煤矿安全监测监控技术现状及发展浅析

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摘要：煤炭资源地下开采存在着一些安全隐患，为了尽可能地降低地下开采带来的危害，煤矿企业采用了安全监测监控技术。通过对煤矿井下一些重要的物理量进行监测，实现了对矿山灾害的预防和预报。介绍了中国煤矿安全监测监控技术的现状及存在的问题，探讨了煤矿安全监测监控技术未来的发展趋势，可以为煤矿安全监测监控技术的应用提供一定的参考。

关键词：煤矿安全；监测监控技术；智能化；发展趋势

煤炭是中国重要的工业燃料，多是在地下开采，露天开采量很少。由于中国煤层多经历过地质构造运动，煤层赋存条件极其复杂，在开采过程中各种灾害频发。在煤矿各种灾害中，瓦斯灾害较为严重。为了实现更安全的开采，应该对煤矿井下的危险状况进行监测，实现灾害的预防和预报。随着科学技术的发展，一些监测监控技术被应用到煤矿安全生产中，极大地保证了煤矿的开采，例如瓦斯浓度在线监测技术、矿山压力实时监测技术等[1-3]。然而，煤矿井下安全生产具有一定的复杂性，现有的监测监控技术也具有一定的复杂性，因此还需要对现有的技术进行改进。

1煤矿安全监测监控技术的重要性

在煤矿井下开采时，一旦发生安全事故，轻则造成重大财产损失，重则导致人员伤亡。中国煤层赋存条件极其复杂，主要体现在煤层极不稳定、煤层渗透率低、瓦斯抽采极为困难等方面。经过大量的煤矿事故统计，可以发现造成事故的主要原因有以下几个方面：a)煤矿瓦斯超限，引发瓦斯中毒或瓦斯爆炸；b)一些通风系统难以快速有效地降低粉尘及有毒有害气体的浓度；c)设备监管不力，发生故障后引发严重的后果；d)人员违规操作，不能进行有效的管理。为此，非常有必要在煤矿生产过程中采用安全监测监控技术。该技术的重要性主要体现在三方面：a)对机械设备和电气设备的运行状况进行监测，一旦发生危险情况，则应该立即警报；b)对生产环境进行监测，主要监测井下有害气体的浓度和巷道的变形状况，从而保证整个生产环境的安全性；c)对井下人员的行为进行监控，杜绝违规操作行为，避免因人为因素引发煤矿安全事故。无论是从长远发展来看，还是从短期发展来看，构建煤矿安全监测监控系统都是十分必要的。

2煤矿安全监测监控技术现状及存在问题

2.1煤矿安全监测监控系统现状分析

经过多年的发展，煤矿安全监测监控系统主要可以分为两类，分别是参数化监测监控系统和视频监测监控系统[4-5]。参数化监测监控系统主要是通过采集煤矿生产中的一些参数并形成实时曲线，一旦发生异常情况，就可以报警，其结构如图1所示。例如：在煤矿生产过程中，通过安装在巷道上方的CO传感器和H4传感器，对风流中两种气体的浓度进行实时在线监测；通过安装在机电设备上的各种传感器对设备的运行状态进行监测，主要包括功率、温度、转速及振动情况等。这种系统从一些参数出发，对生产过程中的安全情况进行监测，其主要依赖于安装在井下巷道或设备上的传感器。经过多年的发展，这种监控系统已经非常成熟，而且安装起来十分方便，其中典型的就是KJ系列的安全监控系统，例如KJ73型、KJ169型。实际上，可以根据煤矿的需要选择合适的扩展模块，而且整体成本相对较低。所谓的“视频监测监控系统”，就是通过采集现场视频来实现对煤矿安全的监测监控。这种系统获取的是现场的画面，并没有特定的参数，其结构相对比较简单，如图2所示。由图2可以发现，这种监控系统主要是由各种类型的摄像机、交换机及显示器组成。与参数化监测监控系统相比，这种系统能更直观地观测到现场的一些真实情况，而且监测的范围比较广，主要用于监测工人行为、巷道变形，服务于煤矿灾害的救援。在早期，视频监测监控系统主要采用模拟信号传输，即闭路电视，不仅成像清晰度低，而且画面不稳定，不利于在井下大面积应用。随着数字信号技术的发展，目前视频监测监控系统主要采用数字信号传输，不仅传输的延时短，而且传输的画面更加稳定，很少出现画面抖动的情况，很适合在煤井下大面积使用。视频监测监控系统最的优点在于可以捕捉到一些灾害的出现过程，利于进行事故分析；可以监测工人的行为，一旦发现危险操作，可以在地面上通过传呼机制止。此外，随着5G技术的出现，视频监测监控系统将会得到更好的发展，这是因为5G技术不仅传输能力强，而且抗干扰能力也强，非常适用于煤矿井下的安全监测。

