摘要：煤矿监测监控系统是煤矿企业确保安全生产、高产高效的利器，同时在防灾、减灾和隐患排查等诸多方面都扮演着重要的角色。我们在实际应用中应不断地总结经验教训、不断摸索方式方法来完善它的功能，使其在煤炭企业实际生产中发挥更为重要的作用。
关键词：煤矿监测系统；问题；改造
引言
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。
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、SO2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。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风电闭锁实施隐患问题
风电闭锁是指当掘进工作面的局部通风机电源停止运转后，能及时切断掘进工作面内全部非本质安全型电气设备的电源，防止停风后瓦斯聚积，电气产生电火花引爆瓦斯。现有的瓦斯监控系统大多都使用局扇的开停状态参数来控制掘进工作工作面的电源开关，从而实现风电闭锁。虽然这样实现风电闭锁是符合定义的，但因为某些矿井在使用中会忽略局扇在正常工作时风筒的状态。例如局扇在正常运转但风筒断裂或漏风时同样会导致工作面风弱或停风，这也是一种安全隐患。
1.4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。
1.5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CH4、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。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。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《煤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总展示，如图1所示；另一方面可利用现有电缆，对分站进行更换，分站实现多种系统数据共享共同传输功能，如图2所示，图2中分站留设了Zigbee、WiFi、RFID多种无线通讯接口，可以有效实现新设备的接入组网，使系统方便进行扩展。
图1多系统数据软件融合图
图2多系统数据分站融合图
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。
结束语
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，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。
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论文作者:苏红义,郎鑫
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/18
标签：传感器论文; 监控系统论文; 数据论文; 矿井论文; 监测系统论文; 井下论文; 作业论文; 《防护工程》2017年第35期论文;