煤矿安全监控系统的升级改造分析

张艺　林壮

摘 要：煤矿安全监控系统包括很多设备，这些设备中主要是以传感器为主，而传感器的性能仍有待提升，经常会出现供电不稳、传输线路容易受到外部因素影响的情况，技术水平较低，同时也会出现连接接口不规范等，对此，技术人员要提高传感器的性能，采用新型的数字传感与传输技术，优化煤矿安全监控系统的整体设计。

关键词：煤矿安全监控；传感器；升级改造

引言

安全监控系统的应用，是保证矿区深井安全作业的主要方式，而该系统是一个综合性较强的系统，内容复杂，对设备与技术有很高的要求，但因为设备自身的不足与技术水平较低等因素，增加了系统的不稳定性，因此，需要对系统使用的设备进一步升级，提高技术水平，保证矿井施工作业的安全。

1煤矿安全监控系统的功能

现在，煤矿安全监控分为两点，一点是人工监测，另一点是自动监测。首先，人工监测是指由检测人员在特定的时间与特点的地点，对矿井中的危险因素进行检测，得出检测的数据，根据数据显示的结果，加以控制，就像是随身带着瓦斯便携仪，测定矿井内瓦斯的含量。其次，自动检测是指结合瓦斯传感器与通信技术的优势，先由传感器检测空气中瓦斯的浓度，并把结果用传输技术传送到计算机中，由计算机记录各项数据，并进行分析，做出反应。

煤矿安全监控系统的功能包括：对矿井内各项数据进行采集，传输并储存到计算機中，进行处理，把结果打印出来，一旦出现潜在的危险，会及时处理，并采用声光报警的方式，控制危险的发生，其监测内容包括空气中甲醛、一氧化碳的浓度，矿井内风流动的速度与压力，以及温度变化等。整个系统的运行包括数个设备，比如主机、传感器、控制器等。

2煤矿安全监控系统运用的现状

2.1传感器性能不稳

矿井下的环境较为恶劣，湿度较高，会随着操作人员的开采产生大量的粉尘，有时也会形成腐蚀气体，破坏传感器正常的运行，导致传感器内部的感应元件和其他插件失灵，很难顺利检测，而传感器如果受到猛烈的撞击或震动，虽然也可以传输数据，但传输的数据与实际检测的数据存在一定的偏差，失去真实性。同时，又因为井下可以活动的范围较小，有强烈的电场与磁场，也可能会让传感器失灵，而现在矿井中使用的传感器并不稳定，测量数据常常失真。

2.2传感器供电不稳

煤矿安全监控系统的相关文件要求，传感器和分站的距离必须超过2km，但随着工作的进行，两者的距离已经超过6km，增加了线路承担的压力，导致传感器电力不足，很难正常启动，需要多次复位。

2.3传输线路容易被干扰

传感器与分站使用的是单向传输方式，信号在200Hz到1000Hz之间，不需要校验，导致线路的抗干扰能力较差，被其他传输线路影响。并且，现在很多矿井中传感器都有抗干扰能力差的特点，而从技术的角度分析，抗干扰与安全设计的要求是互相冲突的，这一点是线路容易受到干扰的主要原因。

安全监控系统在井下有数个监测点，分布很广，数据传输的距离很长，传感器与分站之间的距离或长或短，有的是几十米，有的是几千米，又因为井下空间范围的限制，电缆多以平行敷设为主，变成一个耦合的回路。而其他设备的运行，也会对其工作造成影响，让传输中断。

除了传感器的性能不稳，会受到其他因素影响外，其他设备也会出现同样的情况，无法顺利运行。

3煤矿安全监控系统技术的升级优化

3.1提高设备的可靠性与稳定性

设备正式投入使用前，可以预先对设备进行抗干扰的测试，使用数字传输技术，采用新型的传感器，提高传感器的防护等级，合理调整数据传输线路的距离，并对传输数据进行加密处理。

3.2完善系统功能

系统的运行需要大量的设备，这些设备包括传感设备、控电设备等，每个设备分属于不同的小系统，对此，技术人员可以优化设备的性能，进而完善各系统，比如电力监控系统等，提升系统功能。

