煤矿监测监控系统存在的问题及改造研究

煤矿监测监控系统存在的问题及改造研究

马良江

新疆焦煤集团1930煤矿新疆乌鲁木齐830025

摘要：分析中国现有的煤矿安全监控系统在使用中存在的问题及产生原因，并阐述改造升级的关键环节，分析融合模型，探讨新安全监测监控系统的数据融合、利用分析和综合多样化控制的特征。

关键词：监控系统；使用问题；改造升级；发展趋势

引言

煤矿安全监控系统作为煤矿生产的六大系统之一，一方面有效提升了煤矿的安全生产管理水平，另一方面也为实现矿井安全生产提供了有力的数据支持。近年，中国对煤矿的安全性重视程度日益提升，中国安全生产部门也制定了比较详细的技术及管理规定，但是仍然存在安全监控系统的监控与实际情况和标准要求不相符的情况。因此，需要对目前煤矿安全监控系统存在的问题进行深入分析，同时结合嫌矿安全监控系统升级改造技术方案》要求【11，对矿井的安全监控系统进行升级改造，提升安全监控的可靠性和有效性，并为将来进一步的多系统融合、数据分析乃至智慧型矿山打下基础。

1煤矿安全监控系统使用中存在的问题

1，1载体催化元件传感器易受影响煤矿井下作业环境比较差，产生的粉尘多，入井设备需要有比地面更高水平的防护级别，同时井下部分地点还会因作业而产生H2S、SO：等有毒有害气体。这些气体及粉尘会引起监控设备零部件出现中毒、腐蚀或电路故障等情况，使传感器在井下工作时出现不可靠性的概率增加。当传感器催化元件被水汽、油污等液体封堵，或传感器受到猛烈撞击时，传感器检测输出的数值会与现场真实数值产生较大偏差。当前普遍采用的载体催化传感技术成本虽低，但性能较落后，在工作过程中会出现不稳定、零点漂移的情况，同时传感器在进行测量工作时，所处通风环境还会对传感器测量造成一定影响，进一步降低了传感器测量的准确度。

1．2监控设备抗干扰能力需要加强由于日常开展井下作业时，作业空间环境比较狭小，一些强电场及磁场干扰源会对传感器造成比较严重的影响，这使得传感器不能正常工作[21。传感器的输出信号一般比较微弱（mV、mA级别），而井下的大功率、大耗能设备很多，特别是大功率感性负载的启停往往会产生几百伏甚至几千伏的尖脉冲干扰，同时井下监控系统的信号电缆与交流动力电缆往往与长巷道同走向敷设布置，会出现搭接共钩现象，如果信号电缆的屏蔽处理不到位，就会出现干扰情况。总体而言，监控信号的传输过程中信号的抗干扰能力比较弱。

1．3监测传感器无法全覆盖作业环境煤矿井下现场作业环境复杂，一方面对于环境参数的监测只是重点关注于CH。和CO气体，而日常有毒有害气体的检查还包括NO：（经常由放炮后产生）、SO：（煤层自生或放炮产生）、H2s（煤层自生）和NH，，另一方面对于CH。气体的监测也只是基于离散点监测，规程只对通用重点区域进行了规定，其他日常作业地点未体现，未能实现关键区域环境气体的全部覆盖。

1．4监测设备整体智能化较低当前安装的大多数传感器，一台只能监测到一种气体参数或设备运行参数，采集数据信息单一，对传感器自身的运行状况、完好情况无法做出自诊断，需要人工日常维护判断；同时，与分站的连接多靠电缆连接，无法自组网，由于井下环境复杂造成布线受空间限制严重，各个传感器之间无法相互连接通讯；同时，现场作业人员获取传感器的数据只能靠观察和声光信号判断，现场交互能力弱导致安全保障能力低。

1．5标准规范不完善不兼容当前，矿井所用的监测系统分为许多类，例如安全监测系统、产量监测系统、人员位置监测系统、工业电视监控系统、产量监测系统、主通风机在线监测系统、瓦斯抽采监测系统、煤与瓦斯突出预警系统、火灾束管监测系统、供电监控系统等，各个系统之间兼容性差，通讯格式冗繁，且各厂家互不兼容，由于与上级单位传输数据时的不兼容，造成现场多种设备重复安装，更制约了进一步的数据融合工作。

