關(guān)于王坪煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計研究

高天元

（同煤集團(tuán)朔州朔煤王坪煤電公司，山西 朔州 038300）

在煤礦的運營過程中，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不僅需要實時監(jiān)測煤礦的運行狀況，更需要對頂板、水災(zāi)、瓦斯等事故進(jìn)行預(yù)測，有效地避免事故的發(fā)生或者降低事故的損失。但是當(dāng)前王坪煤礦現(xiàn)行的監(jiān)測系統(tǒng)卻無法準(zhǔn)確地獲悉這些關(guān)鍵信息，存在大量的問題。在新時代的背景之下，為了從根本上為企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航，提高企業(yè)的競爭力，傳統(tǒng)煤炭能源企業(yè)的安全監(jiān)控系統(tǒng)急需進(jìn)行新的應(yīng)用轉(zhuǎn)型升級，設(shè)計新型的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)迫在眉睫。

1 王坪煤礦監(jiān)控系統(tǒng)存在問題

同煤集團(tuán)朔州煤電王坪煤電公司井田位于山西省朔州市懷仁縣西南30km 處，行政隸屬懷仁縣新家園鎮(zhèn)管轄。該礦公路交通四通八達(dá)，生產(chǎn)規(guī)模180 萬t/a。安全生產(chǎn)為該礦一致認(rèn)同的目標(biāo)，為了盡可能地避免安全問題的出現(xiàn)，煤礦采用了安全監(jiān)控系統(tǒng)。該礦所采用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)雖然可以對地下礦井中種種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、上傳以及分析，有效地降低了災(zāi)害以及毒氣對井下工作產(chǎn)生威脅的可能性，但目前仍存在一些問題：

（1）存在的干擾強。井下工作，空間有限，電場、磁場對傳感器影響較大。監(jiān)控設(shè)備抗干擾能力不強，傳輸信號較弱，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能及時上傳至系統(tǒng)。

（2）效率低。監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)使用傳感器收集參數(shù)，數(shù)據(jù)需要經(jīng)過井下分站傳輸至地上主機(jī)，如此一來有效數(shù)據(jù)不足20%，這將會對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性造成影響。

（3）利用率低。采集的大多數(shù)數(shù)據(jù)沒有得到很好的利用，無法實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效分析。

（4）系統(tǒng)硬件老舊。管理工作開展較慢，設(shè)備升級慢，這種問題存在于我國目前大多數(shù)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中。

（5）人員的專業(yè)化程度不高。煤礦信息監(jiān)控系統(tǒng)是一種專業(yè)的管理操作，需要一定的知識水平才能發(fā)揮其最大價值。但是，在各種因素的影響下，員工的業(yè)務(wù)水平很不平衡。

綜上所述，造成系統(tǒng)工作效率不高的最主要因素可以歸結(jié)為：采集數(shù)據(jù)不及時，對關(guān)鍵影響因子的分析不到位，造成采集數(shù)據(jù)體量龐大但分析效果不佳，分析完問題后指令下達(dá)過程繁瑣。因此，針對于該礦的現(xiàn)狀，提出了一套新型安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案。

2 新型安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)工作流程

新的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)首先應(yīng)該分析國內(nèi)外已發(fā)生的煤礦事故的原因，找出造成事故的關(guān)鍵因素，對其進(jìn)行準(zhǔn)確的實時檢測。如造成瓦斯事故的主要因素是井下一氧化碳、甲烷等含量的超標(biāo)，所以需要將已有的設(shè)備進(jìn)行更新，選擇新型的傳感器來保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)不僅需要大數(shù)據(jù)的加持，其對設(shè)備以及信息傳輸?shù)姆绞降确矫嬉蔡岢隽烁叩囊?，該系統(tǒng)的搭建是一個行業(yè)綜合實力的體現(xiàn)。該礦設(shè)計的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的硬件組成如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成圖

