关于王坪煤矿安全监测监控系统的设计研究

高天元

（同煤集团朔州朔煤王坪煤电公司，山西 朔州 038300）

在煤矿的运营过程中，安全监测监控系统不仅需要实时监测煤矿的运行状况，更需要对顶板、水灾、瓦斯等事故进行预测，有效地避免事故的发生或者降低事故的损失。但是当前王坪煤矿现行的监测系统却无法准确地获悉这些关键信息，存在大量的问题。在新时代的背景之下，为了从根本上为企业的安全生产保驾护航，提高企业的竞争力，传统煤炭能源企业的安全监控系统急需进行新的应用转型升级，设计新型的安全监测监控系统迫在眉睫。

1 王坪煤矿监控系统存在问题

同煤集团朔州煤电王坪煤电公司井田位于山西省朔州市怀仁县西南30km 处，行政隶属怀仁县新家园镇管辖。该矿公路交通四通八达，生产规模180 万t/a。安全生产为该矿一致认同的目标，为了尽可能地避免安全问题的出现，煤矿采用了安全监控系统。该矿所采用的安全监测监控系统虽然可以对地下矿井中种种数据进行收集、上传以及分析，有效地降低了灾害以及毒气对井下工作产生威胁的可能性，但目前仍存在一些问题：

（1）存在的干扰强。井下工作，空间有限，电场、磁场对传感器影响较大。监控设备抗干扰能力不强，传输信号较弱，导致数据不能及时上传至系统。

（2）效率低。监控监测系统使用传感器收集参数，数据需要经过井下分站传输至地上主机，如此一来有效数据不足20%，这将会对监测监控系统数据的实时性造成影响。

（3）利用率低。采集的大多数数据没有得到很好的利用，无法实现对数据的有效分析。

（4）系统硬件老旧。管理工作开展较慢，设备升级慢，这种问题存在于我国目前大多数的煤矿安全监控系统中。

（5）人员的专业化程度不高。煤矿信息监控系统是一种专业的管理操作，需要一定的知识水平才能发挥其最大价值。但是，在各种因素的影响下，员工的业务水平很不平衡。

综上所述，造成系统工作效率不高的最主要因素可以归结为：采集数据不及时，对关键影响因子的分析不到位，造成采集数据体量庞大但分析效果不佳，分析完问题后指令下达过程繁琐。因此，针对于该矿的现状，提出了一套新型安全监测监控系统的设计方案。

2 新型安全监测系统的设计方案

2.1 安全监测监控系统工作流程

新的监测监控系统首先应该分析国内外已发生的煤矿事故的原因，找出造成事故的关键因素，对其进行准确的实时检测。如造成瓦斯事故的主要因素是井下一氧化碳、甲烷等含量的超标，所以需要将已有的设备进行更新，选择新型的传感器来保证数据的准确性。煤矿安全监测监控系统建设不仅需要大数据的加持，其对设备以及信息传输的方式等方面也提出了更高的要求，该系统的搭建是一个行业综合实力的体现。该矿设计的煤矿安全监测系统的硬件组成如图1 所示。

图1 监测监控系统的硬件组成图

将收集的各煤矿安全参数，集中至该矿的安全监控系统的大数据库中，并将大数据库备份至各个分系统的监控分站中。为了实现信号的实时性，将图1 中各环节通过光纤进行联接。其系统的具体工作过程是：井下传感器可以全天不间歇的工作，根据各分系统的具体设置，监测井下的各个重要参数，把监测到的数据实时地传递给上级的安全监控分站，分站将采集的数据中大部分无用数据进行过滤，将部分重要数据进行保留，同时与已备份的安全大数据参数进行对比。对比的结果以及采集的重要数据包，会通过工业以太网上传至地面，到达监控主机。主机接收信号，在更完善的计算机算法之下，对其进行核实。如果数据确实超出了安全范围，立即启动备用信号线，即主机直接将命令下达至监控分站，分站采取停机、报警等方法，同时将故障或者报警说明，以文档的形式传至安全矿长。主机还会将故障、事故的原因、位置等信息以及必要的处理方式传给该负责部分的工作人员，指导撤离或者解决问题。

该矿设计的安全监控系统，通过先进设备（如传感器等）的加持，可将数据实时采集，分站进行处理，并且将有效信息以及预测上传，地方对其进行自动分析。一旦出现问题由主机直接下达指令，设备快速做出反应，并且将数据传给工作人员和安全领导，方便各方人员及时作出反应。同时根据系统提供的解决方案或者撤退路线，可以有效地对问题进行处理，大大节约了信息传达以及分析问题的时间，为井下人员、设备的安全提供了可靠的保障。该矿设计的安全监控系统可以有效地解决目前煤矿安全系统普遍存在的问题，真正意义上发挥了煤矿安全监控的作用。

2.2 安全监测监控系统的组成

新的监测监控系统通过大数据、计算机、信息传输等技术，建立关于整个矿井包括井上井下的环境、人员以及设备安全的监测监控系统，达到预测事故灾害、增强煤矿安全生产能力、提高企业处理应急事件能力等作用。为了更好地实现系统的功能，该矿将安全监测监控系统分为9 个分系统，系统的具体组成如图2 所示。

图2 安全监测监控系统的分系统图

结合王坪矿的实际情况，将安全监测监控系统分为：井下防水监测监控系统、矿压安全监测系统、空气监测系统、设备运行监测系统、井下工人位置状态监测系统、生产安全监测系统、输送监测系统、环境监测系统（年降水量等，影响井下防水工作开展）以及煤矿自动化监测系统。每个分系统会按照图1 中的系统流程进行工作，有一套围绕实际以及参数采集的装备，每个系统将处理后的数据资料都汇总到煤矿的大数据库中，为煤矿的安全工作提供数据资料，为今后的工作开展提供可参照的依据。

3 结论

煤企在新时期下面临着新的挑战，为了保持快速稳定发展态势必须将现有的煤矿安全监测监控工作进行升级，解决现有系统存在的问题，结合时代的产物如大数据、互联网等，将全国煤企进行串联，实现信息的互通，将煤矿生产过程中出现的问题事故等进行数据分析，为今后煤矿的安全生产提供数据的支持。王坪矿设计的新型安全监测监控系统就是要充分发挥大数据的作用，分析各环节的关键点，作为本矿监测的中心，通过数据来对本矿的安全进行监测与控制，实现实时的监测，做到即时的动作，保证矿井的安全生产，同时也可以为其他矿在监控系统改革方面提供依据。