关于矿井安全监控系统应用对策的探讨

2022-05-25杜周祥

大科技 2022年20期

杜周祥

（曲靖市麒麟区能源局，云南曲靖 655000）

0 引言

矿井通风在煤矿安全生产过程中非常重要。井下通风系统不仅能为矿工提供新鲜空气，还能起到环境调节、排毒除尘的作用[1]。然而，在实际生产中，由于矿井生产环境恶劣，许多矿井通风设备在恶劣环境下运行时容易出现各种故障，矿井通风设备一旦发生故障，将严重影响矿井的安全生产[2]。为了有效保障煤矿通风安全，安全监测监控系统对通风系统各环节、设备进行监测、预警、控制，减少或控制通风管理工作中产生的风险隐患。但是，监测监控系统在实际运行过程中存在一些不足，因此，根据工作经验，提出以下对策[3]。基于此，本文对矿井安全监控系统的主要技术进行了分析和探讨，提出改进措施，对煤矿安全生产特别是通风管理工作具有一定的现实意义。

1 矿井通风安全监控系统概述

矿井通风安全监控系统集控制技术、电气防爆技术、计算机应用技术、信息传输技术、传感器技术等技术于一体，综合应用于矿井安全生产监测监控领域，确保煤矿安全生产，提高机电设备利用率和生产效率。具体来说，煤矿通风安全监控系统是指利用计算机技术，对煤矿的风速、温度、湿度、烟度、瓦斯浓度等环境参数以及矿井排水、提升、运输、生产等各个环节机电设备的工作状态进行监控、分析和处理的系统，然后获得相关数据[4]。

通过对实测参数的比较分析，为防灾、防事故提供技术数据，以便提前制定相应的预防措施；通过对测量参数的实时有效控制，可在第一时间锁定、断电和自动报警，避免事故发生后灾害进一步扩大；同时，通风安全监控系统还可以随时将检测到的数据上传到地面调度室及相关网络，以便调度人员及时了解煤矿作业地点风险情况，并在第一时间制定对策处置险情，如及时调整风量，判断是否应疏散作业人员以及如何疏散。

矿井通风安全监测系统的组成部分通常包括3 个部分。①中心站：包含外围设备、计算机和应用软件等。②信息传输设备：包含接线盒、传输线、变电站、传输接口等。③传感器和执行器：包含煤矿通风安全监测系统可以实时为各作业现场人员和调度指挥人员提供相关的环境安全参数信息[5]。

2 矿井通风安全监控系统的主要技术

2.1 总线技术

总线技术是煤矿通风安全监控系统建设中采用的主要技术。有利于最大限度地发挥系统的监控功能，充分发挥多层次优势。总线技术又称现场总线技术，具有多种优势和特点。它广泛应用于工业监控。它以总线为中心，有效地连接了计算机技术、通信技术等多种现代技术，实现了高质量的多层次有效监控作用。在这个过程中，总线技术的类型并不是单一的，这体现在多个层面上，包括本地操作网络LonWorks 和RS-485 标准协议现场总线。其中，总线技术是基于矿井通风安全监控系统建设中采用的主要技术，有利于最大限度地发挥系统的监控功能和多层次优势。在应用总线技术的过程中，煤矿企业应重视通信接口和总线软件的科学设计。设计的通信接口包括驱动程序、控制器等，基于总线技术的驱动程序必须满足这些要求。抗电磁干扰能力强，可实现过热、短路保护，待机能耗较低。根据区域矿井通风安全的具体要求，要最大限度地发挥系统监测和监控两大功能，优化总线技术作用下通信接口各部件的设计，促进所设计的驱动器、微处理器等方面功能的充分发挥，并在协调统一的过程中提高监控系统通信接口的整体性能。对于基于总线技术的软件，煤矿企业在设计过程中应注意通信模块的标准化设计，优化消息的传输和接收，与设计的通信接口进行交互，提高矿井通风安全监控系统的整体运行效果。

