淮南矿业集团潘二矿潘四东井 安徽 淮南 232087
摘要：随着科学技术的进步，一些新技术、新设备已研制成功，可以有效地提高安全监控系统的有效性。之前，由于相关标准的制定工作相对落后，致使煤矿在使用安全监控方面存在诸多问题，不能较好发挥应有作用，甚至还存在较大安全隐患。为此国家局急需制定规范性标准，以指导煤矿正确使用维护安全监控系统和检测仪器，使系统和网络发挥作用。
关键词：煤矿；监控系统；升级改造
前言
安全监控系统是煤矿安全生产的重要保障系统，也是安全避险“六大系统”的重要组成部分，已纳入国家安全生产监督管理总局确定的安全生产“七大攻坚举措”。目前中国煤矿均已安装安全监控系统，为防范和减少煤矿重特大事故发挥了重要的监控、预警作用，但存在系统技术落后，稳定性、可靠性有待提高等问题。煤矿安全监控系统是涉及计算机、微处理、通信、传感等多学科的综合性系统，内容复杂，技术要求高，有必要对安全监控系统升级改造的关键技术进行研究
1.煤矿安全监控系统的组成
目前，国内外很多厂家都可以生产煤矿安全监控系统，但是系统本身都具有相同的技术特征以及结构组成，一般都是有传感器及执行设备、监控分站、信息传输设备和地面监控中心站四部分组成。
传感器及执行设备是系统的前端设备，它主要负责采集井下各种电气设备以及工作环境的参数，执行地面监控中心站以及各井下监控分站发来的控制命令，分布在井下所有需要监测监控的区域。
井下智能监控分站是系统的中间设备，起到接收和传输命令的作用。分站实时集中采集、存储、显示井下传感器采集到的设备数据和环境参数，并能将数据传输到地面监控中心站。监控分站还能接收地面监控中心站发送来的命令，执行对远方设备的启停操作。
信息传输是数据传送到井下智能监控分站和地面监控中心站的途径，它是有信号传输光缆以及通信控制器，按照规定的通信协议构成的，在系统中起到连接作用。
地面监控中心站是该系统的终端显示设备，实现井下环境参数和被监测设备工况的网络传输和资源共享，可以直接控制井下主要设备的启停操作。
2.煤矿安全监控系统关键技术
2.1电磁兼容技术
电磁兼容是指设备或系统在电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。煤矿安全监控系统中的设备信号都是本质安全弱电信号，不具备对外界骚扰的能力，且能在煤矿井下电磁环境中正常工作。抑制干扰的主要途径是切断干扰源，通常采用电气隔离、屏蔽、接地、滤波、端口防护技术，因此监控设备防护宜采用带屏蔽功能的金属外壳。煤矿安全监控系统设备如分站、传感器等一般设计为本质安全型。根据GB3836.4-2010要求，本质安全电路对电容、电感容量有限制，与滤除干扰需要大的电容、电感相矛盾，同时本质安全电路接线端子与外壳需承受500V交流耐压，绝缘电阻不小于１０ＭΩ。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这些特殊要求使得本质安全电路必须通过Y电容隔离接地，对地释放干扰信号，影响干扰抑制效果，因此本质安全设备抗干扰等级要小于地面设备。
2.2新型数字传感技术
导致传感器性能不稳定的主要因素为传感技术落后。激光甲烷传感器采用可调谐半导体激光光谱技术，其基于半导体激光器的波长可调谐特点，通过输出电流的变化控制波长在气体吸收峰附近扫描，以获得待测气体的特征吸收光谱，从而实现气体测量。激光甲烷传感器不受其他气体的影响，适用于粉尘大、潮湿等恶劣环境，具有测量范围宽、响应速度快、长期免标校等特点。传感器信号通过RS485、CAN总线进行数字传输，还可传输传感器诊断及调校数据。传感器防护等级提升至IP65，防爆型式提高到ia，满足工作面0区对本质安全设备的要求。传感器设计有软启动抗干扰电源模块，可在长距离传输条件下稳定工作。传感器内置唯一ID，便于产品溯源和跟踪；结构设计采用二次仪表＋微型变送器形式，在煤矿进行运维工作时仅需更换微型变送器即可。
3.按照新标升级改造所达到的要求
3.1 数字化
在分站至中心站数字化传输的技术上，将模拟量传感器、执行器至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化。
3.2 增强抗电磁干扰能力
