煤礦安全監測監控技術現狀

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摘要:近年來，監測監控系統在煤礦安全生產中發揮著愈加重要的作用。安全監控系統存在著無法精確定位井下人員位置、缺乏井下三維空間模型、傳感器性能不夠穩定等問題。井下人員精確定位技術、構建三維可視化模型、多系統融合、有效挖掘監測數據及煤礦物聯網技術等是改進煤礦安全監控系統的重要手段。

關鍵詞:煤礦安全;監測監控;傳感器;災害預警;物聯網

隨著我國煤炭資源開發逐漸向深水平進展，地質條件愈加復雜，煤礦安全管理難度隨之增加。煤炭行業通過研究重點技術、提高集約化生產程度，顯著改善了安全生產形勢。先進、可靠的安全監測監控技術能夠了解井下人員的分布狀況、機械設備的運轉情況及預防動力災害的發生，保證煤炭高效開采。為了實現煤炭工業十三五科技發展規劃，煤炭系統應當加大對煤礦安全生產監控技術的研究力度。

1煤礦監控技術現狀

1．1井下員工定位技術

目前，井下人員定位系統由副井罐籠處、井底車場、集中運輸大巷、采區出入口設置的分站組成。在企業層面，該系統便于調度室統計各工種作業人員考勤情況，保證員工的出勤次數;在政府監管層面，該系統使各級煤監局實時掌握所轄煤礦井下人員數量，有效遏制超員生產;在應急救援層面，該系統可以確定受困員工的具體范圍，減少事故的死亡人數。然而GPS信號井下傳輸能量衰減大，無線傳輸會受到巷道拐彎、分支的影響，信號不能完全覆蓋井下作業區域，從而形成了大面積盲區。

1．2缺乏井下三維空間模型

煤礦在煤炭開采過程中，獲取了大量的地測、一通三防、礦山壓力等現場數據，如果將這些數據融合起來，將會形成一個有效的安全信息管理系統，為經營管理層決策提供一個重要參考。

1．3傳感器性能不穩定

井下環境潮濕、粉塵含量高、含有腐蝕性氣體，造成傳感器元件、電路等接觸不良、容易氧化，降低元件的可靠性。井下復雜的電磁場會影響傳感器的正常工作。一些傳感器一致性差，容易受到其他氣體干擾。當傳感器進水、受到井下振動作業影響時，傳輸的數據會失真。傳感器經常由于安裝地點不合理，導致其不能有效監測數據。

1．4安全監控設備兼容性低

目前，部分煤礦安全監測監控技術要求較低，不適宜現場安全生產。安全監控系統的通信協議不統一，不同廠家設備在傳輸數據時很難做到有效互換。監控設備監測礦井數據時，可以修改或刪除超限數據，導致傳感器安全作用喪失。

2煤礦監控技術發展方向

2．1井下員工精確定位技術

井下定位系統的無線技術是由短距離、低傳速向遠距離、高傳速發展。定位系統采用藍牙、RFID技術，井下無線節點向礦工攜帶的智能終端發送RSSI值，RSSI值最終會傳送到井上控制中心，可以根據相應的算法確定人員位置。未來的井下定位系統具有高魯棒性與較好的自組網能力

2．2構建三維可視化礦井模型

通過3DGIS把煤礦大量的空間參數和與之對應的屬性參數結合起來，進行礦井三維建模和三維可視化表達。該模型中含有煤層賦存、頂底板巖性、皮帶運輸、監測監控、采掘進尺、水泵排水、通風機運行情況、供電線路敷設等現場信息。

2．3多系統融合

多系統融合分為分站級融合、鏈路級融合和數據級融合。分站使用ARM處理器，將不同系統的監控設備通過各自物理鏈路接入融合分站的不同的通信接口中，從而實現多系統分站級融合。鏈路級融合是把不同系統的設備通過同一條鏈路接入融合分站，數據經各系統的程序處理后發送至各自監控主機。鏈路級融合能夠減少電纜、無線接口設備數量。數據級融合可以實現跨系統共享參數。當某一系統安裝該參數傳感器后，其他系統可以通過地面融合軟件獲得該參數。多系統融合可以避免系統的重復構建并降低運維成本。

2．4煤礦物聯網技術

為了確保現場監測監控機電設備的可靠性，避免因使用偽劣礦用機電零部件引起事故，煤礦企業需要采用物聯網技術管理監測監控零部件。物聯網技術可以優化采購、儲存、運輸、維護等環節，實現全礦井動、靜態管控。

2．5有效挖掘監測數據

井下分站與地面中心站之間傳輸的信息改為提前壓縮好的數據，以達到提高傳輸速率的目的。監控系統要重視采集數據變化量的比對工作，這樣可以預防瓦斯、火災等礦山災害。未來的煤礦安全監測監控系統不再由某一個公司構建，而是由相互獨立的多個公司兼容式開發。云計算將會成為未來數據存儲架構的主流模式，為綜合分析地質參數提供基礎。

3結語

我國數字化礦山建設已經取得了初步成效，但仍然存在安全監控標準不規范、大數據挖掘不充分、傳感器性能不穩定等技術薄弱問題。引入人工智能、大數據、物聯網、微電子、數據通信、計算機、自動化、射頻識別等新興技術，可以帶動煤礦安全監測監控技術快速發展。高性能的安全監控系統能夠監測生產環節，預防瓦斯、火災等煤礦重大災害事故，以達到自動化生產、精細化管理、科學化決策的效果。只有找準煤礦安全監測監控系統發展方向，才能保障煤礦企業安全生產。

參考文獻:

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作者:梁博森 單位:山東科技大學