2.2 灰色预测理论的应用

矿井通风安全监控系统应用的关键技术是智能传感器。如果要对智能传感器进行有效的控制以保证其自身的性能，传感器在矿井通风安全检测系统中的应用需要自身的修正。目前比较常用的校正方法有神经网络法、查表法和曲线拟合法，然而，上述方法并不适用于矿井通风安全监测系统。灰色预测理论主要通过对数据的处理来分析数据中的相关点和规律，从而实现对灰色数据的处理，因此，灰色预测理论的应用可以为矿井通风安全监测系统提供一定的技术支持，该理论在矿井生产中的有效应用，不仅可以提高通风安全监测水平，而且可以实现传感器的自动校正。

3 矿井通风安全监控系统存在的问题

3.1 矿井通风受到机械设备质量的限制

在煤矿生产作业过程中，矿井通风是有效改善井下空气环境的主要途径，保证采掘作业地点产生的有毒有害气体稀释并排除地面，为井下作业人员创造良好的工作环境，并为作业地点人员提供呼吸需要的足够氧气。同时，降低或者杜绝有毒有害气体产生的人员窒息、燃烧、爆炸等风险，保障生命财产安全。矿井通风的动力主要是机械通风，其主导因素是主要通风机，需要根据矿井开采规模、和开采深度等，进行通风阻力计算，根据通风阻力来选择主要通风机型号，采掘作业点使用局部通风机，需要根据通风设计和供风标准来选择供风局部通风机。一些企业会考虑生产成本，忽视通风机选型的重要性，购买一些功效低相对成本较低的通风机，在矿井通风设备使用过程中，由于机械设备的质量及效能作用限制而产生隐患和问题。

3.2 安全管理规章制度不完善

由于煤矿作业现场处于地下，生产系统环境相对复杂，条件恶劣，高学历、高素质的安全管理人才不愿从事煤炭行业，这直接导致煤矿安全管理人员、特种作业人员的严重短缺，尤其是在小型煤矿。安全管理人员的专业素质及安全意识较差，无法根据煤矿的实际情况制定一套适合本矿的安全管理规章制度。其次是，落实力度不够，隐患排查不到位，监督检查不够严格，事故前后没有可靠的调查和追踪体系。另外，许多制度模棱两可，不切合煤矿实际，灾害防范重点不突出，存在漏洞和不足，不利于煤矿专业设备生产和运营商对煤矿机械设备、设施、系统工程的更新改造升级。

3.3 传感器缺陷

传感器作为监控系统的重要组成部分，是将被测物理量转换为电信号输出的装置，需要相应的软硬件支持。如果相应的软硬件参数不匹配，或者匹配的硬件质量不同，其承载能力会下降，在工作中容易烧毁。如果出现故障，测试结果不正确，或测试数据丢失或丢失，物理量转换出现异常等，将影响监控功能。目前，煤矿传感器存在稳定性差、寿命短等严重缺陷，其中抗冲击性差，没有抗毒性，组件与载体的同步性差。

3.4 作业人员培训不足、安全意识不够

煤矿对设施设备操作人员的需求很大。许多煤矿企业管理者不了解员工培训的重要性，安全技术培训流于形式。许多职工在上岗前专业培训和管理不足，对煤矿工作的危险和防范措施不了解不到位，缺乏理论和实际操作经验，安全意识淡薄，为煤矿安全生产埋下了重大隐患。此外，煤矿的工作环境较差，存在许多风险因素，许多高素质的人员都避免了这种风险。因此，大多数被招募的操作人员文化水平低，思维落后，对安全监控问题处理不灵活，这也增加了煤矿安全风险。

4 矿井通风安全监控系统完善建议

4.1 推进通风安全智能化

目前，煤炭行业高度重视矿井通风安全监控。特别是近年来，系统软件的开发和应用取得了很大进展。我国部分矿井已形成通风安全智能监控系统，可根据矿井、作业点实际风量需求控制矿井通风设施设备的工作状态，更好地满足矿井通风安全要求，智能监控系统在煤矿的应用效果良好，被迅速认可和推广，具有较高的使用价值。

