煤矿企业加强现行瓦斯监控体系的思考*

2022-03-28王世斌刘长来王西才

陕西煤炭 2022年2期

王世斌，刘长来，王西才，王宁

(1.陕西煤业化工集团有限责任公司，陕西西安 710100；2.陕西煤业股份有限公司，陕西西安 710077)

0 引言

当前，随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视，煤矿安全标志的陆续完善和煤矿工人安全意识的不断提高，煤矿瓦斯安全监测与治理成为了煤矿安全生产的重中之重，各类瓦斯检测仪器在煤矿生产中发挥着重要作用。

瓦斯监控系统是用来监控瓦斯浓度和变化的系统，以防瓦斯事故发生[1]。20世纪80年代初期，我国首次引进一批监控系统，并在部分煤矿开展运行和试验[2-5]。随着科技进步、矿井安全监控系统技术的提高，国内各大研发单位又相继推出了KJ90、KJ95等监控系统，从而实现对整个井下环境的监测[6-8]。

在煤矿井下检查瓦斯利用先进的安全监测监控系统降低瓦检员的劳动强度、逐步减少人工检测瓦斯应是可行的，也应成为煤矿安全生产发展的趋势[9-11]。

通过对陕煤集团煤炭板块所属8个矿业(煤业)公司36对生产矿井开展现场调研，从目前煤矿井下瓦检员的实际工作现状及存在问题、煤矿安全监测监控系统功能及应用现状，展开加强煤矿现行瓦斯监控体系的思考，分析利用煤矿安全监测监控系统降低瓦检员的劳动强度并逐步减少人工监测瓦斯的可行性，并论述建立矿井安全智能监测监控系统为加强瓦斯监控的解决方案。

1 煤矿瓦检员工作现状及问题

《煤矿安全规程》从管理机构、制度的建立、人员的配备到各生产环节中的有关瓦斯检查工作都作出了明确的规定[12]。这在以往我国煤矿原有监测监控功能不全、可靠程度差、传感器不灵敏、有人为移动和损坏而造成失灵、井下人员素质低、安全装备水平不高等情况下，对于加强瓦斯灾害防治和管理、确保矿井安全生产发展具有重要的意义。

1.1 煤矿瓦检员实际工作现状

瓦检员主要负责煤矿井下所有采掘工作面、硐室、使用中的机电设备的设置地点及有人员作业的地点等场所的瓦斯检查，同时在日常需要参与矿井通风系统调查及调整，防火墙、密闭、风窗、风桥检查，粉尘、噪声测定以及责任区域巡查工作。煤矿瓦检员在井下工作情况如图1所示。

图1 煤矿瓦检员在井下工作情况Fig.1 Coal mine gas inspector working underground situation

1.2 瓦检员工作存在的问题

目前，井下瓦斯巡检主要依靠瓦检员，其系统巡检以步行为主，检查点多、路线长、工作量大，平均每工每班步行10 km以上。如按标准规范检查各点瓦斯，很难按时完成既定巡回检查计划，从而导致部分瓦检员在日常作业时存在未按标准检查瓦斯的情况。无论是管理原因，还是瓦检员自身工作原因，煤矿井下瓦检员工作主要存在以下问题。

出现异常情况难以及时处置：随着井下巷道的不断延伸，通风设施的不断增加，瓦检员负责的区域不断扩大，工作任务不断增加，如遇该区域内发生异常情况无法及时联系上瓦检员或瓦检员难以及时到达异常点查明事故原因而采取应急处置措施。

对风流、瓦斯无法做到连续、全面、实时、及时、准确的监测：存在瓦检员点对点检查瓦斯情况，导致检查瓦斯不连续，不能获取井下瓦斯实时情况。同时，人工检测在一定程度上增加了入井人数，人为增加了隐患风险。系统巡查瓦检员属于零散岗位作业人员，单岗操作，无互保人员，巡查瓦斯期间存在一定的安全隐患。

瓦检员整体素质和业务水平参差不齐：虽然在人员选择上，瓦检员经过了严格职业技能素质考核并取得特种作业证方能上岗，但人员大多数为一线退下来的人员，年龄结构偏大，临近退休人员较多，接受新技术和设备适应性相对较弱。

瓦检员井下作业时间较长：个别瓦检员工作态度不积极、工作主观能动性较差，容易出现瓦斯检查空班、漏检、假检、检查记录不完善、巡回检查请示汇报不到位、检查操作不标准等现象。

2 煤矿安全监测监控系统技术发展

2.1 安全监测监控系统的功能分析

安全监测监控系统具有连续性、实时性监测功能，可实现对井下瓦斯参数采集、处理、分析、显示、存储、打印。系统具有提供为保证系统正常运行所必须的有关配置、设备管理功能，提供实时数据、报警、断电、馈电异常、通信状态等信息查看，历史数据、报表、报警记录、故障记录、断电记录等信息查询、打印，系统及设备故障诊断、标校提醒、GIS图形展示、瓦斯涌出量预测、火灾预测预警等功能。

