＊趙金芳

（窯街煤電集團(tuán)有限公司職業(yè)教育中心 甘肅 730080）

智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集、分析和處理大量數(shù)據(jù)，利用模型和算法進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和判斷，能夠提供煤礦內(nèi)空氣質(zhì)量和通風(fēng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警功能。該系統(tǒng)主要由傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)、智能算法和中央控制系統(tǒng)組成。通過部署在煤礦內(nèi)的傳感器實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵參數(shù)，傳輸至中央控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理，以便及時(shí)識(shí)別潛在的危險(xiǎn)和異常情況。本文對(duì)煤礦的安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，本系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效預(yù)防事故發(fā)生，并全面保障礦工的安全。

1.煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的煤礦安全監(jiān)測(cè)方式往往依賴于人工巡視和經(jīng)驗(yàn)判斷，存在盲區(qū)和延遲，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警潛在危險(xiǎn)。而智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集、分析和處理大量的數(shù)據(jù)，基于模型和算法進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和判斷，大大提高了煤礦安全管理的效率和準(zhǔn)確性。結(jié)合了先進(jìn)的傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)及智能算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和預(yù)警功能，其主要目標(biāo)是確保煤礦內(nèi)的空氣質(zhì)量和通風(fēng)狀態(tài)達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，并為煤礦管理者提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，以便及時(shí)采取必要措施保障礦工的生命安全[1]。其核心是傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過部署在煤礦內(nèi)的傳感器實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵參數(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理，利用數(shù)據(jù)分析和智能算法，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、模型建立和預(yù)測(cè)，以便及時(shí)識(shí)別潛在的危險(xiǎn)和異常情況。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)的安全范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，提醒煤礦管理人員采取必要的措施。此外，系統(tǒng)還能生成詳細(xì)的監(jiān)測(cè)報(bào)告和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，幫助管理者了解煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的工作情況，并進(jìn)行合理的調(diào)整和優(yōu)化。

2.煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及依據(jù)

(1)設(shè)計(jì)的原則

煤礦環(huán)境復(fù)雜，存在高溫、高濕、多塵等惡劣條件，因此監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須確保能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，系統(tǒng)的傳感器必須具備高精度、高穩(wěn)定性，并且能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而不受干擾。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)具備備份和冗余機(jī)制，確保數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目煽啃裕悦鈫吸c(diǎn)故障導(dǎo)致監(jiān)測(cè)中斷或數(shù)據(jù)丟失，并且及時(shí)地對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。同時(shí)，系統(tǒng)要有實(shí)時(shí)預(yù)警功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)和異常情況，并向相關(guān)人員發(fā)送警報(bào)，以便及時(shí)采取必要措施保障礦工的安全。煤礦的規(guī)模和布局可能會(huì)發(fā)生變化，通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)可能會(huì)有所調(diào)整，其可擴(kuò)展性的能力就顯得非常重要，要能夠根據(jù)實(shí)際需要靈活添加或調(diào)整傳感器和監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，接口和協(xié)議要保持開放性，以便與其他監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的數(shù)據(jù)分析和決策支持。

(2)設(shè)計(jì)的依據(jù)

煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)主要來源于《煤礦安全規(guī)程》（國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局令第87號(hào)）、《礦井通風(fēng)安全裝備配置標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50518—2020）和《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于完善煤礦安全監(jiān)察體制的意見》（國(guó)辦發(fā)〔2004〕79號(hào)）等相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)定要求煤礦應(yīng)配備通風(fēng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，對(duì)氧氣濃度、甲烷濃度、風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這些參數(shù)的監(jiān)測(cè)可以提前預(yù)警潛在的危險(xiǎn)，及時(shí)采取措施保障礦工安全。在設(shè)計(jì)過程中，需要參考該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)要求，確保傳感器的精度和穩(wěn)定性，以及設(shè)備適應(yīng)煤礦特殊環(huán)境的能力，遵守規(guī)定合理布置監(jiān)測(cè)裝置，確保操作規(guī)范、維護(hù)及時(shí)，并采取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)管理措施，確保系統(tǒng)能夠滿足法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的要求，提供準(zhǔn)確、可靠的煤礦通風(fēng)監(jiān)測(cè)服務(wù)。

3.煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的分類及組成

(1)系統(tǒng)的分類

從功能上看，可以將其分為通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)兩類。通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦內(nèi)的通風(fēng)參數(shù)和空氣質(zhì)量，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和中央控制系統(tǒng)。傳感器網(wǎng)絡(luò)布置在煤礦內(nèi)的關(guān)鍵位置，數(shù)據(jù)采集設(shè)備負(fù)責(zé)將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)警算法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析、模型建立和預(yù)測(cè)[2]。智能監(jiān)控系統(tǒng)是在通風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加了監(jiān)控和控制功能，通過與通風(fēng)設(shè)備和其他礦井安全設(shè)備的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤礦安全系統(tǒng)的智能監(jiān)控，不僅能夠監(jiān)測(cè)通風(fēng)參數(shù)和空氣質(zhì)量，還能監(jiān)測(cè)瓦斯抽采、火災(zāi)報(bào)警、人員定位等設(shè)備和系統(tǒng)的狀態(tài)。同時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和算法，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析和判斷，并據(jù)此發(fā)出警報(bào)或采取控制措施。

