煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性研究

黃興元

（天湖山能源有限公司含春礦，福建 永春 362617）

煤礦安全監(jiān)控技術(shù)是伴隨著煤炭工業(yè)發(fā)展興起的。安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)和管理中起到了十分重要的作用，被國(guó)家列為生產(chǎn)礦井必須安設(shè)的安全裝備。原有監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)水平低、擴(kuò)展性能差、功能無法達(dá)到安全生產(chǎn)要求，加上近年來系統(tǒng)老化，現(xiàn)場(chǎng)維修維護(hù)和技術(shù)服務(wù)又跟不上等原因，造成部分礦井無法正常使用已有系統(tǒng)。根據(jù)國(guó)家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案》要求，大型煤與瓦斯突出礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)完成升級(jí)改造。

1 安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

傳統(tǒng)的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)具有災(zāi)害預(yù)警、自動(dòng)報(bào)警、斷電閉鎖等功能，在煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，但是已經(jīng)不能滿足當(dāng)前形勢(shì)下煤礦安全生產(chǎn)對(duì)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的更高要求。煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題主要體現(xiàn)在以下6個(gè)方面。

1.1 異地?cái)嚯姴豢煽?/h3>

監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)最基本、最重要的兩個(gè)功能就是監(jiān)測(cè)與監(jiān)控。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器能對(duì)井下的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，當(dāng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異地?cái)嚯姇r(shí)，地面主機(jī)巡檢井下監(jiān)控分站采集到傳感器數(shù)據(jù)后，將傳感器的超限報(bào)警信息發(fā)給另外一個(gè)斷電分站（繼電器），斷電分站（繼電器）收到斷電信息后實(shí)施斷電。由于監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)采用系統(tǒng)下發(fā)命令式結(jié)構(gòu)，井下分站級(jí)設(shè)備與地面主機(jī)通信采用的是低速信號(hào)串行接口，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸效率低，異地發(fā)生斷電時(shí)，系統(tǒng)只有在一個(gè)巡檢周期后才產(chǎn)生系統(tǒng)異地?cái)嚯?，也就是存在時(shí)間差，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性受到影響。同時(shí)，異地?cái)嚯娪傻孛嬷鳈C(jī)控制，一旦地面主機(jī)無法與井下監(jiān)控分站通信或采集不到傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的異地?cái)嚯妼o法實(shí)現(xiàn)或出現(xiàn)誤報(bào)誤斷電現(xiàn)象[1]。

1.2 傳感器的工作傳輸距離短、抗干擾能力差

隨著煤礦開采的進(jìn)行以及工作面的不斷開拓延伸，傳感器信號(hào)線路長(zhǎng)度不斷增加。目前，天湖山能源有限公司含春礦井下采用的是模擬量傳感器和四蕊纜線，一條纜線只能安裝兩個(gè)，按規(guī)程要求需要3條四蕊纜線，而且隨著長(zhǎng)度的不斷延伸，傳輸信號(hào)也越來越衰弱，AQ 6201—2006標(biāo)準(zhǔn) 4.7.10條對(duì)最大傳輸距離作了以下規(guī)定：傳感器及執(zhí)行器與分站之間的傳輸距離應(yīng)不小于2 km。目前，多數(shù)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器到分站的距離只能達(dá)到2 km，當(dāng)傳感器到分站的距離超出2 km時(shí)，傳感器已經(jīng)無法正常工作，特別是與動(dòng)力電纜懸掛在同一側(cè)時(shí)，更容易發(fā)生誤報(bào)警或故障，也加大了設(shè)備投入運(yùn)行成本[2]。

1.3 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)后備電源無法滿足使用要求

由于煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的供電電源很少會(huì)被中斷，系統(tǒng)電源的蓄電池一直工作于浮充狀態(tài)。長(zhǎng)期工作于浮充狀態(tài)的后備蓄電池實(shí)際容量會(huì)下降、使用壽命會(huì)縮短，原本能使用2 h的后備電池?zé)o法滿足額定時(shí)間內(nèi)的供電需求或經(jīng)幾次停送電后無法使用，給監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)埋下了很大的安全隱患。

1.4 缺少故障診斷功能

監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備種類較多，在礦井下分布較廣，而且井下環(huán)境比較惡劣，設(shè)備容易受溫度、粉塵、濕度、電磁輻射等因素的影響，不可避免地出現(xiàn)故障。系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，瞬間“冒大數(shù)”，誤報(bào)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備沒有故障自診斷功能，甚至無法對(duì)自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行表述，維護(hù)人員只有在廠方技術(shù)人員的幫助下才能修復(fù)故障。