安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；3级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口1级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。
3.3 提升传感器的防护等级
传感器在用的只更新电路板或更新程序的按原有IP54执行，后期按要求1年后新采购的传感器的防护等级由IP54提升到IP65。
3.4 完善报警、断电等控制功能
根据巷道布置及甲烷排放关系的内在逻辑设置报警值，规范了瓦斯、一氧化碳、温度等各种传感器的安装，维护以及正常使用。在特定的逻辑关系下可以根据煤矿的实际情况来设定。
3.5 图形功能
可通过Web方式的GIS图形显示系统中各类实时动态数据及设备状态数据，并通过图中的右键菜单快捷查看指定设备的开停统计、故障统计等。
3.6 增加自诊断、自评估功能
新规程下的系统的定期自我诊断和自我评估功能可以用于提前发现系统的问题。系统的自诊断功能至少应包含：提供定义的传感器和控制器；传感器，控制器，电源箱和通讯网络仿真状态；模拟传感器保养提醒定期调校，中心站软件自诊断，包括主备机的双机切换，数据存储。
3.7 应急联动
实现多系统的安全联动，在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，能够自动化通过IP语音扩播，井下通讯系统等系统实现应急救援。
4.煤矿安全监测监控系统技术改造的方法途径
4.1实现全数字化
系统通过在各分站至中心站数字化传输的技术上，将一部分模拟视频信号经过网络硬盘录像机编码转换成可以进行网络传输的数字视频信号，使各类传感器、执行器至各分站升级为数字传输，实现安全监控系统的全数字化，更能清晰监控分析各类数据参数的安全、可靠性。
4.2实现自动断电、报警功能
改变现有的单CPU处理模式，改为多CPU处理模式，或多核CPU，缩短传感器脉冲计数周期，对井下传输的各类数据，用计算机进行比较分析处理。当井下监控设备发出声光报警时，提醒维修作业人员及时检修并做好撤离准备，抑制各类事故的发生或再扩大。还可根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别（响度或频度），实施分级响应。
4.3提高传感器的防护能力
将被测的物理量转换成便于传输和处理的电信号，经传输和测控分站连接，为测控分站提供信息。通过将井下监控仪更换成新的具有FSK传输形式的监控仪，具有串行码传输的各类传感器，能够提高系统传输的准确性、可靠性、高浓度甲烷冲击能力等。
4.4实现系统自诊断、自评估功能
严格按照最新版《煤矿安全规程》标准，正确设置传感器、控制器等设备，确保设备及通信网络工作状态良好，定期维护和校验各类传感器，传感器一般在10天内校验一次。中心站软件具有自诊断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况。能够显示各种设备的故障类型、位置、传感器等设备及通信网络的工作状态。通过Modem或GPRS网络进行远程故障诊断，并根据情况进行修复或提供最新软件的在线升级。在瓦斯超限、断电需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
结束语
总之，随着我国计算机硬件和软件技术的发展，微机的处理速度、存储能力和软件的功能也在不断地更新。计算机技术的发展不仅提高了煤矿安全生产监测系统的处理能力，还提高了系统的通用性、易操作性，使煤矿安全生产监测系统与其他系统的可接入性和互操作性得到了大大提升。煤矿安全监控系统的运用能够满足当前矿井安全生产的需要，进一步提高了矿井预防灾害的能力，为安全生产提供了有效的保障。
参考文献
[1]史勋勋.煤矿安全监控系统升级改造及关键技术研究[J].工程技术:全文版:00067-00067.
[2]张艺,林壮.煤矿安全监控系统的升级改造分析[J].工业设计, 2017(1):173-174.
论文作者:沈明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/6
标签：传感器论文; 监控系统论文; 井下论文; 系统论文; 设备论文; 煤矿安全论文; 分站论文; 《防护工程》2017年第14期论文;