(2)系統(tǒng)的組成

煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是一種用于保障煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，提供預(yù)警和監(jiān)控功能，以確保煤礦內(nèi)的空氣流通和氣體濃度控制在安全范圍內(nèi)。該系統(tǒng)主要由傳感器、執(zhí)行器、監(jiān)控分站、電源、傳輸接口、主機(jī)、打印機(jī)、大屏幕、電纜和接線盒等組成。傳感器是系統(tǒng)的核心組件之一，用于感知煤礦內(nèi)部環(huán)境溫度、濕度、氣體濃度等參數(shù)的變化；監(jiān)控分站作為系統(tǒng)的控制中心，接收來自傳感器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和參數(shù)進(jìn)行分析和處理，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)煤礦內(nèi)部環(huán)境的變化，并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)給主機(jī)；電源提供系統(tǒng)所需的電能，確保各個(gè)組件正常工作；傳輸接口用于連接傳感器、監(jiān)控分站和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸；主機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制單元，負(fù)責(zé)接收和處理來自監(jiān)控分站的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和顯，具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，可以提供各種報(bào)表和數(shù)據(jù)分析，輔助決策和管理[3]；打印機(jī)用于輸出各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、報(bào)表和報(bào)警信息，以便后續(xù)的分析和記錄。大屏幕作為顯示設(shè)備，可以實(shí)時(shí)展示煤礦內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的變化和監(jiān)測(cè)結(jié)果。電纜和接線盒用于連接各個(gè)組件，保證信號(hào)的傳輸和電力的供應(yīng)，主要起到連接和固定的作用，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。這些組成部分協(xié)同工作，為煤礦提供全面、準(zhǔn)確、可靠的安全監(jiān)測(cè)和管理。

(3)系統(tǒng)的功能

該系統(tǒng)通過開機(jī)自檢和本機(jī)初始化功能確保設(shè)備和傳感器正常運(yùn)行，要定時(shí)進(jìn)行通信測(cè)試，確保與地面中心站的可靠通信連接。系統(tǒng)的分站具有自動(dòng)控制功能，包括斷電儀、風(fēng)電瓦斯鎖閉、瓦斯管道監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等，以確保電力供應(yīng)、通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯抽放的安全運(yùn)行。支持地面中心站對(duì)分站進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，自動(dòng)識(shí)別連接的傳感器類型，實(shí)現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集。并有超限報(bào)警功能，分站接收到中心站的指令時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)手控操作和異地?cái)嚯姽δ?，提供遠(yuǎn)程控制便利。

4.監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的選型及布置

(1)系統(tǒng)設(shè)備的選型

在選擇煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備時(shí)，需要考慮多個(gè)因素，確保設(shè)備具備高度可靠性和準(zhǔn)確性，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中的異常情況，并能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，下面列舉一些主流型號(hào)的設(shè)備：第一，溫濕度傳感器，可以監(jiān)測(cè)煤礦中的溫度和濕度情況，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)用于通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)[4]；第二，風(fēng)速風(fēng)向傳感器，用于測(cè)量煤礦中的風(fēng)速和風(fēng)向，可以幫助確定通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)向異常；第三，氣體監(jiān)測(cè)儀，用于檢測(cè)煤礦中的有害氣體濃度，例如一氧化碳、二氧化碳等，及時(shí)報(bào)警以保證礦工的安全；第四，噪音監(jiān)測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)煤礦中的噪音水平，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)情況，以保護(hù)礦工的聽力健康；第五，火災(zāi)探測(cè)器，可以監(jiān)測(cè)煤礦中的煙霧和火焰，一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)跡象，立即發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)措施；第六，數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)，用于將各種傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行處理和分析。

(2)系統(tǒng)設(shè)備的布置

①傳感器的布置要點(diǎn)及工作面?zhèn)鞲衅鞯牟贾?/p>

應(yīng)在主要通風(fēng)管道中布置差壓傳感器，均勻分布在管道的關(guān)鍵位置，用于監(jiān)測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量和風(fēng)壓情況，以便能準(zhǔn)確地反映整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在礦井的工作面區(qū)域，需要布置多個(gè)傳感器來監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)，其中，溫度傳感器用于檢測(cè)工作面的溫度情況，以便及時(shí)采取措施防止火災(zāi)事故的發(fā)生；瓦斯傳感器用于監(jiān)測(cè)工作面的瓦斯?jié)舛?，及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯積聚情況，防止瓦斯爆炸。此外，還需要布置風(fēng)速傳感器，用于監(jiān)測(cè)工作面的風(fēng)速，確保通風(fēng)系統(tǒng)正常工作，保持空氣流通。在傳感器的布置過程中，需要考慮傳感器之間的距離和分布均勻性，避免出現(xiàn)監(jiān)測(cè)盲區(qū)，確保對(duì)整個(gè)工作面的監(jiān)測(cè)覆蓋。

