煤矿安全监控系统现场运行与维护

2023-10-08侯威宇

设备管理与维修 2023年14期

关键词：缆线矿井煤矿

侯威宇

（永城煤电控股集团有限公司，河南永城 476600）

0 引言

井工煤矿作为开采难度大、危险系数高的行业之一，需要具备灵敏、可靠、完善的安全监控系统。而安全监控系统也是我国煤矿的“六大系统”之一，对保障矿井的安全运行具有重要意义。

近年来，随着矿井安全监测技术的不断研发与推进，越来越多的资本与技术人员更为关注这一领域，推动矿井安全监控系统的更新以及多系统集成技术日趋成熟。

提高煤矿环境有毒有害气体监测水平一直是我国煤矿企业转型升级的关注重点，从采用点对点的方式进行监测，发展到了单片机和计算机为主要部分的系统监控方式，而井上的计算机可以主动监测各种环境参数并进行记录与反馈，并可以随时调用这些数据。新技术的应用不仅提高了矿井安全监控系统的整体性能，而且对系统的安装与日常维护提出了新的要求，使得精细化管理、高新技术、精准服务以及日常运维成为了煤矿安全监控系统运行的又一大难题。重点介绍矿井新一轮安全监控系统改造后的性能改善和现场运行维护的要点。

1 矿井安全监控系统组成

煤矿安全监控系统是矿井生产中重要的核心系统，它可以间接提高矿井的生产效率、生产水平以及日均产量，同时也可以通过各种技术的整合来提高矿井的安全监测和控制水平，从而实现信息的共享和传递。矿井安全监控系统具有较为完善的功能，如采集数据、存储数据、声光报警、自动断电等多种功能。矿井安全监控系统由主机、传输线路、接口、分站、电源箱、网络设备（交换机）、线缆、传感器等部分组成，并以各个部件特定的功能实现控制整个监控过程。

2 安全监控系统的重要性

煤矿井下的环境十分恶劣，汇聚了地下水、瓦斯、明火、顶板以及煤尘等多种危害因素，其中瓦斯瓦斯达到一定浓度时靠近火源会引起矿井爆炸或瓦斯燃烧等事故，造成人员伤亡以及财产损失。除此之外，氧气浓度也是安全监控系统需要密切关注的要素之一，一旦发生缺氧等情况，对于井下职工是致命的威胁。因此，必须对矿井下的瓦斯浓度以及其他有害气体进行严密监测，从而减少伤亡事故的发生。矿井安全监控系统主要用于监测井下的各类有害气体以及氧气、二氧化碳等气体浓度，确保矿井通风良好，具有实时监测、预测警报、自动断电、监测通风状态等功能，而这些信息都可以通过煤矿安全监控系统的相关传感器监测到的信号反馈回终端数据库，从而为系统显示提供可靠的数据，为矿井的安全生产提供可靠的保障。

3 煤矿安全监控系统日常维护中的常见问题

3.1 传感器与线路供电问题

由于煤矿的开采工作一般都是在地下进行，其周围的环境条件十分恶劣，而且很容易出现地下水渗漏等极端现象。而且，采矿时会产生大量的灰尘和腐蚀性气体，这些不良的因素都会导致传感器、感应元件等部件氧化，出现接触不良等问题，从而影响安全监控系统的正常工作。因此，安全监控系统在日常维护与应用的过程中，主要容易出现以下3 个问题：

（1）传感器的工作性能不稳定。由于地下水渗入传感器、或传感器受到剧烈的振动、冲击时，信号会出现失真、不稳定的情况，而且由于矿区的空间有限，传感器安设在大型机电设备附近，在复杂的电场和磁场干扰下，会导致传感器的工作失效。例如，在甲烷、一氧化碳等元素的充斥下，采用热催化、电化学等方法对传感器进行检测，可能会出现减短寿命、零点漂移等问题，影响系统的工作稳定性。甲烷、一氧化碳传感器安设在变压器上方或采用扩散通风的机电硐室内，可能会受到电场、磁场以及高温等因素干扰，导致传感器误报警的发生。

（2）供电线路的电源不稳定。在矿井开采过程中，由于工作环境的限制，导致安全的电力供应距离超出了传感器的规定范围，在这样的情况下，会有出现供电电压下降，导致传感器不能正常工作，而且还会经常发生断线。

（3）传感器的线路受到干扰。主要发生在安全监控系统未升级改造之前的矿井生产中，对各分站之间都是采用一定的模拟信号进行单向不检查的传输。然而，在此过程中，由于距离远、抗干扰性能降低，而且会因线路的影响而产生难以辨别的问题。安全监控系统的远程传输体现了抗干扰和安全性设计，经过安全监控系统升级改造后，该类问题已基本得以改善。

3.2 安全监测装置易受潮问题

由于地下矿井的湿度过大，采掘后又会有大量粉尘存在，一般矿井会在开采工作完成后进行现场除尘、降尘的工作。这就导致矿井内回风大巷、煤仓、采煤工作面、掘进工作面等场所存在着空气湿度大、粉尘浓度高、除尘装置产生水雾等不利条件。传感器、缆线接线盒长期受到水汽的腐蚀，容易出现传感器航空插头锈蚀、电路受潮短路、元件接头锈蚀、传感器工作不稳定等状况。凝结水与灰尘的累积会导致传感器的气体收集口发生阻塞。

