基于电子信息技术在束管监测监控系统中的优化设计

李建军 李荣升

（阳泉市南庄煤炭集团有限公司南庄公司，山西 阳泉 045000）

1 引言

南庄矿预防煤层自然发火主要依靠束管监测系统，通过对井下有自然发火的危险区域进行全面监测监控，对采空区、工作面及巷道内火灾指标气体成分进行分析，来预测煤层自然发火情况[1]。但是在实际应用中却存在着束管管路破损维护、气样易污染不纯、监测人员技术差异、无法实时监测[2]、数据分析指标单一等问题。南庄矿安全生产系统中电子信息技术主要运用于井下人员定位和井下巷道监控。该矿检测设备老旧而且不够全面，安全信息平台建设停滞不前，电子信息化水平整体不高，技术人员检测数据差异性很大，造成了目前面临着安全问题考验的局面。因此，束管监测系统有必要结合电子信息技术的优势特点，来提高南庄矿信息化建设水平和解决实际运用中的难题。

2 电子信息技术的优势特点

电子信息技术成为当代最活跃、渗透力最强的科学技术之一，随着我国科学技术的迅速发展和人民生活水平的不断提高，各种电子信息技术已应用于各大企业生产中，电子信息产业已成为一种新兴的高科技产业[3]。依据电子信息技术设计的设备产品应用上主要体现形式是一体化特点，机电一体化可以提高产品设备的自动实时监控能力、预警能力和决策管理能力等。

电子信息技术具有以下三方面优势特点：

（1）智能化。智能化是指由现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术、智能控制技术等技术汇集，最终形成一种针对某一方面应用的智能集合，如智能交通信号灯控制、监管系统都应用到了智能化技术。

（2）数字化。数字化是把现场各种复杂情况的信息转变为可以度量的数字或数据，再将这些数字、数据建立起数字化模型，转变成代码，将其引入计算机内部，再对实际数据进行统一处理。数字化具有直观、稳定、可靠、简单等特点，能为技术人员减轻工作负担，减少人力物力资源。

（3）网络化。网络化是指用通信技术和计算机技术，把各个地点的计算机及各类电子设备互相连接，按照一定的网络程序软件达到相互通信的目的，使得各个用户都能够在同一时间共享各种数据、图片等信息资源。网络化具有实时、反应快捷的特点。

3 电子信息技术在束管监测监控系统中的应用

3.1 电子信息技术应用实现技术方案

为解决南庄矿现有束管监测系统存在的问题，结合电子信息技术的智能化、数字化、网络化三大优势特点，设计如图1所示的新型束管监测监控系统结构图。该系统主要由井下监测监控系统和地面监测监控系统两大部分组成，地面与井下有局域网络实现信息畅通，井下监测监控系统是通过布置在危险区域的传感器和束管气样监测分析，实时采集所监控区域的瓦斯、风速、风压、温度等指标，井下监测的数字化信息通过有线网络传输至地面监测监控系统，再经过调度室和监测监控中心来对信息综合决策，通过智能预警监控系统来判断预警级别，并作出相应的预警级别响应措施，实现对井下监测监控目的，保证南庄矿安全生产。

图1 新型束管监测监控系统结构图

3.2 系统功能分析

（1）实时监测

将气样和温度采集分析设置在井下可避免长管路铺设和后期维护困难等问题，能极大地减小由于抽气排空而导致监测区域时间滞后的可能性，能保证数据的精确性。系统可采集瓦斯、风速、风压、温度等多重指标，可实现风、电、瓦斯闭锁功能。井下监测监控系统根据工作面危险区域合理布置传感器的数量、类型、位置，可实时显示所监测区域的指标数据动态图形、历史曲线，并且操作员可设定监测起止时间，自动生成报表，报表里的数字化信息数据能实时传输至地面监测监控系统。

（2）自动监控

井下监测监控系统通过风速传感器、风压传感器、温度传感器以及束管采集到的气体成分等数据信息，能够实时获得井下实际情况，再通过局域网络完成数据传输到地面监测监控系统，利用设计的安全监测监控系统软件对采集来的数据进行分析处理，对测点信息进行数据汇聚，对超过《煤矿安全规程》的指标数据所对应的区域进行超限报警提示，可实现自动监控功能。

（3）智能预警

井下监测监控系统里的应用软件具备自动搜索瓦斯超限、停风区域、风压异常变化区域、温度异常区域，并且达到相应指标后自动实现区域报警。地面计算机智能预警监控系统将监测区域所有可能产生的指标气体浓度、风速、风压、温度划分到相应的预警级别，同时每一个预警级别都有相对应的安全措施数字化编入智能预警系统中，通过井下实时传输到地面的计算机智能预警监控系统的数据，由该系统智能判断井下监测区域的实际情况，并作出对应的级别响应措施，可避免有操作员主观判断错误的现象，实现综合智能预警功能。

3.3 结合实例应用分析

为保证南庄矿8824综采工作面防灭火工作做到科学、安全、有效，结合8824综采工作面实际开采情况，设计了8824工作面煤自燃预测预报系统，束管监测监控测点布置方案如图2所示。在采空区内部，沿着回风巷和运输巷布置在采空区内距离工作面30m和60m处，设置有4个束管测点，如图2所示的1、2、3、4四点，束管采用无缝钢管保护。在工作面和回风巷中，测点分别布置在上下隅角、工作面和回风巷中部，测点布置有CO传感器、CH4传感器、风速传感器、风压传感器和温度传感器，如图2所示的5、6、7、8四点。随着工作面的推进，测点也向前移动。井下监测监控系统通过工作面布置的各种传感器，对CO、CH4、温度、风压和风速等进行24h连续循环监测，并将监测结果和采样气体组分数据传输到地面计算机智能预警监控系统，以报表、曲线、趋势预警等形式实时滚动发布，一旦超限（按《煤矿安全规程》的要求设定）就进行声报警。

图2 束管监测监控测点布置示意图

根据南庄矿8824工作面煤层煤样氧化升温实验结果，可初步按照如表1所示的CO气体监测预警体系表来指导8824工作面的防灭火工作。分5个预警级别，每个级别都有对应的预警响应措施。依托CO气体监测预警体系来开发设计的智能预警程序已运用在该工作面的束管监测监控系统中，目前针对监测到的CO数据异常情况，已严格按照预警级别来采取响应措施，充分体现了该技术方案的优越性。

4 结论

电子信息技术在南庄矿束管监测监控系统中的应用并不完善，结合电子信息技术中的智能化、数字化、网络化特点，优化设计了一种新型束管监测监控方案，在一定程度上可实现南庄矿8824工作面安全生产监测监控信息畅通，提高矿井安全实时监测、自动监控和智能预警水平，增强该矿8824工作面防灭火工作的可靠性。

表1 CO气体监测预警体系表