1.5 系統(tǒng)使用不正常

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、管理和維護(hù)都有明確的要求。但是在實(shí)際配置、安裝的過程中，存在多方面的問題。首先，廠家數(shù)據(jù)封閉，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件開放不兼容。其次，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)人員技術(shù)水平參差不齊，實(shí)際配置過程中的地面人員與井下現(xiàn)場(chǎng)安裝人員溝通過程極易出錯(cuò)。最后，井下安裝人員在選擇分站、分站端口和接線時(shí)經(jīng)常出錯(cuò)。

1.6 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中的配套設(shè)備存在兼容性問題

目前，煤礦已廣泛安裝煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)和其他相關(guān)軟件，如抽排水系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)等。監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在投入使用的過程中，因不同的廠家軟件會(huì)出現(xiàn)不可兼容運(yùn)行的情況，只能單機(jī)運(yùn)行或是分開運(yùn)行，造成了資源浪費(fèi)和操作不便[3]。

2 安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造的目標(biāo)及基本原則

《煤礦安全規(guī)程》對(duì)安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。結(jié)合礦井實(shí)際情況，從根本上認(rèn)識(shí)到監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題和不足。2019年，天湖山能源有限公司含春礦進(jìn)行了煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造工作，由鎮(zhèn)江中煤電子有限公司提供設(shè)備和技術(shù)保障，經(jīng)雙方協(xié)商后，確定了總體技術(shù)思路和技術(shù)保障措施。在安裝調(diào)試和實(shí)際應(yīng)用中，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)需要發(fā)揮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)、提供災(zāi)害預(yù)警數(shù)據(jù)、自動(dòng)報(bào)警、斷電閉鎖等功能。

（1）建立完善的煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的安全可靠性和技術(shù)性能，提高礦井安全生產(chǎn)管理水平。合理有效地利用安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)揮安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中的重要作用，保障日常安全生產(chǎn)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，有利于上級(jí)主管部門對(duì)礦井的集中監(jiān)控。

（2）按照2016年國(guó)家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》煤安監(jiān)函〔2016〕5號(hào)文件要求，進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造工作，并明確總體技術(shù)要求和礦井安全生產(chǎn)需求。

（3）本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)的指導(dǎo)思想，充分利用現(xiàn)有安全監(jiān)控技術(shù)裝備，確保能通過升級(jí)改造滿足安全生產(chǎn)需求，提高安全監(jiān)控技術(shù)水平和應(yīng)用水平。

3 安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造的主要方案及措施

（1）系統(tǒng)主干網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)工業(yè)以太網(wǎng)連接。實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)連接，井上下的線路光電有機(jī)融合，由井口機(jī)房使用光纖傳輸至工作面安全監(jiān)控分站，減少傳輸過程中的信號(hào)衰減，傳輸速度快，抗干擾能力強(qiáng)。

（2）采用先進(jìn)的數(shù)字傳感器。井下傳感器與分站之間采用RS485數(shù)字傳輸方式。井下各類傳感器與控制器的穩(wěn)定性和可靠性是煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)正確反映被測(cè)環(huán)境和設(shè)備參數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品，原有的模擬量傳感器改造后全部更換為數(shù)字傳感器，具有傳輸數(shù)字化、標(biāo)校周期長(zhǎng)、穩(wěn)定性高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

（3）支持多系統(tǒng)融合，如應(yīng)急廣播系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、井下抽排水系統(tǒng)等，均可從井下或地面進(jìn)行融合，安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造后支持聯(lián)網(wǎng)并能按要求上傳。

（4）增加系統(tǒng)自診斷、自評(píng)估功能。新增的系統(tǒng)自診斷、自評(píng)估功能能預(yù)先發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在安裝過程中存在的問題并發(fā)出提示，功能包括傳感器的設(shè)置、標(biāo)校，提供控制器、電源箱的工作狀態(tài)及中心站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、雙機(jī)熱備與否等信息。