2.2煤矿安全监测监控存在问题分析

目前，虽然很多煤矿已经或正在应用煤矿安全监测监控系统，但是，该系统仍存在许多问题亟需解决，主要包括以下几个方面：a)电子设备的可靠性受到挑战。煤矿井下具有较强的电磁辐射，虽然一些设备已经做了一定的防电磁干扰处理，但在相对密闭的环境中设备发热非常严重。b)整个系统的运行维护非常不便。系统在构建时应用了很多信息化技术，在维护时需要信息化方面的人才，然而煤炭行业这方面的人才相对较少，一旦系统出现故障，则需通知厂家来维修。c)监控系统的联动能力比较差。各个传感器之间采用的通信协议存在一定的差异，这导致很难实现各个传感器之间的数据交换，即使成功进行数据交换，也需要大量的转换设备。d)信息传输的速度不能满足日益增长的需要。虽然煤矿在信息传输时采用了大容量的光纤，但是在光纤传输时需要实时铺设大量的线路，整体工程量巨大。若采用无线传输，则需要建立大量的基站。e)矿山的电气防爆设备不兼容。现有监控系统的通信协议彼此不兼容，产品之间缺乏兼容性、集成性和操作性；系统功能不可扩展，可维护性不高。

3煤矿安全监测监控技术发展方向

在未来，煤矿安全监测监控技术应该朝着智能化、规范化和标准化的方向发展。

3.1智能化

随着人工智能时代的到来，煤炭行业也要顺应潮流实现智能化。与目前的自动化技术相比，智能化技术将更加高级，可以满足更多的需求。目前，煤矿安全监测监控系统的主要作用是对安全生产状况进行监测，对生产的控制还很少，例如瓦斯超限时工作面的电源被切断就是一种生产控制。在未来，系统不仅要用于监控，还要广泛用于控制煤矿生产。目前的智能化开采技术就是基于现有的监测监控系统开发的一种特殊系统，如图3所示。构建智能化监测监控系统是实现煤矿智能化开采的前提，这是因为在生产控制过程中需要用到一些控制信号，而这些信号可以通过监测监控系统中的传感器获得。为了应用监测监控系统对煤矿生产进行控制，需要对目前的系统进行升级，安装更多的控制元件。这些控制元件需要根据现场的需要安装，且需要经过大量的现场实践积累经验。

3.2规范化和标准化

为了促进煤矿安全监测监控系统的发展，应该实现系统的规范化和标准化。目前，一些厂商在制造设备或设计软件时采用自己定制的通信协议，这导致在使用过程中设备的通信困难，不兼容问题十分突出。为此，国家应该出台相关标准，以促进煤矿监测监控系统的硬件和软件朝着兼容性方向发展。与此同时，由于社会分工越来越细，标准化接口和通信协议应该成为一种共识。监测监控系统不应再是厂商单独开发，而是由煤矿工程师、专家共同开发，这样有助于提高监测监控系统的适用性和性能。随着科技的不断发展，数据存储基础设施平台将由网络相互连接，构建计算机资源库统一管理，转变为根据用户实际需求提供远程服务的云计算。在云计算环境下，一台服务器的应用模式被打破，数据实现集中管理，方便监管，确保数据的有效性，以实现高可用性。

4结语

为了保证煤矿的安全生产，应该应用煤矿安全监测监控技术。目前，煤矿安全监测监控系统主要可以分为两类，分别是参数化监测监控系统和视频监测监控系统。参数化监测监控系统主要是通过采集煤矿生产中的一些参数并形成实时曲线，一旦发生异常情况，就可以报警；视频监测监控系统是通过采集现场视频来实现对煤矿安全的监测监控。未来煤矿安全监测监控技术应该朝着智能化、规范化和标准化的方向发展。

参考文献：

［1］刘凯.煤矿安全监测监控技术现状及发展趋势［J］.当代化工研究，2021(19)：7-8.

［2］魏志可.煤矿安全监测监控技术现状及发展趋势［J］.矿业装备，2021(4)：106-107.

［3］刘媛媛.煤矿安全监控系统技术现状及智能化发展趋势［J］.矿业安全与环保，2021，48(4)：104-108.

［4］郝崇威.煤矿安全监测监控技术现状及发展趋势［J］.石化技术，2020，27(6)：314-315.

［5］于林.煤矿安全监测监控系统的应用现状和发展趋势［J］.内蒙古煤炭经济，2020(6)：136.

作者:续继俊 单位:山西介休义棠青云煤业有限公司