安全监控系统在煤矿矿井中的应用研究.pdf

124/矿业装备 MINING EQUIPMENT管 理0 引言随着我国经济的快速发展，政府及煤矿行业加大了对煤矿的开采力度同时，也对煤矿开采过程中的安全性进行了更加严格要求。由于矿井中的通风性能较差、作业空间有限，经常会有瓦斯浓度聚集、空气中夹杂粉尘等问题，为此，在矿井中设计配置了安全监控系统，以对矿井中瓦斯浓度、空气质量、环境温度、通断电等情况进行实时监测与控制1。但当前所设计的安全监控在使用过程中存在监控功能单一、监测精度较差、易发生信号不报或误报现象，大部分安全监控系统无法对矿井作业状态进行实时准确监控，采用更加先进的控制技术对安全监控系统进行升级改造，已成为当前进一步保障矿井作业安全的重要发展方向2。本文在分析现有监控系统存在问题基础上，开展了KJ83X(A)煤矿数字安全监控系统的升级设计研究和关键模块设计，通过对系统的应用效果测试，验证了该系统的可靠性能及稳定性，大大提升了矿井的智能化程度及监控精度，这对保障井下作业安全具有重要作用。1 现有监控系统存在的主要问题虽当前矿井中已设计并安装了安全监控系统，保障了矿井作业过程中的安全性，但在实际运行中也存在一定问题，主要问题如下：第一，现有安全监控系统功能较为单一，稳定性、可靠性不高，抗干扰能力差，系统结构较为简单，仅能实现对矿井中较少功能的安全监控3。第二，现有安全监控系统运行不稳定，误报警、误动作，冒大数，常常出现“狼来了”的现象；系统采用的是 IP54 防护等级，防护等级不高，易受到水、尘的影响；传感器远距离供电不足。第三，系统整体的使用维护要求高，必须加强检查和维护、管理，传感器必须定期调校。第四，监控系统中信息融合不够，利用不充分，专网运行，信息孤岛，预测预警弱、与其他系统联动不足4。第五，针对灾害事故反映出煤矿在安全监控系统使用、维护管理中存在诸多问题。为此，采用当前先进的控制技术，对现有监控系统进行升级改造，对保障矿井作业安全性具有重要意义。2 安全监控系统总体方案设计以市场上现有的安全监控系统为基础，开展了KJ83X(A)煤矿数字安全监控系统的升级设计研究。煤矿安全监控系统设计的主要呈现如下：第一，该系统采用了采用分布式采集、多主通讯的安全监控系统在煤矿矿井中的应用研究苗龙斐（潞安化工集团潞宁煤业有限责任公司，山西忻州 034000）摘要：为进一步保障矿井中作业的安全性，实现矿井中智能化监控目标，针对现有矿井中安全监控系统存在问题，开展了KJ83X(A)煤矿数字安全监控系统的升级研究及关键模块设计，通过将该系统进行应用测试，得出该系统的智能化程度、安全监控范围及监测精度更高，能更加智能的对矿井中作业环境进行实时监控，整个过程基本无需人员进行判断，有效避免了人员的误判现象。该系统的成功应用，对保障井下作业安全性具有重要意义，也对矿井安全监控系统的进一步升级改造提供了参考。关键词：煤矿；安全监控系统；应用2023.10 矿业装备/125结构形式，应用分布式传感技术、数字通讯技术和基于BP 神经网络的预测技术，完成对井下关键生产场所的监测与控制，特定场所气体分布的监控与预警。第二，该系统利用数字化方式进行信号传输，系统抗干扰能力达 EMC 电磁抗干扰能力 3A 级，系统分站最大承载量 255 台，单线带载能力达 6-15 个传感器；传感器防护等级全部升级为 IP65，满足煤矿各类环境使用要求。第三，该系统网络安全性高，采用 C/S+B/S 技术开发，用户可通过授权不同的权限进行分级操作，避免无权限更改删减数据，并可在煤矿任意地点登陆系统平台进行查询及操作5。第四，该系统具有逻辑报警功能，可根据监测到的瓦斯浓度是否违反矿井瓦斯涌出的通风内在逻辑关系，检测是否有违章行为或监测装置失效的情况发出报警。在系统中设计了 GIS 三维显示功能，可与电子矿图有机结合，实现可视化管理，具有安全监控系统预警平台，可配备手机客户端将各类紧急情况自动推送到相关管理人员手机中。该系统配备短信预警平台，短信预警功能主要基于 GSM 和 CDMA 的短信猫，通过采集安全监控系统数据库中的各类传感器数据，与软件中的设置逻辑进行数据对比，提取出符合设置逻辑的相应联系人列表及报警信息，通过短信形式及时把报警信息发送给相关责任人。通过该系统，可有效提高煤矿安全监控系统的易用性、稳定性、准确性以及数据的共享性，能适应井下更多复杂工况的安全监控系统。KJ83X(A)煤矿数字安全监控系统总体框架图如图 1 所示。3 系统中关键模块设计3.1 整体监测界面设计安全监控系统整体监控状图包括了左侧监控区域和右侧监控区域，能对所有分站及其状态、各分站及其下所挂全部测点的详细信息等方面进行实时显示，具体包括：实时状态、预警级别、逻辑状态、监测值、安装位置、最近标校时间、更新时间等。