②電纜的選用及使用方法

電纜要有良好的耐火性能，能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，防止因電纜燃燒而引發(fā)火災(zāi)，并有較強(qiáng)的耐磨性能，能夠承受煤礦環(huán)境中的摩擦和磨損，絕緣性達(dá)標(biāo)可以有效地防止電纜中斷或短路，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。安裝電纜時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行正確布線，避免電纜的交叉、壓扁或過度張拉，以免影響其傳輸性能，定期對(duì)電纜進(jìn)行巡視和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理電纜存在的磨損、老化或損壞等問題，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5]。

③調(diào)度監(jiān)控室的布置

監(jiān)控室通常是位于煤礦的中心位置，以便能全面監(jiān)測(cè)和控制通風(fēng)系統(tǒng)。為了清晰觀察關(guān)鍵區(qū)域和設(shè)備狀態(tài)，監(jiān)控室應(yīng)具備良好的視野，并應(yīng)在監(jiān)控室內(nèi)設(shè)置一塊大屏幕顯示墻，才能實(shí)時(shí)了解各個(gè)通風(fēng)區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控畫面及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)有緊急報(bào)警設(shè)備和備用電源系統(tǒng)，配備先進(jìn)的調(diào)度和監(jiān)控系統(tǒng)軟件，具備友好的用戶界面和易于操作的功能，以實(shí)時(shí)獲取和處理煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的相關(guān)信息。

④系統(tǒng)接地裝置施工

安裝接地電極時(shí)要在確定的位置挖掘足夠深的坑穴，并確?？拥着c地下水位保持一定距離，以防止地下水的干擾。然后，將接地電極垂直插入坑穴中，并使用專用工具進(jìn)行固定，確保與地面平齊。接地電極之間還需按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行連接，確保良好的接地連通性。需要進(jìn)行接地裝置的接線工作，根據(jù)設(shè)計(jì)方案和接線圖紙，選擇適當(dāng)?shù)碾娎|和連接器，對(duì)于接地電極與監(jiān)測(cè)設(shè)備之間的連接，需要將電纜按照規(guī)定的方式進(jìn)行剝皮和絞線，并與相應(yīng)的連接器進(jìn)行連接。在接線過程中，要確保接頭牢固可靠，并使用絕緣材料進(jìn)行絕緣處理，防止漏電和短路的發(fā)生。在施工完成后，需要進(jìn)行接地裝置的檢查和測(cè)試，通過使用專業(yè)測(cè)試儀器，對(duì)接地電阻進(jìn)行測(cè)量，確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，還需要檢查接地裝置的連接處是否緊固可靠，接線是否正確無誤。

5.煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控的運(yùn)行建議

(1)改進(jìn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)本身的性能

要不斷優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，確保其能夠覆蓋整個(gè)礦井區(qū)域，并能夠有效地分布?xì)饬?，加快新鮮空氣的供應(yīng)，以減少有害氣體的積聚和熱量的累積。引入智能監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦中的氣體濃度、溫度和濕度等參數(shù)，并能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行、報(bào)警和緊急停機(jī)，可以考慮使用先進(jìn)的氣體檢測(cè)裝置，如多參數(shù)傳感器和氣體泄漏探測(cè)器，以及智能化的數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)算法，提前發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。

(2)對(duì)煤礦內(nèi)部的監(jiān)測(cè)監(jiān)控子系統(tǒng)

礦井安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)涵蓋了三個(gè)主要方面，包括安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，確保礦井的安全運(yùn)行；礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)礦井內(nèi)的地質(zhì)壓力和巖層變形情況，以便提前預(yù)警和采取相應(yīng)的措施；束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用于監(jiān)測(cè)礦井內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、溫度和濕度等參?shù)，以確保礦井內(nèi)部的空氣質(zhì)量符合安全標(biāo)準(zhǔn)。通過這些安全監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的有效運(yùn)行，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的安全隱患，確保礦工的生命安全和礦井的正常運(yùn)行。

(3)提高煤礦通風(fēng)管理工作

為了增強(qiáng)對(duì)煤礦通風(fēng)的治理，首要任務(wù)是加強(qiáng)對(duì)煤礦通風(fēng)及安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)管，從技術(shù)、裝備、人才等各個(gè)角度入手，尤其需重視對(duì)新型安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的經(jīng)費(fèi)投入。建立完善的通風(fēng)管理制度，確保責(zé)任分工明確、工作流程規(guī)范，并加強(qiáng)執(zhí)行力度，定期進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的檢查和維護(hù)，及時(shí)做好清潔、修復(fù)和更換風(fēng)機(jī)、風(fēng)道和排風(fēng)口等設(shè)備維護(hù)工作，以保持通風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)效果，使用傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)礦井內(nèi)的氣流速度、氧氣含量和有害氣體濃度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)。

6.結(jié)束語

隨著科技的不斷進(jìn)步，煤礦安全通風(fēng)智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展，后續(xù)可以著重于提高傳感器的精確性和可靠性，優(yōu)化數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的預(yù)警和判斷，積極探索與其他智能設(shè)備和系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的監(jiān)測(cè)和控制功能。