（5）使用環(huán)網(wǎng)技術(shù)，全面提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。對(duì)新系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，選擇使用自愈光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)延伸到井下，對(duì)傳感器、井下分站等設(shè)計(jì)采用PS485接口連接的方式，實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和井上監(jiān)控主機(jī)的有效通信，整體的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性得到了有效提升。此外，在當(dāng)前的技術(shù)背景下，本次改造對(duì)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)采取了隔爆措施，也就是對(duì)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采取了增安的方式，確保設(shè)備在使用的過程中，產(chǎn)生的電火花均不會(huì)出現(xiàn)外泄的問題，更好地提升了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

（6）使用半導(dǎo)體氣敏甲烷傳感器，加快系統(tǒng)響應(yīng)速度。從系統(tǒng)原先使用的催化燃燒式甲烷傳感器的使用情況來看，原系統(tǒng)存在較多的問題，特別是系統(tǒng)整體的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，技術(shù)人員維護(hù)難度較大，復(fù)雜性明顯，對(duì)煤礦瓦斯監(jiān)測(cè)工作有較大的負(fù)面影響。因此，本次對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)時(shí)，選擇使用半導(dǎo)體氣敏甲烷傳感器。從該儀器的使用情況來看，整體的能耗較低、靈敏度較高，特別是響應(yīng)時(shí)間非常短，一般情況下均在10 s以內(nèi)，同時(shí)，對(duì)高濃度氣體有較高的抗沖擊性，整體使用壽命也較長(zhǎng)，一般情況下可超過5 a。這些優(yōu)勢(shì)均是先前傳感器不具備的，使用成本也較低。

（7）加強(qiáng)安全監(jiān)控技術(shù)人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，使其進(jìn)一步掌握監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理、操作規(guī)章制度、系統(tǒng)運(yùn)行安全及故障處理等知識(shí)，提升技術(shù)人員的維修維護(hù)技能和管理水平，確保監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)高效運(yùn)行。在培訓(xùn)的過程中，選擇使用理論培訓(xùn)和實(shí)踐培訓(xùn)相結(jié)合的方式，在理論培訓(xùn)方面應(yīng)注重提升培訓(xùn)工作的互動(dòng)性，在實(shí)踐培訓(xùn)方面應(yīng)注重提升人員的具體操作能力。培訓(xùn)工作的開展已經(jīng)常態(tài)化，推動(dòng)著技術(shù)人員第一時(shí)間掌握各項(xiàng)新技術(shù)。

（8）完善系統(tǒng)使用考核制度。為了更好地提升系統(tǒng)的整體使用水平，在系統(tǒng)改造之后，對(duì)系統(tǒng)的使用情況進(jìn)行全面考核非常關(guān)鍵。在具體實(shí)施時(shí)，每年年初煤企應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)使用的整體工作安排，將系統(tǒng)使用作為單獨(dú)的一項(xiàng)內(nèi)容分解之后，落實(shí)到具體的單位、個(gè)人，并編制系統(tǒng)使用工作量化管理表，所有部門根據(jù)表中的具體任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)內(nèi)容、完成標(biāo)準(zhǔn)、完成時(shí)限、完成路徑等。煤企系統(tǒng)使用工作部門負(fù)責(zé)推動(dòng)煤企落實(shí)系統(tǒng)使用工作，做好全面頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)各項(xiàng)任務(wù)落實(shí)到各個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)使用工作整體完成情況進(jìn)行全面量化考核，組織開展年中、年末綜合考評(píng)工作。此外，高度重視考核結(jié)果的應(yīng)用。將系統(tǒng)使用工作考核具體情況與煤企評(píng)選表彰相聯(lián)系，將考評(píng)結(jié)果作為評(píng)價(jià)該部門整體工作的重要指標(biāo)。同時(shí)，與具體部門干部隊(duì)伍建設(shè)相聯(lián)系，通過縱橫對(duì)比的方式，對(duì)系統(tǒng)使用工作進(jìn)行全面排隊(duì)，并將排隊(duì)結(jié)果作為評(píng)價(jià)部門任務(wù)完成情況的重要指標(biāo)。

4 結(jié)語

安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造是國(guó)家對(duì)企業(yè)安全管理的要求，也是企業(yè)自身發(fā)展的需要。完善礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)向上級(jí)主管部門的實(shí)時(shí)上傳，不僅方便上級(jí)主管部門對(duì)礦井的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，還提高了日常井下安全生產(chǎn)管理技術(shù)水平，發(fā)揮了安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在生產(chǎn)中的重要作用。安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造勢(shì)在必行。