安全监测监控系统在中小型煤矿使用中存在的问题及对策
摘要：煤矿安全重在加强管理,管理重在作业现场,提升和健全矿井现代化管理水平,除进一步加强矿井软件方面的提升管理以外,建立健全稳定准确快速的硬件平台(安全监测监控系统)已经成为我们煤矿必须解决的问题,本人在安全监控岗位上工作已有八年,积累了一些管理心得,现结合自己多年来在工作中遇到的一些问题和想法,对现阶段中小煤矿安全监测监控系统运行中存在的一些问题进行了一定的分析和研究,并提出了自己的看法。
关键词：煤矿 安全监测监控系统 问题 对策
“十一五”时期煤矿安全生产的总体形势呈稳中上升,煤矿事故呈下行态势,这与我国近年来加强矿井现代化建设并对安全投入的加大有着密切的关系。随着我国经济社会的快速发展,对煤炭的需求日益加大,为了把煤炭做大做强,增强在国际上的竞争力,国家逐步从改造关闭落后小煤矿、兼并重组、淘劣存优,同时加大对重大地质灾害预防的科研力度、加快煤矿井下安全避险"六大系统"的建设等举措,使煤矿安全状况保持了稳定好转、事故总量呈逐年下降的态势。但是,在肯定煤矿安全建设成效卓著的同时,也不能忽略现有存在的一些问题,尤其是中小煤矿的安全管理问题。
安全监测监控系统做为煤矿安全防护的重要一环,在技术与应用方面已逐步日趋成熟,实践证明,安全监控系统已成为煤矿安全管理的重要组成部分,各矿局已把该系统做为安全装备的必须。随着我国监控生产技术的成熟与完善,国内涌现出许多专业生产厂商,具有代表性的如天地（常州）自动化股份有限公司KJ95N、煤炭科学研究总院重庆研究院KJ90NB（NA）、煤炭科学研究总院沈阳研究院KJ333、北京瑞赛长城航空测控技术有限公司KJ2000N、北京仙岛新技术有限责任公司KJ66NA（NB）等几十家生产厂商,它们的产品已接近国外水平,现已遍布全国各煤矿企业。同时数字化网络技术（WEBGIS）等新型产品的出现也不断充实完善着煤矿安全的管理手段,如何能够针对本企业的实际情况建立与企业规模和人员素质相符合的监测监控系统,使之成为煤矿企业安全可靠的预警机制和瓦斯安全管理控制平台,并且熟练、有效的运用它,已成为煤矿安全监管工作必须解决的现实问题。
1、矿井安全监测监控系统的技术内容与它所起到作用
矿井安全监控系统是煤矿井下传感器监测控制技术、模数信号转换与传输技术、计算机软件与硬件在井下的应用技术、监控设备在煤矿井下防爆技术和远距离控制等各学科技术在矿井这样特殊环境下的安全生产管理领域的高要求、高标准的综合性系统产物,是现代监控技术与实际生产的无缝结合,对确保煤矿生产安全,降低事故率,降低甚至消除人员伤亡,提高煤炭安全生产效率和现已使用机电设备的利用率都具有十分重要的作用,该技术的应用与成熟标志着现代化矿井在监测与控制方面逐步与地面工业控制技术水平的接近,是煤矿安全管理手段的跃进。煤矿安全监控系统大致由三个部分组成:(1)地面中心站(包括监控应用软件系统、计算机及打印机等外围设备)；(2)监控数据信号传输设备(包括数据传输接口、监测监控分站、传输线缆、接线盒等)；(3)监测传感器和执行反馈装置（包括断电仪和馈电传感器）。传感器在测控系统中承担着获取信息的重要任务,是测控系统的重要设备,随着监控技术自动化、控制手段智能化的不断提升,企业对煤矿井下监测传感器测量稳定性、数据传输快速性和测量数值精准度的要求也越来越高。煤矿安全监控系统是指对在煤矿特殊环境下的瓦斯、风速、风门开停、主局扇开停、一氧化碳、二氧化碳、烟雾、温度等环境参数及数据的监测和对矿井采、掘、机、运、通等各大系统的机电设备工作状态反馈和自动断电控制,用计算机进行分析处理并取得数据的一种测控系统。监测监控的功能一是“测”,即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；二是“控”,即根据检测参数去控制危险区域的生产用电设备,用以控制能引起瓦斯爆炸的花火或温度；安全监控系统可以为煤矿决策层、执行层和通风、安全、指挥部门提供及时、准确的井下有害气体参数及用电设备运行动态信息,为指挥调度生产作业提供现场信息,使事故的发生消灭在萌芽状态,并采取整改与防范措施。另外通过对井下传输到地面的监测数据的比较和分析,在中心站平台可以实现自动报警、自动断电和闭锁,井下监控设备发出声光报警,提醒了作业人员,抑制了事故的发生或再扩大。最近几年来,我国光纤技术的发展为井下建立工业以太环网提供了另外一种数据快速稳定的传输平台,使煤矿综合自动化控制系统的构建成为可能,对于安全监控系统在综合自动化平台中做为一个独立有机的模块融入提供了物理基础。
2、安全监控系统目前尚存在的一些不足和问题
2.1 监测传感器的产品质量和催化元件性能较差
安全监测监控系统的主要传感器,如甲烷传感器,在经过多年的技术完善,稳定性和耐用性已大有改善,根据AQ1029-2007规定,传感器的黑白元件的稳定性已由原来的10天提高到15天,即使这样,与国外的设备相比,也存在着较大的差距,主要问题是:
(1)抗击高浓度甲烷冲击能力差。在井下瓦斯涌出量大的情况下黑白元件反复被有害气体冲击,冲击作用的结果是造成零点漂移并使其催化性能下降,黑白元件加速老化,抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差、误差率高的主要原因。