部分矿井没有按照合理的设备选择、建立起一个科学合理的安全监控管理模式，会影响到整个监控系统的维护质量和维护效率，特别是在后期的安装过程中，操作人员会因为操作不当或操作失误从而导致误报警的发生。部分矿井位于地下磁场的活动区域，但在进行安全监测时，并没有针对磁场制定有效的防范措施，从而导致了整个监测系统工作稳定性的降低。

4 矿井安全监控系统日常维护要点

矿井安全监控系统的日常运行与维护是整个矿井安全监控系统重点工作内容，安全监控系统的正常运行，关系到整个矿井施工、生产的安全与可靠性。

4.1 选择不同的设备种类

煤炭生产企业应根据实际情况合理选用装备。针对常规系统自身的不足，选用最具优化效果的设备与技术，以保证后续工作的顺利进行，避免因设备类型不符合企业的生产要求而对整体安全监控系统产生不利影响。首先，在选择设备之前，要分析企业的生产性能和操作水准，特别是要针对当前生产工艺的缺陷，对所需的设备进行初步的分析与记录反馈。其次，煤矿企业要认真倾听供应商所提供的产品的优缺点，并结合以上分析的具体情况，做出相应的产品分析。再次，在选定目标设备的种类以后，要针对不同的产品，进行深度分析，特别是要对设备的实际使用状况进行分级，考察设备的各类性能是否符合该矿井工作的标准。最后，要将数据储存技术和大数据分析技术应用到这些测试的每一个参数，并在设备使用的时候，挖掘出每一个分站的安装数量之间的关系，从而降低安装时的难度。

4.2 通信线路的最优化设置

在通信线路布置时，要考虑到传感器在日常使用和维修中的各种情况，如T0、T1 的传感器必须随着工作面的施工而不断地向前延伸，有可能在活动过程中导致传感信号的中断，而在配电硐室中的传感器则是永久性的，若将工作面传感器与配电硐室的传感器连接到同一条线路或一个分站口，那么在安装工作面传感器时，需要延伸的工作面传感器就会对矿井配电硐室的传感器的稳定运行产生不利影响。

因此，在传感器维修、延伸等方面，必须将传感器的不同维护方式分开进行、具体分析，并分别接入不同的接口，从而降低同一级别传感器的失效影响。在掘进工作面布设传感器时，应在同一条线路上设置长期固定的机电硐室监测传感器、风机启停监测传感器等。该方法可以保证在工作面上延展传感器时，将发生故障的传感器控制在要求延时的范围之内，不会引起其他传感器的干扰，提高系统的稳定性。

4.3 矿井安全监控系统的日常养护内容

4.3.1 传感器的日常保养

除了对传感器进行定期校准之外，传感器的维保应着重于环境较差的地方，如空气湿度大、粉尘浓度高、有淋水、喷雾或其他方面污染，以及在移动装置上的传感器。在这些地方，传感器经常会发生生锈、气体收集口阻塞、传感器内部的水汽凝结等问题。同时，要建立传感器安装台账，特别注意对催化原理型传感器的工作状态，在定期校准中发现有很大偏差时，要及时更换，以防止传感器催化元件老化损坏。如果在移动设备上安装传感器，可能会因设备振动而导致传感器检测元件、插头等松动，应定期进行检测。

4.3.2 通信设备的日常维修

传感器通信线路的日常维修，主要是对线路上有高湿度的地方进行接线盒的检查，由于施工原因而改变原有的布线，以及在采区内移动装置上的电缆。由于井下温度的改变，端子箱中易产生凝结水，导致端子腐蚀，芯线之间的绝缘下降，从而对缆线的供电电压和信号的质量产生不利的影响。由于施工的需要，在缆线的排列方式发生变化时，经常出现缆线断裂、接线盒虚接等现象，巡监时，若发现缆线排列太紧，应增设缆线间距以确保缆线的松驰。缆线安装在支架上，由于支架的运动，很容易使缆线受到挤压或缆线内部的隐性疲劳破坏，要在支架运动的部位对缆线进行安全保护，并定期进行检修。

4.3.3 检查危险来源

煤矿企业要对安全监测体系进行危险因素的分析和排除。首先，根据精细化管理原理，安全监控系统的工作人员可以将其划分为系统失效和人为失效，并在此基础上建立相应的管理工作页面，将相关的故障信息记录起来，对不同的故障进行分类。其次，针对系统的故障，利用大数据和云计算技术，对故障发生的时间、地点、严重程度进行统计和分析，并采用定量的方法进行深入挖掘。再次，针对人为故障，技术人员应优化现有人力资源管理，建立班组维护体系，确保安全监测工作的正常进行。最后，针对网络安全监控系统出现信号中断和监测数据超时的问题，要重点检查主传输电缆的线路。