矿井通风安全监测监控系统关键技术应用

2018-12-29宋清贵

山东煤炭科技 2018年12期

宋清贵

（阳泉市南庄煤炭集团有限责任公司，山西阳泉 045000）

1 矿井概况

1.1 矿井基本概况

南庄矿井井田位于沁水煤田阳泉矿区南东部边缘，面积为12.5928km2，批准开采3#、6#、12#和15#煤层，其中3#、6#、12#已开采完毕。矿井为高瓦斯矿井，经鉴定为不易自燃煤层，煤尘均无爆炸性，水文地质类型为中等，核定生产能力200万t/a。截至2018年3月底，矿井剩余可采储量1050万t，可布置正规回采工作面储量170万t，可布置综采开采工艺回收的大巷煤柱、边角煤储量300万t。

1.2 采掘头面数量

生产布局上布置有两个生产采区，分为12#煤六采区和15#煤八采区。12#六采区最后一个工作面已于2017年6月底结束回采，目前12#六采区仅保留系统巷道，15#八采区布置一个综放工作面，一个准备工作面，一个综掘工作面。

2 南庄公司安全监控系统概述

（1）2002年，重庆煤科院生产的KJ90NB安全监控系统投入运行，后经过几次软硬件升级改造，能够24h不间断对各作业场所环境参数实时监测，具备了瓦斯电闭锁、故障闭锁、风电闭锁、异地断电闭锁等功能。南庄公司目前在用的安全监控系统就是该系统，2008年完成升级改造并通过阳泉市煤炭工业局验收。目前，各类安全监控设备采集、传输、处理、分析数据准确，环网运行正常，各类上传信息准确。

（2）安全监控系统显示和控制终端已设置在总调度室，配备专人24h实时监测井下各作业场所环境参数，所有值机人员都是经过安全监控仪器专业培训并持证上岗。

（3）传感器调校方法严格按照AQ1029-2007标准执行。标校流程符合各项规定要求。

（4）高低浓度瓦斯传感器执行15d用标准气样标校一次的管理规定。采煤机、掘进机的机载瓦斯传感器15d用标准气样定期标校贴牌管理，温度传感器、风速传感器、风筒风量传感器、氧气、二氧化碳传感器和现场核对方式标校。

（5）矿井通风安全监测监控系统构成如表1所示。

表1 南庄公司矿井通风安全监测监控系统构成

（6）采煤机、掘进机等机载断电仪统一挂牌管理。

（7）监控值机人员总共8人，分4个班，每班2人，统一执行调度管理制度。

（8）2017年1月份，安全监控系统KJ90NB已升级到最新版本，现系统运行稳定。

（9）每年3月和9月，市质监局专业技术人员调校2次，每次调校瓦斯传感器76台、一氧化碳传感器29台。

（10）本矿井为资源枯竭型矿井，为了提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需求，南庄公司按照《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求，分步进行硬件升级改造，确保系统的稳定运行。

3 南庄公司安全监控系统关键技术

3.1 总线技术

在南庄公司矿井的通风安全监控系统中，总线技术是系统最关键的技术，总线技术在工业监控领域中应用比较广泛，总线技术是以总线为核心，将控制技术、通信技术、计算机技术结合起来，实现监控目标。南庄公司的矿井通风安全监控系统中，主要应用的总线技术主要有以下几种：现场总线基金会FF、控制器局域网CAN、RS-485标准协议现场总线、局域操作网络Lonworks。目前，我国的矿井通风安全监控系统中，应用比较多的要数控制器局域网CAN总线技术了。

控制器局域网CAN总线技术在我国最初是在汽车内部构件的测量中应用，后来应用到执行汽车部件之间的数据信息通信功能，控制器局域网CAN总线技术的主要结构形式如下图1所示。通过使用串行总线结构形式，实现全双工方式工作，其中的消息多以消息包的形式传送，消息包中又包含了消息识别符、远地传送请求、数据长度码以及数据等内容。

图1 CAN串行总线结构形式

在南庄公司矿井通风安全中使用控制器局域网CAN总线技术，要想实现比较理想的设计效果，达到精确的监测监控目标，必须做好通信接口设计和总线软件设计工作，就通信接口设计而言，主要由CAN驱动器、微处理器、CAN控制器组成，而其中的CAN驱动器主要发挥着抗电磁干扰的能力，对于监控系统能够起到过热保护作用，在系统发生短路故障时，也能进行短路保护，且这种监控系统的耗电量不高，具有低能耗的特点，能够保证系统的稳定安全运行。

3.2 灰色预测理论

智能传感器是南庄公司矿井通风安全检测系统中的关键部分之一，要确保这部分的性能，必须要使用灰色预测理论。传感器的使用中需要进行自行校正，一般的自校正方法主要包括神经网络法、曲线拟合法、查表法等，这些自校正方法在矿井通风安全监测系统中并不适用，因此，灰色预测理论就为矿井通风安全监测系统提供了有效的技术支持。灰色预测理论属于灰色理论范畴，主要是通过数据处理的方法对于数据之间的联系和规律进行分析查找，实现灰色数的处理。

将灰色预测理论应用到矿井的通风安全监测系统中，实现智能传感器的自校正功能，第一步是对原始数据进行累加，弱化原始数据的序列随机性。自系统的风压传感器灵敏度自校正中，这一预测理论利用等差气压对于相应的传感器进行校正，在获取原始数据后结合灰色预测理论进行计算和预测分析。南庄公司矿井通风安全监测系统中的原始数据相对较少，能够符合灰色预测理论的应用条件。

4 矿井通风安全监测监控系统关键技术应用

矿井通风安全监测监控系统技术应用过程中，不稳定因素的存在必然会影响技术效果，针对南庄公司技术应用出现问题，下面将进行分析研究，提出相应的对策。

4.1 传感器优先，注重质量

传感器对于矿井通风安全监测监控系统的影响是不容小觑的。在整个系统构建过程中，必须把质量控制放在第一位，尤其需要注意的是传感器质量控制，这样可以最大限度地降低由于传感器所引起的安全事故发生的概率，另一方面为矿井安全生产提供了坚实的保障。这就要求在传感器采购中必须对供应商进行严格的把控，遵循“质量优先、信誉优先”的基本原则，从源头上保证传感器的质量。以瓦斯传感器为例进行分析。在传感器正式投入生产之前，需要对瓦斯传感器的系统兼容问题进行试验分析，之后再对它的抗冲击性能以及抗毒性能进行研究，待全部试验合格以后才能大范围投入生产，有效地规避其中可能出现的安全问题。

4.2 强化功能，注重创新

在任何一个行业中，创新是发展的前提，尤其是在科学技术日新月异的今天，创新是企业生存的必要条件。在科学技术发展的带动作用下，矿井通风安全监测监控系统性能也日渐完善，但是受到各种因素的影响，南庄公司系统应用仍旧存在着一定的不足，鉴于此，在今后的构成中，矿井企业应当结合自身实际创立科研小组，组建专家团队，不断地去钻研，去创新，不断地完善系统性能，特别是加强对系统防雷功能性能的研究，例如可以在保护区与中心站之间设置安全区域，实施有效的避雷措施，最大限度降低雷击事故的发生。

4.3 做好设备养护工作

设备养护工作将直接关系到系统设备的使用寿命和性能发挥，故而在今后的工作中需要做好以下几点。（1）制定完善的矿井通风安全监控系统设备的维修养护制度，严格执行，落实到实处，增加日检、周检、月检以及季度检等检查制度，一旦发现问题必须第一时间解决。（2）对于系统重点位置可以缩减检测周期，在生产中重点保护，避免出现安全事故。