3.3规范系统通信连接的接口

系统中的各个设备只有规范连接，才能够让数据有效传输。系统中主机使用的是工业以太网，也可以采用其他类型的总线，比如RS185、CAN等。而传感器与分线之间的线路连接，有线连接方式是工业以太网，无线传输包括WIFI等。

3.4提升系统的整体性能

系统每次巡检的时间间隔都必须在20s以内，不同地点断电的时间最长为40s，如果出现断电的情况，备用电源可以保证4h小时电力的正常，但供电两个小时后，必须进行更换。对模拟量的处理结果虽然有误差，但这种误差必须控制在0.5%以内，而分站顺利供电的范围最长不超过6km，如果超出，很难保证供电的安全。

4煤矿安全监控系统的升级改造

煤矿安全监控系统的升级改造，对设备的设计提出了更高的要求，通过不同设备性能的提升，优化煤矿安全监控系统。

4.1整体的设计要求

瓦斯传感器可以精确测量数据，稳定性符合国家的相关标准，并使用数字处理技术。与传感器连接的分站内，要放置数据的存储器，控制检测现场，并及时与主机建立联系，接受主机的遥控指令，控制电力的断开与恢复。而传感器会把检测到的空气中瓦斯的含量数据变成电信号，借助电力输出，要求有良好的稳定性，根据矿井下的实际情况，选择合适的传输距离，保证信号的有效传输。

分站终端会把接收到的信号变成信息，并按照与主机特定的连接方式，把处理后的信息传给主机，同时，它还会控制执行器的运行。而执行器接收到分站下发的指令后，就会做出断电、复电的行为。

传输接口是主机与分机连接的主要方式，实现信息的交互，接受分站发出的信息，并传送给主机，再把主机下发的指令传给分机，自动检测系统。

4.2传感器设计

瓦斯传感器是系统设计的重要部分，通常会安装在工作区域、掘进的尽头或是回风岗等，检测空气中瓦斯的浓度，如果浓度超过报警值，就会发出警报。瓦斯传感器的内部，有载体催化元件，主要放置在探头内，如果空气中没有瓦斯，电桥就会保持稳定，不会向外输出信号，但一旦瓦斯进入探头，电桥失衡，形成检测信号，再把信号放大，传入芯片，由处理器进行处理。信号经过处理后，会用标准频率传给分站，再传给主机。而瓦斯的浓度达到报警值，传感器就会发出蜂鸣警报，恢复后警报自动解除。

4.3分站设计

分站是系统中必需的一部分，它会接收传感器传输的信号，并按照原有的复用方式，在较长的距离内把信号传送到接口，并接受接口的复用信号。同时，分站也有简单的数据处理能力与显示功能，把与主机的通讯结果或传感器传输的数据显示在屏幕上，用曲线的形式呈现出来。

4.4执行器设置

动作执行器主要接收的是分站命令，与控电设备连接，进行断电或复电。因为分站有数个开出口，数量在8到16个之间，但每个控制电源的设备距离不同，如果控电设备距离较远，再加上电平的不稳，可能会导致控电设备无法正常使用。因此，要求设计人员设计出远动执行器，它接收到信号后，会把信号放大，带动继电器工作，另外，也要及时收集执行器的使用情况，从而保证执行器的正常使用。

4.5传输接口设计

主机下发的信号会先进行转换处理，把输出的RS232信号变成TTL信号，并用光电把元件隔离开，让主机与分站使用的电力不会互相影响，减少电力之间的干扰，指示灯会显示信号的传输过程。这些传输过程结束后，再次进行信号的转换，让信号变成485信号制，由分站接收。

5结语

综上所述，煤矿安全监控系统的升级改造，可以通过使用设备的优化升级实现，即按照整体的设计要求，优化主机、传感器、分部终端、处理器与传输接口的设计，比如传感器性能与供电不稳，传输线路容易被干扰等，通过实现设备的升级优化，确保传感器检测结果的真实，讓信号有效传输。这不仅可以提高设备的可靠性与稳定性，同时也可以完善系统功能，提升系统的整体性能，改善系统应用的现状，从而减少矿井安全事故。

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