煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号辨识探讨

叶生银

摘要：在我国自动化进程日益加快的当下，智能自动化技术也运用到了煤矿生产系统当中。本文将针对煤矿安全监测监控系统以及煤矿安全监测监控系统框架结构进行详细的分析，其目的是研究出煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号特征以及煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号辨识方法。

关键词：煤矿；安全监测监控系统；瓦斯传感器；异常信号辨识

煤矿安全监测监控系统能够切实的结合煤矿工作的实际需求，严格的煤矿工作要求的实际规章制度，进行煤矿安全监测监控系统配备。当前煤矿安全监测监控系统能够有效的针对煤矿工作中的瓦斯、风速、一氧化碳等容易造成煤矿安全事故的因素进行全面的监控。本文将针对煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号辨识进行全面的探讨。

1.煤矿安全监测监控系统概述

煤矿安全监测监控系统能够统筹井下皮带运输情况和煤矿电力系统，结合井下GPS定位系统的实际功能，方便了煤矿安全人员对煤矿井下管理【1】。结合GPS定位系统和矿井信集闭系统的工作内容，实现了井下工作人员的实时定位，将各种安全信息物理量结合在一切，转换成电子数据信息信号，在计算机系统上及时的针对数据信息进行详细的分析，通过融合、判定等手段通过数据信息，快速的监控煤矿的生产状态，以便于管理部门快速高效的开展决策。煤矿安全监测监控系统与传统企业所运用的DCS集散控制系统有着明显的区别。煤矿安全监测监控系统在煤矿生产的过程中，能够将监督控制系统分属各个部门中，并且能够及时的在煤矿领导的调度之下，第一时间掌握煤矿的的具体信息。当前煤矿安全监测监控系统都以基于互联网、物联网基础上开展的信息监测，能够切实的秉承互联网信息传达飞速的优势，全面的开展煤矿系统各个内容的监控。

2煤矿安全监测监控系统框架结构

2.1、基础设备通信层

煤矿安全监测监控系统的基础设备通信层中包含了设备层、交换层以及信息层。在设备层中，通过模拟量、开关量、视频信息等内容的采集，以便于及时的将现场的数据信息进行反应。交换层的工作内容便是利用光纤交换机、数据交换器、监控分站、服务器、信号连接设备、光纤线路、双绞线等先进信息技术设备，将在煤矿实际工作中采集到的信号内容进行处理的环节，并转换成系统预设的各种信息数据，以便于及时的帮助安全管理人员把控煤矿井下的实际情况【2】。信息层的实际功能便是第一时间现实实时数据，并且详细的针对数据进行分析、显示与管理。在开展信息数据现实的过程中，往往会使用数据表格、画面监控、视频图像等多种信息来第一时间检测各种数据的变化。针对信息层来说，往往需要处理大量的信息，并且还要承担起将历史信息进行存储、分析的任务。但是随着我国大户数据处理技术的高效运用，使得我国当前煤矿安全监测监控系统的信息层使用效率更高。

2.2、风电瓦斯闭锁

风电瓦斯闭锁是煤矿安全监控系统中的重要组成部分。风电瓦斯闭锁是检测瓦斯的重要设备内容，也是保障井下施工安全的主要闭锁设备。风电瓦斯闭锁的内在構成为电源、断电控制器、电缆、接线盒的、声光报警、甲烷传感测试器等设备。若瓦斯的浓度超出了标准设置的范围，声光报警器便会进行报警，若瓦斯浓度超出了临界值，风电瓦斯闭锁设备便会断绝一切井下施工设备的运行，对设备进行故障闭锁控制。通过对风电瓦斯闭锁测控软件的程序编写和控制，能够统筹风电瓦斯闭锁信息配置程序、瓦斯传感器的报警控制程序、瓦斯传感器的风电瓦斯闭锁控制程序、风机开停或风筒开关等开关量传感器的风电瓦斯闭锁控制程序以及风量传感器的风电瓦斯闭锁控制程序，确保了煤矿安全监控系统的敏锐性和实效性。

2.3、KG9701（A、B、C）矿用瓦斯传感器

瓦斯浓度是当前煤矿安全管理工作的重中之重，若一旦造成了瓦斯安全威胁，那么对煤矿的生命财产损失将是巨大的。KG9701矿用瓦斯传感器及时主要的功能便是在煤矿井下针对井下工作环境的实际瓦斯气体浓度进行全面的分析和监测，并将捕捉到的实时信息通过交换层的手段，将实际的信息内容传递给地面的安全控制中心。信息层会利用报表和历史曲线分析的手段，生动形象的展现煤矿井下瓦斯浓度，若瓦斯浓度超出了安全范围，那么便会开展安全警报，这时候煤矿便会停止一切的施工，并通过断电的形式，开展瓦斯浓度控制。通过KG9701矿用瓦斯传感器催化元件测量的手段，全面的监测瓦斯浓度的一手信息。

3.煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号特征

3.1、常值卡死型异常信号

造成常值卡死型异常信号的主要原因是由于在实际开展煤矿安全监测的过程中，施工现场往往会存在很多灰尘污垢，在黑白元件与瓦斯气体开展催化反应的过程中，往往便会造成煤矿瓦斯传感器运转卡顿的状态。卡顿严重的情形便会造成数据信号传输常值卡死的异常状态。在此种状态之下，往往会造成信号检测过程中失去监测控制能力。

