煤矿安全监控系统技术现状及智能化发展趋势

 煤矿安全监控系统技术现状及智能化发展趋势

黄春华

中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆市 400039

摘要：要提升煤矿机械设备生产过程中的安全监督效果，保证煤矿生产安全，就要利用先进的安全控制系统，煤矿安全监控系统作为煤矿生产中的重要设备，不仅可以人力解放，提升化煤矿机械的运转效率，还可以实现煤矿安全生产的监督。本文主要对煤矿安全监控系统现状进行分析，并提出相关发展对策，希望能够为煤矿安全生产提供帮助。

关键词：煤矿；安全监控系统；技术现状；智能化发展

1煤矿安全监控系统技术现状

1.1系统准确性有待提升

目前，煤矿安全监控系统存在一些伪数据，智能化系统的准确性和有效性有待提升。伪数据存在的原因包括：①煤矿生产系统、机电系统及安全监控系统等系统之间的干扰影响，表现为变频设备的干扰、防护设备不到位导致安全监控系统受损害等。②智能化系统本身存在的问题。其无法有效辨别真伪数据，系统的性能需要提升。安全监控系统设备故障、传感器仪表受潮、模拟传输有误差、调校传感器调校工作不到位等都会导致系统中出现伪数据，严重影响着实际采煤监控工作效果。

1.2系统安装和使用程序较为复杂

智能化安全监控系统的安装工作较为繁杂，在安装传感器时需要将传感器同分站传输的各个线段接口相连接，在安装地面监控软件时要合理配置不同类型的传感器，随后安装报警点和闭锁端口。通常情况下，分站传感器有几十个传输端口，智能化安全监控系统在开展传感器配置时必须准确连接各端口，如果分站端口连接时线路出现错误，会产生伪数据，而这些分站传感器是无法识别这些问题数据的。同时，如果安装过程中传感器类型不匹配，或者报警点与断电点的设置存在问题，传感器得到的数据将会与实际检测值不一致，从而使煤矿智能化安全监控系统有潜在安全隐患。

1.3系统预警机制较为单一

目前，受制于环境数据的参数设置，煤矿安全监控系统预警机制较为单一，无法预测到参数范围之外的状况，因此无法第一时间对突发事件作出应急处理，加大了对突发事件的处理难度，还有可能造成经济、人员等多方面的损失。比较有代表性的例子是瓦斯爆炸问题，瓦斯浓度达到一定数值之上煤矿安全监控系统才能发出预警信息，但瓦斯浓度增长速度快，极短的时间就能超过规定值，造成严重的安全事故。煤矿安全监控系统应该完善对瓦斯等气体浓度变化情况的监测，增强敏锐反应的能力，给予预警信息，提升整个矿区的防范能力。

2煤矿安全监控系统智能化发展

2.1分布式激光甲烷监测技术

分布式多点激光甲烷检测技术借助可调谐激光吸收光谱技术和光路空分复用技术将光路输入自校准气室，能降低工作面瓦斯监测点的造价成本，加强瓦斯实时动态监控能力，使激光甲烷传感器处于稳定工作状态。分布式多点激光甲烷检测装置由中煤科工集团重庆研究院有限公司研制，可同步测量8路气室，φ()（体积分数）处于0%～100%的测量区间，响应时间15s，误差准确控制在±3%。

2.2超声波时差法断面风速监测技术

由于巷道通风的不均匀性，目前“以点带面”的风速测量监测方式易导致风量计算误差较大，且存在下限测量盲区（＜0.3m/s)，难以满足智能通风系统建设的需求。基于超声波时差法可实现巷道全断面风速测量，利用多线测量与巷道断面拟合积分，精确计算通风风量，可为智能调风提供稳定、精确的监测数据。巷道全断面风速测量探头分布如图2所示。

图2巷道全断面风速测量探头分布图

2.4传感器智能技术

传感器智能技术采用低耗能、高性能的MCU，结合数字化对传感器的型号、版本、生产日期、出厂、供电信息、故障等进行全周期的维护，同时增加了动态芯片，对传感器的安装位置变化等进行了监控。

3煤矿安全监控系统智能化发展对策

3.1建立井上井下综合安全系统

目前，煤矿安全监控系统在井上区域能实现多系统的信息融合和数据集中，井上的位置定位、通信调度等工作衔接也比较顺畅。但井下安全监控系统还是相对独立的个体，未实现多系统的融合和信息资源的沟通共享。为此，采矿企业应借助矿用物联网技术，建立井上井下综合安全系统，有效运用各级各类系统信息。

3.2加强云计算和数据应用分析

要升级传感器的传输系统，做到有效数字化传输，保证传感器智能化进步，形成数字化智能安全监控系统。目前，煤矿智能化安全监控系统会储存大量的数据，但是系统对数据只能进行简单的分析和逻辑控制，不能有效区分标校信息和报警信息的类型，也不能做到根据数据库来判断重大隐患并及时作出预警。因此，要加强云计算和数据应用分析在智能化安全监控系统中的运用，便于统一管理矿井下的各种信息资源，并利用系统对大数据进行分析和应用。从而能够准确标注出系统运行中产生的伪数据，并对异常数据开展总结分析，及时对有毒气体的扩散和火灾等进行预测警示。例如，在瓦斯传感器调校信息时，要有效识别伪数据应当将传感器设置为调校状态，主机能够有效显示该状态，做好设定工作后，再对采集数据进行分析应用。

3.3完善安全监控系统智能报警功能

采矿企业要改变现有系统单一的预警功能，建立多级别多类型的应急预警系统。例如，根据瓦斯浓度值或超限持续时间设定不同的报警级别，发出更加具体准确的报警信号。另外，应急预警系统发挥功能需要保障传感器的传输工作无误，采矿企业可研制更加高效的矿业传感器，使其发挥微处理的优势，保证传输数据的可靠性和稳定性。同时，技术人员应加强对各类传感器设备的维护、保养、监控等工作。

3.4将量子通信技术用于系统建设

无线通信有着很强的优势，当煤矿出现紧急情况时非常重要。但是无线通信技术对基站过于依赖，基站越密集则通讯质量越好，而矿井下环境比较特殊，对无线通信质量有所影响。不管是目前常用的4G技术，还是快速发展的5G技术，其通讯基站的密集程度都不太理想。煤矿安全监控需要的不是高流量宽带，而是更可靠的信息通讯，是关键时刻能够及时准确发出呼救信号。量子通信技术安全性和效率性更高，有较强的抗干扰能力和隐蔽性，噪音较低，这在煤矿生产管理和应急救援方面有着更大的优势。因此，随着量子通信技术的发展，应当将其引入到煤矿智能化安全监控系统建设中来。

结语：

综上所述，智能化煤矿企业的建设对监测监控系统的功能性、稳定性要求日益提高，把握未来技术发展的核心需求具有重要意义。对于煤矿企业工程技术人员来说积极总结安全监控系统智能化的发展经验，对于提升煤矿安全监控能力将有着极其重要的意义，今后煤矿安全监控系统的应用将会更加广泛和有效，要充分发挥科技在煤炭生产应用中的价值，应用智能技术将进一步促进煤炭智能化安全生产。

参考文献：

[1]王国法，刘峰，孟祥军，范京道，等.煤矿智能化（初级阶段）研究与实践[J].煤炭科学技术，2019(08)：85-86.

[2]张翼.煤矿安全监控多系统融合与联动交互方案[J].煤矿安全，2019(06)：102-103.