2.2 安全监测监控系统的应用效果和优势

系统应用效果：调研各矿井使用安全监测监控系统至今，其瓦斯预防效果明显，矿井瓦斯流动情况反应真实，闭锁功能反应灵敏[13-15]。其安全监测监控系统具体组成装置及安装情况，如图2所示。安全监测监控系统传达速度快、数据真实可靠，同时可依据井下有害气体的浓度或环境条件自动做出全方位的预警和连锁反应，形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道，为矿井安全生产保驾护航。

图2 安全监测监控系统具体组成装置及安装情况Fig.2 The specific components and installation situation of the safety monitoring and monitoring system

系统优势：①安全监测监控系统能连续不断监测井下各采掘工作面、系统巷道及硐室等气体浓度情况，能够实现超限报警、断电等警示功能，检测结果的准确性和及时性高于人工检测；②安全监控系统显示和控制终端设置在矿调度室，能够及时安排处置危急情况；③矿井安全监控系统与行政主管部门均实现了联网，实现了安全远程管控；④实现对瓦检员无法进入的区域进行安全监测，降低了作业人员的安全风险。

3 安全监测监控逐步替代瓦检员的可行性分析

3.1 技术可行

稳定可靠性：监测监控系统的电源和信号传输都是独立于其他系统，配备有不低于4 h的备用电源，保证了电源的稳定和故障处理的迅速，能实现24 h不间断对各地点进行监测。且出现瓦斯超限能立即进行报警和超限断电功能，同时可与广播、定位等系统进行应急联动。而瓦检员只能做到定点、定时监测，且一旦瓦斯超限，瓦检员不能做到及时断电，较瓦检员监测能更高效地实现对各地点瓦斯情况进行监测监控，杜绝瓦斯事故。

数据准确性：传感器每15天用标准气样进行标校，保证其监测的准确性，监测监控系统运行对比人工检测数据误差性更小。人工检查过程中使用光学瓦斯检定仪受环境、温度、大气压、氧气浓度等因素，影响较大，造成检测数据误差较大。

区域替代性：目前，煤矿实行瓦检员检测数据与安全监测监控系统的传感器数据对比管理模式，从技术方面分析比较，利用安全监测监控系统可降低煤矿井下部分检查瓦斯区域的瓦检员工作强度，甚至可配备较少瓦检员。

3.2 社会、经济效益显著

根据矿井实际配备需求，调查统计各矿井瓦检员人员工资情况，统计情况见表1。

表1 各矿井瓦检员人员工资情况统计Table 1 Statistics of gas inspectors salary in various mines

同时，针对各矿井现有安全监测监控系统具体情况，开展现场调查分析。调查内容为各矿井瓦斯传感器安装情况(传感器数量及总价)、传感器预计维修、调校费用。同时对安装煤矿安全监测监控系统所需的各项费用进行补充说明，各项费用具体情况见表2。

表2 各矿井现有安全监测监控系统具体情况统计Table 2 Statistical table of the specific situation of the existing safety monitoring and monitoring system in each mine

对比分析上述调研数据，陕煤集团煤炭板块所属8个矿业(煤业)公司36对矿井所有瓦检员的年工资费用高于煤矿安全监测监控系统所需费用，同时，考虑到煤矿安全监测监控系统只需一次投资，以及井下传感器使用寿命普遍为3～5 a。因此，需考虑5 a内，煤矿安全监测监控系统代替瓦检员的经济成本。以陕煤集团煤炭板块所属8个矿业(煤业)公司为研究单位，见表3。

为直观反应各矿业(煤业)公司5 a内花费统计情况，根据表3中统计数据，绘制各矿业(煤业)公司5 a内花费情况对比图，如图3所示。

表3 5 a内各矿业(煤业)公司瓦检员工资及煤矿安全监测监控系统费用统计Table 3 Statistics of the gas inspectors salary and the cost of coal mine safety monitoring and monitoring system in various mining(coal)companies within 5 years

通过调查对比分析，由图3可得，煤矿采用安全监测监控系统所花费的费用远低于瓦检员工资，可节省大量经费。因此利用安全智能监测监控系统降低瓦检员劳动强度、逐步替代瓦检员的探索发展，在社会经济效益方面效益显著。

图3 各矿业(煤业)公司5 a内花费情况对比Fig.3 Comparison of spending by mining(coal)companies in five years

3.3 实例论证

以榆北煤业小保当煤矿为例，分析其使用煤矿安全监测监控系统的具体情况。

榆北煤业小保当煤矿为低瓦斯矿井，按照《煤矿安全规程》要求设有瓦斯检查工，巡回检查瓦斯。目前该矿井现有瓦检员27人，人员结构主要以近两年新分配大学生为主，矿井设有仪器发放室，配备光学瓦斯检测仪和便携式瓦斯检测仪等安全仪器监测设备。

同时该矿井安装KJ90X型监测监控系统，对采掘工作面瓦斯涌出等实行了监测。系统安全监测中心站设在矿调度中心，目前系统由2台监测监控中心站，双机热备，连接33台监测分站及258台传感器组成。