3.2、恒偏型异常信号

恒偏型异常信号一般出现的原因有以下几种，其一，便是矿用瓦斯传感器存在老化的现象，传输的信号数据产生偏移、不稳定等情况。其二，便是矿井井下石工的现场存在相对较强的干扰信号，在信号与磁场的干扰之下，矿用瓦斯传感器出现耦合入监控系统的情况，造成了数据信息捕捉与传输的偏差，产生了恒偏型异常信号。

在实际开展煤矿安全监测的过程中，KG9701矿用瓦斯传感器的工作状态呈现出高内阻状态，并且KG9701矿用瓦斯传感器受到外界的影响也相对较大。煤矿井下工作的环境及其复杂，容量功率开关设备容易停滞，并且煤矿井下施工涉及到放炮作业，往往容易造成对KG9701矿用瓦斯传感器的影响，造成脉冲或冲击状态目，形成瞬时型异常信号的数据信号。

3.4、周期性脉冲型异常信号

矿用瓦斯探测传感器的周围常年存在干扰磁场、干扰冲击波、不良接触等多种不良状态。当KG9701矿用瓦斯传感器在实际开展瓦斯信息捕捉时，便会遭受周围不良因素的干扰，形成一个周期性的冲击脉冲【3】。此种形式的脉冲冲击，往往会造成KG9701矿用瓦斯传感器信息捕捉、录入不准确的现象，身子造成多次连续错误警报的现象，如图1。

3.5、甲烷浓度异常信号

在煤矿安全监测监控系统中发现甲烷浓度若超过1.0% CH时，风电瓦斯闭锁便会出现声光报警；若煤矿安全监测监控系统中发现甲烷浓度若超过1.5% CH4时，煤矿井下施工的电气设备的电源便会全部闭锁，直至甲烷浓度在1.0% CH4以下，才能够自动解锁。此外，风电瓦斯闭锁中掘进工作面入风流中，甲烷浓度达到或超过1.0% CH4时，便会造成声光报警，此时巷道内部的施工设备电源全部关闭。当掘进工作面入风流中，甲烷浓度达到或低于1.0% CH4时，便会自动解锁。当掘进工作面或回风流中甲烷浓度大于3.0% CH4时，那么局部风机便会出现停止运转的现象，当掘进工作面或回风流中甲烷浓度小于3.5% CH4时，局部风机便会自动解锁运转。

4煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号辨识方法（下转第页）

（上接第页）

4.1、离散傅里叶变换谱分析法

煤矿瓦斯信号系统的特征便是基于DFT异常信号变幻提取方式引申而来，并被广泛的运用在异常信号提取分析当中。DFT异常信号变幻提取方式的运用的主要途径便是通过时域离散的手段，将被辨识的数据信号在频域上进行辨识，并通过其幅值铺和功率谱的手段针对功率谱数据进行提取。

4.2、小波分析法

小比分析法是主要内容便是利用不同信号的实际特征进行分析，在信号中通过便是信号故障的方法，针对信号进行实际的诊断。小波分析法发明与运用的实践相对较早，并能够在设备故障出现早期便可以结合实际情况判断出故障出现的周期。小波分析法运用了能量向量谱、FCM聚类分析法等手段，开展的信号分析。在煤矿安全系统瓦斯监测工作中，能够充分的发挥卡尔曼滤波器的实际作用，全面的优化RBF神经元网络和FM聚类分析方法，严格的针对信号所出现的故障进行及时的分类和分析。此外，在小波分析法中还能够利用能量谱手段，展现出能量谱上的异常信号，切实的将干扰瓦斯监测的因素进行规划与整理。将能量谱手段与异常信号特征进行结合分析，能够准确、科学的挖掘出瓦斯监测控制信号所存在的原因，并且及时的针对错误的信号进行纠正。

结束语

总而言之，煤矿安全监测监控系统运用效率相对较高，信息技术、智能技术的融入，能够有效的降低煤矿安全事故的发展。煤矿安全监测监控系统中瓦斯检测系统能够全天候的针对煤矿井下的瓦斯浓度进行监测，避免了安全事故的发生。但是在煤矿安全监测监控系统瓦斯监测系统运用的过程中，往往会出现多种多样的异常信号辨识，想要及时的辨识异常信号的实际来源，应该积极的利用希尔伯特——黄变换分析法、小波分析法以及离散傅里叶变换谱分析法等手段，及时的针对不同异常信号进行分析，第一时间杜绝安全隐患，保障煤矿安全监测监控的效率。

參考文献：

[1]黄凯峰. 瓦斯监控系统异常信号识别研究综述[J]. 科技创新与应用，2016（16）：82-82.

[2]黄凯峰. 煤矿安全监测监控系统瓦斯浓度异常信号辨识方法研究[D]. 安徽理工大学，2016.

[3]王勇，殷大发，邸彭浩，等. 煤矿瓦斯监测系统异常数据识别技术研究与应用[J]. 工矿自动化，2013，39（4）：83-86.