4.2 全面布置传感器

严格按照《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ 1029—2019）要求，在煤矿井下各地点特别是采掘作业地点设置甲烷、二氧化碳、风速等传感器，设置报警、断电、复电等参数值，实时监测有毒有害气体浓度及变化情况、作业环境等情况，监测监控系统根据参数设定，作出预警、控制指令，对通风设施设备进行控制管理。重点加强矿井井下采掘作业点、串联通风的瓦斯传感器布置与管理，监测作业地点瓦斯变化情况，预判地质结构变化，超前研判并作出应对措施，防范和杜绝瓦斯超限，有效化解重大风险，确保作业区域人员设备安全。进一步升级监控系统软件功能，增加各类硬件配置，有条件矿井增加通风设施设备自动控制设备组件，优化升级系统软件模块功能，保障系统运行环境通畅，运行指令准确，设施设备反应灵敏，从而达到对矿井所有通风设施设备的自动化控制调节，形成智能化通风系统工程。

4.3 优化通风安全监控管理方案

煤矿企业自身需不断优化矿井安全监控管理方案，将监控系统通信协议和物理层协议完善、标准化，防止重复。为了避免不兼容等一系列问题，我们应该注意技术的改进和推广，可以使用更具动态性的软件，而且这些软件应该主要选择通用软件，保证编程和语言方面没有问题，只有通过软件本身的工具，才能实现控制、通信、存储和控制的功能。具有很强的通用性和实用性，维护方便，可以有效地避免各种系统之间的不兼容性。在矿井设计和采掘作业中，应明确规定矿井通风安全监控设备的数量和类型以及信号电缆的敷设，区域、条块设备配置全面并功能完善，同时准确绘制在监控系统布置图上，保障运行管理顺畅。

4.4 统一匹配监控系统软、硬件

针对矿井通风安全监控系统中各组成部分之间的不匹配，在选择监控系统的软硬件时，必须加强必要监控软硬件的型号控制，减少兼容性问题，选择合格的产品。及时升级专业操作员的技术，避免过多的应用程序和软件语言，选择通用软件进行硬件控制。加强对传感器、通风设备的管理维护，如：主要的甲烷传感器每15d调校一次，甲烷电闭锁和风电闭锁功能每15d 测试1次，以促进传感器、通风设备的正常灵敏和使用寿命的持续延长，确保工作效果。防雷设施采用防雷围栏的形式，吸收线路上过多的雷电能量，避免损坏其他设备设施。

其中，煤矿企业需要特别注意对探雷系统传感器的要求。在整个通风安全系统的建设过程中，传感器质量的控制尤为重要，其质量必须达到煤矿安全标准。监控系统实施的有效控制可以将安全事故减少或者控制，避免对员工生命安全和财产安全的威胁。因此，在采购材料的过程中，材料采购员必须严格控制供应商的供货质量，在采购传感器等材料的过程中必须遵循质量优先的原则，从源头上确保传感器质量符合标准。在安全使用各类传感器之前，矿井通风安全系统应分析和试验其兼容性，比较其各项性能，以便及时有效地匹配系统，保障系统运行稳定正常。

4.5 加强设备设施维护

在矿井中，应严格保证防爆电气设备的防爆性能；对于系统中使用的本质安全型电气设备，不仅要保证电气参数和保护性能，还要严格控制输出短路电流、电压等级等产品要求。本安型电气设备维修、更换时，不得擅自改变原电气参数和本安性能，不得改变规格型号。仪器设备安装过程中，应严格按照手册要求进行安装调试，并对相应的仪器设备进行校准，确保设备运行的标准化，严格按照设备设施使用管理规范，定期对设备设施保养维护，保证设备灵敏度及安全性，同时延长使用寿命。

4.6 加强培训，提高作业人员素质

在以往的煤矿事故中，自然因素影响造成的事故较少，大部分事故都是由于设备故障或人为因素共同作用的结果。在许多情况下，人的不安全行为是事故的直接原因。特别是在煤炭行业，井下工作环境条件恶劣，地质条件复杂多变，存在水、火、瓦斯、煤尘、顶板、机电运输等多种危险因素。人员专业技能和安全意识的培训尤为重要。作为煤矿企业业主和安全管理者，必须高度重视煤矿工人的岗前培训，必须理论联系实际，结合煤矿灾害特点、人员结构，突出防范重点、合理配置管理人员、特种作业人员，充分调动从业人员的积极性，提高全员专业技能及安全意识。同时，加强事故警示教育，分析典型事故案例，举一反三，查缺补漏，完善各项措施，超前防范和化解各类安全风险，使职工认识到安全生产的必要性和重要性，牢固树立安全第一的理念，并在行动中贯彻落实到位。