煤矿安全监测监控系统的应用及发展探究

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  摘 要:煤矿是我国经济发展的支柱性能源,煤矿行业的发展与安全生产对国家工业化建设有着重大影响。煤矿开采一直是高危行业,煤矿的安全生产既与矿工的身心健康、生命安全息息相关,也制约着煤矿工业的发展。煤矿安全监测监控是保障煤矿安全生产,减少煤矿安全事故发生的首选。另外作为高危行业的煤矿生产,要求监控系统具備智能决策功能,这样才能有效的降低事故风险,防患于未然,预防安全事故的发生,真正提高煤矿安全能力。
  关键词:煤矿安全;监测监控系统;应用;发展
  1 我国煤矿安全监测监控系统中存在的问题
  (1)传感器频率传输存在一定问题。现阶段井下传感器基本上使用到的都是频率型传输方法,尤其是中央变电所等传感器集中性比较强的区域当中,距离虽然不是很远,但是需要接很多条电缆,因此会浪费一定数量电缆,维护的难度也比较高。另外,由于变频器等大功率设备容易遭受到周边环境因素的影响,因此在频率传输工作进行的过程中,出现数据异常问题的几率比较高。(2)巡检周期时间过长。依据现行规章制度当中提出的要求,系统最大巡检周期时间应当控制在20s之内,异地断电40s之内,远程手动控制断电执行时间控制在5s之内,井下定期调校试验需要花一定时间。由于传感器数量比较多,而工作人员数量比较少,所以工作人员实际工作的过程中,需要在既定时间内完成各种校准工作,才可以对煤矿安全监控系统的运行稳定性做出一定保证。(3)系统多、分站种类多,维护难度高。现阶段我国煤矿安全监测监控系统、人员定位系统以及应急广播等系统归属于不同厂家生产,矿井当中各个系统都有自身的单独的布线,同一条线路依据不同系统的要求布置很多条电缆,因此消耗的电缆数量比较多,并且系统当中各个分站不统一,从而也就会对矿井技术人员专业技术水平提出比较高的要求,技术人员实际工作的过程中,想要单独完成矿井安全监测监控系统维护工作,是一件比较困难的事情。
  2 煤矿安全监测监控系统应用的意义
  第一,强化安全生产信息管理。通过在现代煤矿开采过程中应用煤矿安全监测监控系统可以实时对于煤矿的安全信息进行及时性的收集以及储存,在通过信息技术以及计算机技术上传至特定的网络系统之后可以在煤矿管理系统内部实现煤矿安全生产信息的高效共享。这不仅可以帮助煤矿生产的相关负责人以及技术人员及时的对于煤矿生产过程中各种潜在的隐患以及不足之处及时的进行排查以及调整,从而有效地解决煤矿生产过程中的潜在危险因素。同时也可以依托现代化的安全监测监控系统对于煤矿开采过程中的各个环节进行持续性的监督以及管理,这不仅可以极大程度上避免传统监管模式下人工监管的不足之处,对于煤矿开采过程中生产效率以及质量的有效提升而言同样具有十分积极的促进作用。第二,完善井下生产动态管理。现代煤矿企业在从事生产活动的过程中所需使用的生产设备以及矿井通风系统不仅是有效提高生产效率的重要基础,同时也是切实保障煤矿开采工作人员自身生命安全的重要保障。但是部分煤矿企业管理者为了进一步压缩生产成本则放弃了对于煤矿生产过程中所使用安全设备进行定期的维护以及升级,这就使得煤矿开采过程中井下工作人员自身的生命安全受到了严重的威胁。通过运用煤矿安全监测监测系统则可以将各个生产设备以及矿井通风系统通过信息化技术与信息管理系统进行深度的整合式管理,进而依托于现代化的信息技术持续性的对于井下生产过程中工作人员的动态去向进行监测,这不仅可以有些人对于井下生产过程中可能出现的瓦斯泄漏以及灌水问题进行持续性的动态监测,各种高精度的设备也可以随时的对于生产过程中所使用的各项设备以及系统进行排查。
  3 煤矿安全监测监控系统的应用
  3.1 应用要点
  3.1.1提高系统的通用性与灵活性