对于小保当煤矿，安装的KJ90X型监测监控系统具有实时监测、报警、断电，具有瓦斯电闭锁、风电闭锁以及故障闭锁等功能，能够24小时监测井下作业环境气体浓度，监测风机、风筒、风门等状态，一旦出现报警等异常情况第一时间采取措施进行处置。

同时安全监测监控系统具有在瓦斯超限、断电情况下与人员定位、应急广播、通信等联动功能，能够及时通知涉及区域人员撤离。

安全监测监控系统监测范围广、区域大、监测类型多，从而可以避免因人员疏忽而造成的事故发生。

榆北煤业小保当煤矿同时开展了计划2021年完成安全监测监控逐步替代瓦检员可行性调研工作，形成方案，审核通过后计划在2022年实施。初步利用系统对巷道、固定硐室等地点进行监测监控，可替换瓦检员2～3人。

4 解决方案及保障措施

4.1 解决方案

为实现建立煤矿安全智能监测监控系统来降低瓦检员劳动强度、逐步替代瓦检员的探索发展，加强煤矿现行瓦斯监控体系，提出以下解决方案：①转变现行的瓦检员盯岗为瓦斯巡检方式，同时加强系统巡检智能综合检测车研究与应用。在确保各采掘工作面的安全监测监控系统运行、稳定可靠下，将盯岗瓦检员改为巡查瓦检，为瓦检员配备专门的防爆车辆，由一人负责多个采掘工作面，每班至少巡检2次。②重点监测地点应安装双回路监测监控系统，确保监测监控系统正常运行。同时将矿井回风井筒、回风通道等人员不经常去的地方及井下临时作业地点需要检查瓦斯的作为监测监控系统替代瓦检员的主要场所，逐步推进实施。③建立智能化瓦斯巡检系统，建成的系统能全方位、全过程规范煤矿瓦斯巡检工作流程，并采用自动留痕手段，实现瓦斯巡检的工作标准化、行为规范化、信息无纸化、考核刚性化。强力推进“千眼”视频监控系统工程，推广无人巡检系统，实现瓦斯的实时监测代替瓦检员巡回检查。④开发安全监控系统与智能化瓦斯巡检系统大平台，将智能化瓦斯巡检系统融入进安全监控系统，利用巡检机器人按照规定时间进行瓦斯巡检作业。⑤用安全监控系统逐步替代瓦检员，必须增设瓦斯传感器数量，比如顺槽沿途固定距离装设传感器(如每50 m)。对于瓦斯抽采钻孔、锚杆孔、上隅角深部瓦斯检查无法进行时，需采用人工检测或需要增设机器人，因此发展5G信息系统也势在必行，确保矿井5G系统建设与完善，实现矿井监控系统与5G充分融合。⑥利用AI识别视频监控井下作业人员不规范行为。通过在主要运输斜巷、无极绳绞车运输、安拆作业集中区等关键岗点部署AI智能视频监控，给工作危险区域划上“电子警戒线”，对井下作业人员不规范行为等违章违规行为实时抓拍，并即刻上传至AI监控平台进行处理。

4.2 保障措施

为保证矿井安全智能监测监控系统实用性、可靠性及安全性，应采取以下几点措施：①增加安全监控系统维护人员，严格制定落实安全监控系统运行、管理、维护制度。同时安排业务能力和素质全面的人员进行24 h值班，工作人员应当熟知《煤矿安全规程》、计算机、安全监测监控等专业知识。井下每班安排技术能力高的员工对现场设备进行巡查、维护、检修，确保安全监控系统可以安全、有效、实时、准确的反映煤矿井下环境和设备运行情况。②建立健全安全监测监控系统规章制度，培训全员学习监测监控系统基本知识和事故应对措施。同时配备相应的工作人员，保证24 h不间断值班，工作人员按特殊工种管理，持证上岗。③监测监控系统维检员按照规定进行井下设备的维护、检修，确保井下设备能够正常实时监测。按期进行甲烷风电闭锁试验，确保“两闭锁”功能正常。对重点区域的监测数据进行每周、每月分析，对巡检过程中的异常情况进行分析、总结。④安全监控系统确保“双回路”供电，“双回路”网络通信，安装防雷电接地装置，配备消防器材等安全防护设施，确保设备完好和传输数据准确。⑤安全监测监控系统应当配备防病毒软件，实时监测网络病毒，及时更新病毒库和客户端防病毒软件，并定期备份检测数据库信息，确保数据安全。⑥任何单位和个人不得擅自变更安全监测监控系统网络平台设置、参数、数据。值班人员应做好系统运行、故障、异常等记录。故意破坏、损坏、改变安全监测监控系统设施，造成安全监控数据上传中断或者数据失真的，根据相关规定进行处理。⑦完善激光、红外甲烷传感器标校流程，淘汰现有催化原件甲烷传感器标校流程，保证监控系统监测数据的准确性。⑧安排业务精、责任心强的瓦斯管理员，对井下各甲烷传感器、CO传感器安装地点的甲烷、一氧化碳、温度进行人工监测，监测结果与现场传感器、便携仪相对照并做好记录。