数据互通，并具有显示、控制权限，确保调度指挥中心能快速、及时、准确地掌握井下信息，为日常安全管理、灾变处理等准确决策提供可靠技术依据。

2.2信息传输装置

地面交换机、井下交换机、光纤、监控分站、信号电缆等设备组成了煤矿安全监控系统信息传输通道。信息通过分时多路复用技术传输，使监控中心服务器、监控分站、传感器、执行器之间进行信息沟通。在地面设置1台交换机，监控专用光纤从不同井筒铺设至井下交换机，组成光纤环形网络，确保光纤中任意一处断开后，不会影响到数据传输。交换机一般设置在中央变电所、采区变电所，安装数量应根据监测地点数量及距离确定。交换机至分站采用工业以太网进行信号传输，也可采用RS485，CAN，LonWorks，Profibus等方式实现数字化传输。根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》新要求，传感器至分站传输采用工业以太网、RS485及CAN的数字化传输方式，以增强抗电磁干扰能力[2]。

2.3传感器和执行器

传感器和执行器是煤矿安全监控系统终端设备。传感器监测数据的准确性、精度、稳定性等直接影响数据的分析及处理结果，而执行器是对监控系统数据分析处理结果的执行单元，承载着断电控制、声光报警等功能。因此，传感器和执行器的安装、使用、维护必须符合AQ1029—2019《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》标准要求。传感器分为模拟量传感器和开停量传感器。模拟量传感器监测连续变化的物理量，如甲烷传感器、一氧化碳传感器、温度传感器等；开停量传感器监测“开”“停”两态，如局扇开停传感器、馈电传感器等。传感器信号传输方式主要分为频率型、数字型（RS485型）2种。频率型传感器抗干扰能力差，与数字型传感器混用易造成误报警，目前，新型数字型传感器已解决原频率型信号传输存在的问题。但不管是哪种类型的传感器都必须按照相关规定进行定期校准，这样方可确保传感器测值准确、运行稳定。执行器包括声光报警器、断电器等设备，主要是执行监控系统或分站下达命令的控制单元。断电器安装在监控分站与被控设备开关之间，是接收分站命令实现断电的关键设备，因此必须定期对断电器进行测试，确保断电可靠。

3煤矿安全监控系统的主要功能

3.1软件功能

监控系统必须具有数据采集、手动遥控断电、超限报警、超限断电、复电、数据存储、数据查询、数据上传、显示打印、双机切换等功能，并具有操作权限管理和操作记录等功能。数据必须每3个月进行1次备份，备份数据介质保存时间不少于2a，以备发生事故后进行追查、分析，提高对煤矿的监管能力。

3.2三闭锁功能

煤矿安全监控系统必须实现“三闭锁”功能，即甲烷电闭锁、风电闭锁、故障闭锁。a)通过正确设置甲烷传感器的报警值、断电值、复电值，实现CH4超过设定值后进行现场报警、分站报警、监控中心站报警，通过本地分站或中心站系统控制断电器动作，实现断电功能；b)通过监测风筒传感器、局扇开停传感器开停状态，判断是否停风，从而控制停风影响范围内的断电，防止停风后继续作业造成瓦斯超限及次生事故的发生；c)系统通过判断监控设备是否处于故障状态，来对影响区域电气开关实施闭锁控制，以防传感器故障期间瓦斯浓度超限后造成瓦斯事故；d)甲烷风电闭锁控制则是在风电闭锁与甲烷电闭锁内容基础上，增加了组合逻辑控制，即把“巷道内CH4体积分数是否大于3%、巷道是否停风”作为共同条件，对局部通风机开关进行有别于常规控制的闭锁控制。为确保断电、闭锁功能可靠，要求对风电闭锁、甲烷电闭锁功能必须每15d至少测试1次，对可能造成局扇停电的，每0.5a至少测试1次。

4系统升级改造中的问题及其解决对策

煤矿安全监控系统可由原来单一的监测监控向综合自动化方向发展。目前很多型号系统已和主扇参数监测、抽采泵站监测、瓦斯抽采管路在线监测等子系统关联，数据融入矿井安全监控系统进行数据监测、分析、处理。在落实国家局推行的《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》过程中存在不少问题，需进一步探讨解决[3]。

4.1存在的问题

4.1.1新系统平台缺少规范支持尽管国家煤矿安监局下发了《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》及《煤矿安全监控系统升级改造验收规范》，并积极推进煤矿安全监控系统升级改造及验收工作，但缺少多系统融合、数据应用分析、自诊断自评估、瓦斯涌出预警、火灾预警等方面的具体规范，监控功能不尽相同，功能深入程度无法规范，因此无法保证后续使用的效果。

4.1.2通信协议不规范系统融合难度大由于现有生产厂家的监控系统、人员定位系统、应急广播系统的通信协议均互不兼容，虽然有统一的《煤矿感知数据采集规范（试行）》，但是从目前情况来看，执行力不够，从而造成不同厂家的设备采集数据无法直接兼容、共享，必须由相关厂家进行协议对接、数据转换，造成转换数据时稳定性不高、增加额外对接费用、受制于人的问题，而且增加了矿井单位的使用运营成本。

4.1.3系统自诊断数据应用分析功能有待加强作为管理维护监控系统的辅助手段，部分安全监控系统只能对系统的通讯状况进行诊断，不能详细判断故障的性质和故障点，而实际工作中要求能判断出分站、传感器与电缆故障、报警、短路报警、干扰误报警与真实超限之间的区别，为维护人员提供故障的类型和方位，以便于迅速处理故障。

4.2问题的解决对策

煤矿安全监控系统已逐渐深入到人员定位、应急广播、供电控制等相关领域，但如果不解决以上问题，多系统融合不但推进难度较大、兼容性不确定，而且存在很大的局限性。只有国家或行业出台相应强制执行标准，才能更好地应用煤矿安全监控系统。a)制订符合标准的通用通信协议、硬件传输接口标准，并强制执行；b)尽快制订系统自诊断自评估、数据应用分析、多系统融合等方面的规范，细化内容、明确实现效果等，解决系统升级改造与规范不同步、脱节现象；c)尽快完成煤矿安全监控系统升级改造，杜绝由频率信号传输缺陷造成的误报警，提高系统的稳定性、易用性及抗电磁干扰能力。

5结语

煤矿安全监控系统作为煤矿安全生产的有利保障，对于保障作业人员生命安全，实现矿井经济效益与社会效益双赢具有重大的意义。煤矿管理人员应组织专业力量针对煤矿安全监控系统进行深入检查，找出存在的问题和隐患，有针对性地进行升级改造，通过加强各煤矿企业的联合协作与交流，积极探索现有系统存在的不足并加以优化改进，在提升系统功效的同时保证系统的稳定性和耐用性，从而为矿井安全生产奠定基础。

参考文献：

［1］林键飞.浅析煤矿安全监测监控系统在井下的应用［J］.江西建材，2016(19)：211．

［2］国家煤矿安监局.煤矿安全监控系统升级改造技术方案［A］.2016-12-30.

［3］李继林.煤矿安全监控系统的现状与发展趋势［J］.煤炭技术，2008(11)：3-5.

作者：杨威 单位：霍州煤电集团有限责任公司