  目前,市场上流行的安全监测监控系统通用性程度都比较低,对需要根据煤矿企业的特殊情况与特殊要求进行二次开发后才能勉强使用,而对企业实际情况进行系统研发成本极高,加上我国在煤矿领域监控系统设备一直较为欠缺,且先进水平不高,缺乏相关设备、配件等系统配套生产。因此,煤矿企业的安全监测监控系统随着企业生产发展需要而进行后期升级将会出现较大困难。可见,煤矿安全监测监控系统未来发展方向应着眼于提高系统、设备等通用性程度,提高功能拓展升级的灵活性。
  3.1.2完善子系统建设
  煤矿企业的安全监测监控系统传输主要是以主从结构为主导,其实施过程缺少通信、物理协议,因此在构建多主冗余系统方面有着较大难度。安全监测监控系统中,通过总线把系统分站连接,分站子系统之间缺乏较高兼容水平,导致数据传输可靠性降低,系统的实际用性能不高,进而导致系统的实时监测监控效果不高。在未来煤矿企业在进行安全监测监控系统建设过程中,必须充分重视和做好子系统建设工作,完善矿井光纤环网传输建设,有效地对各个站点运行情况进行监控,并将信息通过网络接口传输到地面设备。
  3.1.3优化系统决策功能
  现阶段,我国煤矿企业应用的安全监测监控系统不具备对煤矿事故进行决策的能力,系统能够对事故进行预警,并提供相关事故因素分析与风险分析的,但相关的决策还需依靠人为进行,因此在今后的发展中系统决策功能尚待进一步优化。
  3.1.4加强煤矿人员位置监测系统的应用
  煤矿人员位置监测系统是煤矿安全生产监测系统的一环,主要是对作业人员的井下位置、升入井时间、活动区域等状态进行监测,并搜集其相应的信息,提供查询、存储和报警功能。这种位置监测管系统主要是利用计算机网络技术、通讯技术等现代技术手段的综合应用来自动识别的管理系统。例如,在紧急状态下,井下作业人员可以按下射频卡上的紧急按键,而后系统可以快速向地面调度中心及时、准确地传达求救信息,利用系统及时快速地将求救信息向班组长、特种作业人员及附近管理人员传递,以便能够最快地获得紧急救援。而特种作业人员及管理人员若遇到紧急状况,除可通过紧急按键来获取救援外,倘若其认为所遇危险会进一步扩大,危及更多作业人员时,可利用自身射频卡的紧急交互按键来开启联动系统,即启动无线通信、应急广播、调动通信及人员位置监测等系统,使其快速响应,配合地面调度中心启动的应急响应机制,在最短时间内将危险信息向井下作业人员传递,为其赢得应急避灾的珍贵时间。地面调度中心可利用相应系统对信息发送者进行快速锁定,明确其所处位置,并通过视频对监控区井下作业人员的流动状况进行观察,通过调度通信、无线通信及应急广播同井下作业人员进行实时交互对话。   3.1.5完善安全监控系统浪涌防护
  目前国内外通常使用浪涌防护装备来抑制浪涌,包括GDT、MOV、TVS、TSS等,这些防浪涌元器件基本上都是非线性元件,在设计当中通常会布置在CAN接口的电路两端,并且并联在电路当中。这些防浪涌元器件相对来说都能够起到比较好的浪涌防护作用,但是因为设备的响应时间、流通容量、钳位电压等不一样,如果用在CAN总线当中哪种性能会更好,目前来说尚没有一个较为准确的定论。在煤矿的安全监控系统设计当中往往会凭借经验来进行设计,可能会造成在后续使用当中不满足可靠性要求。在一个典型的基于CAN总线的煤矿安全监控系统中,由一台工业控制计算机作为上位机对整个系统进行管理,上位机通过CAN总线连接生产现场的分站。在现场的分站每一个分站接点都有内嵌CPU,有各种传感器。CPU将各种传感器的信号转化成CAN标准信号,在将信号上传上位机并转发到执行器接点。一个典型的井下分站包括总线,CAN收发器,光电耦合器,CAM控制器,CPU,数字量输入电路和数字量输出电路。其下还有传感器,执行单元等硬件。对于CAN现场总线而言,耦合途径是浪涌的主要传导方式,对于硬件设备而言,对浪涌最敏感的设备是CAN接口电路,因此在基于CAN总线的煤矿安全监控系统设计时,考虑从三个方向上来进行防浪涌,包括抑制干扰源,削弱干扰源的影响力,切断耦合途径,提高敏感设备的抗干扰能力。
  3.2 具体应用案例分析