在下方活动条区域的系统运行状态分析用来显示各分站手控状态和故障异控，通过左右区域可调整大小和隐藏。3.2 系统中大数据分析模块设计在系统中利用超大分析处理器，对系统中所采集的相关信号能进行大数据分析处理，并将所监控的现场信息进行显示。在此模块中，可通过显示界面中进行相关工况条件参数的选择，筛选出来所要查询测点和测点信息。提供筛选的选项有当前系统、所属区域、测点性质、传感器类别、当前值下限和当前值上限。列表显示的测点详细信息有序号、测点编号、传感器、安装位置、状态、监测值、报警信息（报警门限、状态和时刻）、断电信息（断电门限、状态和时刻）、馈电信息（状态和时刻）、更新时间、措施和措施时间。整体大数据分析模块更加全面。3.3 图形显示模块设计图形显示模块包括地图监测、系统自检和地图监测管理三个部分。采用二维 GIS 地图，具有矢量缩放、平移、鹰眼导航图功能；同时具有测点定位功能，可移动测点在 GIS 地图中，并与 Web 浏览功能进行有效连接。利用 GIS 地图上的图层开关，可实现 GIS 地图中人员定位系统图层和广播系统图层的打开/关闭等功能。系统自检功能具有实时显示各分站与上位机通讯状态和主备机之间的切换和通信状态。另外，地图监测管理用图1 KJ83X(A)煤矿数字安全监控系统总体框架126/矿业装备 MINING EQUIPMENT管 理来设置在煤矿巷道安装的各种设备在系统中显示的位置。图形显示-地图监测页面如图 2 所示。3.4 测点分级报警模块设计在该监控系统中，针对不同测试点进行了分级报警功能设计。在实际执行中，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。当监测值高于标准报警值乘以 IV 级倍数时，触发四级报警；当监测值高于标准报警值乘以 III 级倍数时，触发三级报警；以此类推，触发二级、一级报警。当分级报警的持续时间超过所设置的持续时间时，报警级别升高一级，依次类推。3.5 区域断电模块设计基于所设计的分级报警功能模块为基础，关联了一组传感器，设计了区域断电功能。系统在关联相应的断电区域后，根据区域间断电相应策略，当分级报警区域中的任一传感器的监测值高于断电区域设置的断电启动值时，断电器断电；当分级报警区域中的所有传感器的监测值低于断电区域设置的断电取消值时，断电器复电。具体的逻辑关系可以根据矿井实际情况进行设置。4 系统改造后应用效果分析在完成矿井中安全监控系统的整体设计后，利用现有安全监控系统的硬件模块，并增加更加智能的配置，开展了改造后新系统的应用效果测试。在测试过程中，该系统将相关功能进行了组合融合，支持有线与无线、定点监测与巡检，监控与电子矿图（GIS）等的有机结合，大大提高监控有效性。同时，采用了多系统融合、数据共享、控制系统联动的数据分析处理模式，促进监测监控与预测预警的一体化发展。另外，该系统的性能大幅提升，巡检周期、误码率、本安供电距离、后备电源能力、新的异地断电策略等方面大幅减少，异地断电时间和使用维护更加方便，即插用，信息直观显示，自诊断，人员仅需通过显示界面即可对整个矿井中的安全故障问题进行快速定位和故障排除。系统整体智能化程度更高，测试效果达到了预期效果。这也在一定程度上降低了对使用者的要求，提高应用水平。5 结束语将更加先进的数字化、智能化监控技术应用至当前智慧矿山的建设中，提升矿井中安全监控系统的综合性能，是当前发展的必然趋势。为此，针对当前矿井中安全监控系统存在的问题，开展了 KJ83X(A)煤矿数字安全监控系统的升级研究，并对该系统中的关键模块进行了设计，通过将系统进行实际应用测试，得出：该监控系统功能更加全面、监控精度更高、使用维护更加智能和方便，减轻了人员的劳动强度、作业要求及作业安全风险，整体效果达到预期效果，这充分发挥监控系统在煤矿安全生产中不可替代的重要作用，具有重要的应用价值。参考文献1 盛建龙,叶义成,刘晓云,等.基于新工科的安全工程专业创新人才培养模式初探-以武汉科技大学为例 J.高等工程教育研究,2018(5):83-87.1 张磊.煤矿安全监测监控系统应用与实践J.矿业装备,2021(5):22-23.2 刘凯.煤矿安全监测监控技术现状及发展趋势 J.当代化工研究,2021(19):7-8.3 郭栋.关于 KJ90X 安全监控系统的研究 J.电子技术与软件工程,2021(17):13-14.4 刘利军.KJ95N 安全监控系统在木瓜煤矿的应用 J.山东煤炭科技,2021,39(8):124-125+128.5 张雪军.煤矿安全监控多系统井下融合方法分析 J.中国石油和化工标准与质量,2021,41(19):131-132.图2 图形显示-地图监测页面