將收集的各煤礦安全參數(shù)，集中至該礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)庫中，并將大數(shù)據(jù)庫備份至各個分系統(tǒng)的監(jiān)控分站中。為了實現(xiàn)信號的實時性，將圖1 中各環(huán)節(jié)通過光纖進(jìn)行聯(lián)接。其系統(tǒng)的具體工作過程是：井下傳感器可以全天不間歇的工作，根據(jù)各分系統(tǒng)的具體設(shè)置，監(jiān)測井下的各個重要參數(shù)，把監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時地傳遞給上級的安全監(jiān)控分站，分站將采集的數(shù)據(jù)中大部分無用數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾，將部分重要數(shù)據(jù)進(jìn)行保留，同時與已備份的安全大數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行對比。對比的結(jié)果以及采集的重要數(shù)據(jù)包，會通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳至地面，到達(dá)監(jiān)控主機(jī)。主機(jī)接收信號，在更完善的計算機(jī)算法之下，對其進(jìn)行核實。如果數(shù)據(jù)確實超出了安全范圍，立即啟動備用信號線，即主機(jī)直接將命令下達(dá)至監(jiān)控分站，分站采取停機(jī)、報警等方法，同時將故障或者報警說明，以文檔的形式傳至安全礦長。主機(jī)還會將故障、事故的原因、位置等信息以及必要的處理方式傳給該負(fù)責(zé)部分的工作人員，指導(dǎo)撤離或者解決問題。

該礦設(shè)計的安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過先進(jìn)設(shè)備（如傳感器等）的加持，可將數(shù)據(jù)實時采集，分站進(jìn)行處理，并且將有效信息以及預(yù)測上傳，地方對其進(jìn)行自動分析。一旦出現(xiàn)問題由主機(jī)直接下達(dá)指令，設(shè)備快速做出反應(yīng)，并且將數(shù)據(jù)傳給工作人員和安全領(lǐng)導(dǎo)，方便各方人員及時作出反應(yīng)。同時根據(jù)系統(tǒng)提供的解決方案或者撤退路線，可以有效地對問題進(jìn)行處理，大大節(jié)約了信息傳達(dá)以及分析問題的時間，為井下人員、設(shè)備的安全提供了可靠的保障。該礦設(shè)計的安全監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地解決目前煤礦安全系統(tǒng)普遍存在的問題，真正意義上發(fā)揮了煤礦安全監(jiān)控的作用。

2.2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的組成

新的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)、計算機(jī)、信息傳輸?shù)燃夹g(shù)，建立關(guān)于整個礦井包括井上井下的環(huán)境、人員以及設(shè)備安全的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)測事故災(zāi)害、增強煤礦安全生產(chǎn)能力、提高企業(yè)處理應(yīng)急事件能力等作用。為了更好地實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，該礦將安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)分為9 個分系統(tǒng)，系統(tǒng)的具體組成如圖2 所示。

圖2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的分系統(tǒng)圖

結(jié)合王坪礦的實際情況，將安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)分為：井下防水監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、礦壓安全監(jiān)測系統(tǒng)、空氣監(jiān)測系統(tǒng)、設(shè)備運行監(jiān)測系統(tǒng)、井下工人位置狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、生產(chǎn)安全監(jiān)測系統(tǒng)、輸送監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)（年降水量等，影響井下防水工作開展）以及煤礦自動化監(jiān)測系統(tǒng)。每個分系統(tǒng)會按照圖1 中的系統(tǒng)流程進(jìn)行工作，有一套圍繞實際以及參數(shù)采集的裝備，每個系統(tǒng)將處理后的數(shù)據(jù)資料都匯總到煤礦的大數(shù)據(jù)庫中，為煤礦的安全工作提供數(shù)據(jù)資料，為今后的工作開展提供可參照的依據(jù)。

3 結(jié)論

煤企在新時期下面臨著新的挑戰(zhàn)，為了保持快速穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢必須將現(xiàn)有的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控工作進(jìn)行升級，解決現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合時代的產(chǎn)物如大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等，將全國煤企進(jìn)行串聯(lián)，實現(xiàn)信息的互通，將煤礦生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題事故等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為今后煤礦的安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)的支持。王坪礦設(shè)計的新型安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)就是要充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的作用，分析各環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點，作為本礦監(jiān)測的中心，通過數(shù)據(jù)來對本礦的安全進(jìn)行監(jiān)測與控制，實現(xiàn)實時的監(jiān)測，做到即時的動作，保證礦井的安全生產(chǎn)，同時也可以為其他礦在監(jiān)控系統(tǒng)改革方面提供依據(jù)。