1．6现有数据利用率低由于开采煤层的多样性和矿井井下现场的复杂性，历史监测数据的保存和分析可以有效指导今后的生产作业情况，但实际情况是数据仅仅用作当前作业情况的分析，之后仅作为一种安全监管的手段，不再有其他用途。各种设备的运行参数、通风环境参数等未能有效与采掘作业、机电设备管理、通风瓦斯治理关联，不能有效指导现场作业和设备检修维护工作。

2煤矿安全监控系统改造升级技术及发展趋势

2．1应用新型传感器并研发低成本多参数新型传感器由于现在普遍使用的载体催化甲烷传感器存在不能监测高浓度CH。、调校周期短、传感元件寿命短、催化元件容易中毒等缺点。因此，要在目前的监控系统改造升级中推广使用光谱类传感器，如红外甲烷传感器、激光甲烷传感器和开放气室可调谐半导体激光吸收光谱气体传感器等[31。以激光类传感技术为例，半导体激光器的波长可调谐，通过调节电流量，使其变化输出，采用变化输出电流的方式能有效将波长控制在气体吸收附近，并完成相应的扫描工作，当气体将光谱充分吸收时，就能对气体进行有效测量【4】。同时研发新型可靠的传感器，可以做到监测参数多样化，自诊断、自校正，提高监测数据的可靠性和稳定性。

2．2增强抗电磁干扰能力由于煤矿井下新的大型电气设备和大功率元器件的使用，弱电设备尤其是监控设备经常会受到强电磁的干扰，导致系统数据出错或影响分站，因此一方面要按照艨矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求，采用通过抗干扰（EMC）技术设计的新设备；另一方面需要计算与大功率频繁启动设备之间的可靠距离，并在现场安装时确保二者远离。

2．3推广实现多系统数据综合平台并实现多传感器多系统数据融合当前各类监测系统相互独立，功能单一，而各类系统的最终目的是监测现场环境参数和设备参数，确保矿井安全并提供可供参考的决策依据，因此，多系统数据融合是必然趋势。在改造升级期间，一方面可以将各类监控信息在地面中心站进行汇总，在软件层面通过系统融合软件用将获得的各类监测数据进行汇

2．4加强系统标准化多系统兼容和大数据分析应用随着改造升级方案的实施，接口逐步标准化、通讯协议也将统一，监控系统的终端采集设备、系统软件和平台将相互兼容，因此，为进一步的数据集中管理和分析提供了基础。井下环境参数、设备运行参数、和人员位置数据高度耦合，这些数据越多，对于现场安全的把控程度越高，对灾害预警预报也就越准确。这些大数据的分析应用将使监测监控系统的被动观察式转变为主动预警式，从而在灾害即将发生时提醒工作人员快速撤离危险区域。

3结语

由于煤矿井下现场作业环境复杂，对监控设备的要求就会更高，同时也会制约矿井信息化的发展。但实现矿井综合自动化、信息化，实现智慧化矿井的建设。监控系统的改造升级是其中必不可少的关键环节。在改造升级过程中，传感器的智能化发展、大数据的采集和利用是实现智慧化发展的关键因素，而对各类数据的采集、建模、分析和安全预警还需要众多经验丰富的专家参与。随着科技的发展，实现全矿井的环境、设备和人员相关数据采集，并将数据融合、利用分析、综合多样化控制是新一代安全监测监控系统的发展的趋势。

参考文献：

[1]汪丛笑．煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究[J]．工矿自动化，2017（2）：1-6．

[2]郭江涛．煤矿安全监控系统现状及发展趋势[J]I煤矿机械，2017（31：1-3．

[3]孙继平．煤矿信息化自动化新技术与发展[J]．煤炭科学技术，2016（1）：19—23．

[4]吕明．用于煤矿井下监控的信号传输系统设计与实现[D]．新乡：河南师范大学，2015．

[5]乔钢柱．基于无线传感器网络的煤矿安全综合监控系统设计与关键技术研究[D]．兰州：兰州理工大学，2012．