  某煤矿企业在2019年2月初至5月底完成了煤矿安全监控系统升级改造工作。重点内容为:建设一套新的监控系统数据传输环网;将全矿北京瑞赛KJ2000N煤矿安全监控系统全面更换为天地自动化股份有限公司生产的KJ95X煤矿安全监控系统。该煤矿安全监控系统升级改造完成后提高了分站的容量,原系统只能容纳100台分站,新系统分站容量最大可达255台。采用基于事件主动上传的通信机制,将事件进行分级、分类,优先上传断电、报警等事件,提高了传输效率和系统响应速度,减少了异地断电和手动控制时间。数据库采用加密模式,具有独立的硬件防火墙,提升了安全性。交换机至分站、分站至传感器间信号传输模式由电信号传输改为数字化传输,传输性能更稳定。监控系统主机中各类传感器设置采用即插即用模式,安装采用485总线模式,可智能识别设备型号、类型、量程等信息,通过简单配置即可实现设备的快速安装及正常工作。各类传感器采用新技术、新工艺,个体工作性能和防护性能等级有了较大提升,见下图1。新系统投入使用后较旧系统设备故障率低、反应速度快、数据统计更加准确;传感器灵敏度高、数据测量准确;后备电池满足使用要求,未因为分站停电造成过通讯中断。
  图1 监测监控装置
  3.3 应用的主要措施
  (1)增强安全监测监控系统的监测功能。如今煤矿资源的开采工作具有非常明显的不可控性和复杂性,虽然在通风工作上来看已趋于完善,相应的安全监测监控系统功能也十分全面。但是为了能够满足社会对煤矿资源的需求,还需要加强技术手段的提升。在安全监测监控系统构建的过程中,提升系统中矿井下各类环境参数传感器的灵敏度,以及抗干扰能力,提高其实时检测的精度,扩大检测范围。因此,在进行安全监测监控系统构建时,对于气体浓度传感器、风压传感器、风速传感器等都必须要保质保量,才能够最大程度上提升井下作业环境的安全性。(2)构建完善的煤矿安全生产技术保障机制。构建完善的煤矿生产安全技术保障机制最关键的一步就是要提高对安全监控系统的监管,并从技术、设备、人才等方面着手,尤其是在新型安全监控设备的资金投入方面要加以重视。例如,煤矿单位可针对通风设备布置工作组织培训学习,在学习之后制定与之相对应的矿井通风与安全作业体制,同时还需要组织一线生产人员进行教育培训。此外,在技术落实方面,为了规范化管理必须将无风、微风、循环风、通风系统故障、监控传感器不按规定校正等列入通风事故范围进行分析和防范,争取从萌芽中扼杀危险因子的潜在。
  4 煤矿安全监测监控系统发展趋势
  4.1 矿井安全监控系统
  针对单一监控对象进行系统开发是传统安全监控检测系统主要特点,因而造成硬件、软件不统一、信息无法共享等问题。若想实现矿井的全面监控,则必须投入大量的人力、物力、财力。因此,针对硬件不通用、软件不兼容、信息不共享,监测为主、控制为辅、预报功能差等问题,我国煤矿安全监测监控系统将朝着综合一体、硬件通用、软件兼容、监测与监控并举等方向发展。
  4.2 全矿井综合监控系统
  4.2.1智能传感器
  智能传感器的优势在于:(1)电路通用。智能传感器电路是通用的,可連接不同的传感组件,多个传感器组件可同时装配于一个传感器当中,一专多能,实现效能集成。(2)采用数字信号传输与多路复用。智能传感器采用数字信号传输,一根多芯电缆与智能监控站以树形结构相连。当传感器靠近系统传输电缆时,可直接连接系统电缆。(3)就地控制。智能传感器不仅可实现信号传输和状态识别,还具有报警、断电等功能。具有执行速度快,可靠性高等优点。
  4.2.2智能监控站
  智能监控站是全矿井综合监控系统智能现场设备,功能类似分站,但又不同,主要体现在:(1)一般采用数字传输和多路复用。(2)采用组态软件技术,实现了分站软件的通用。(3)采用现场总线技术,解决了通信协议不通用的问题。
  5 结束语
  我国煤炭赋存条件相比其他国家较差,井下瓦斯、水、火等灾害问题极为突出。借助煤矿安全监测监控系统,监控并举,可以大大减少灾害事故,保护人民生命和财产安全。信息化、智慧化矿山是矿山今后的发展方向,煤炭安全监测监控系统将会扮演重要的角色。
  参考文献
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