(2)设备中低功耗的元器件,在矿井高湿度环境条件下（如工作面、巷道中的防尘撒水、岩石中的自然水气等）,使设备元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元器件表面,降低元件使用寿命,造成传感器传输的数据误差大。
(3)抗中毒性能差。
(4)载体催化元件制作工艺水平较低,元件一致性差。
上述问题的存在,客观上反映了国产甲烷传感器的监控质量。较之甲烷传感器,其它传感器的稳定性更为严重,如氧气传感器,该传感器逐步已成为矿井二氧化碳聚集的重要参照,尤其是井下采掘巷道和邻近空巷接近时,巷道极易渗入空巷的有害气体,此时氧气传感器的监测作用更加突出。该传感器已越来越受到使用单位的普遍重视。但在现场使用中,传感器的精准度却成为困扰使用单位的问题,在地面调校设备齐全的校验室标校并运行48小时后,入井使用却极其不稳定,数值飘移严重,在井下标校却又受到环境的制约,可操作性不强。这些问题的存在严重影响和干扰着矿井有害气体的真实反映和数据的准确度。对些,国家在《煤矿安全规程》、AQ1029-2007、AQ6201-2006中对传感器的标校做出了严格的规定,并且对调校人员做出了持证上岗的要求。监控系统虽已应用了很多年,但在很多煤矿尤其是较小型煤矿常常由于比较缺乏专业型技术人员等原因而不能完成对整个系统的维护和传感器的标调校,甚至于为了应付检查,弄虚作假,从不调校,致使安全监控系统形同虚设,作用得不到应有发挥。
2.2 各厂商监控系统的通信协议不规范,硬件不兼容,集成度差
虽然安全监控系统在我国投入建设和使用已近9年有余,近年来国家也颁布了AQ1029-2007、AQ6201-2006等安全生产行业标准,但一直以来,缺乏一个统一的协议标准,现有的监控设备生产厂家基本上在通信协议上各自为政,分为几大类系,都采用各自的协议,互相不能兼容。各生产厂商的产品之间缺乏兼容性、交互性和包容性,因此造成系统可兼容性差,不易于各厂家系统之间的对接与融合。企业在使用中,只能对一种产品进行使用与升级改造,升级的本质只是按照国家规定实现软件操作界面上的统一,本质上的协议与硬件仍然不能实现兼容。并且随着国家对两化融合的要求,监控系统与其它控制系统的兼容与对接,已成为技术上的不便利,这样造成的结果是,资源的重复投入,数据不能共享,形成了一个个独立的“分子”,很难成为一个整体的“细胞”,形成了“信息孤岛”,严重的阻碍和推迟了矿井现代化管理水平的进一步提高。
2.3 控制设备性能有待加强,系统的可操作性有等完善
现场控制设备在实际使用中存在交叉断电、远距离控制、三分闭锁等。交叉断电的信号因通过多个分站,造成数据巡检时间长,断电时间很多时候达不到规定的要求,而不通过交叉断电方式却又受到井下条件的制约,如监控设备的安设多、线路敷设的繁杂,巷道条件的不具备等都造成作业人员的操作难度。又如三分闭锁,设备的安设比较容易,但该功能测试却存在一定的难度,测试手段需用3%以上的甲烷标气进行,并且测试过程中存在局扇停风的可能,这样测试前要做必要的准备工作,如需撤出供风区域的作业人员,制定相关措施等,这样就增加了测试难度,不易操作。
2.4 监控系统人员素质低下,业务水平不高
监控系统分为井上部分和井下部分。
在实际工作中,井上安全监控值班员的业务水平、专业知识、工作责任心都是制约监控系统能否高效动作的关键因素。随着我国经济逐步走上科技发展的快车道,大多专业人才不愿到煤矿工作,造成煤矿监控专业人才匮乏,值班员、调度员不熟悉煤矿生产,井下异常监测数据不能正确充分理解和分析,上传下达不能贯彻执行,甚至于延误矿难抢险战机,井下维检修人员也面临着同样的问题。再加上一些煤矿领导不重视监测监控方面的制度的制定与执行,有的虽然制度健全,表册台帐完善,但执行力度不够,填报内容流与应付,规定与贯彻不能形成闭合,甚至于人为取消断电功能,所有这些,都严重的制约和阻碍着安全监测监控系统的正常使用。
3、提高系统使用效率的几点建议与对策
3.1 加大力度研发高品质的设备
现阶段国内生产的甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件,催化元件和国外的同类型产品比较差距比较大,为些,建议有关单位应加大产品研发力度,尽快推出性能尤良,性价比高的监测元件,不断提高催化元件的稳定性、可靠性、抗干扰性。
3.2 尽快出台政策,规范统一通信协议
相关部门应加快协议的制定与规范,包括矿井监控系统和县局省厅监控平台的协议,在各家厂商实现协议的标准一致,接口兼容,实行数据库软件的统一,执行数据格式的统一,这样,在国家的规定许可下,不但可以方便以后不同产品的共用,而且对系统的维修、升级、替换也提高了效率和便捷,并且还能方便的建立多级数据存储中心,真正实现系统资源的共享。
3.3 新技术的探讨与使用
CAN的总线传输技术,又称为控制器局域网,在技术方面,CAN已经被认为是几种最有前途的现场总线之一,具有结构简洁、灵活,它所具有的节点特性非常适用于煤矿安全监控系统的组成和使用。
CAN传输技术与其他总线传输相比有如下特点:
(1)它是一种多主总线,即每个节点机均可成为主机,且节点机之间也可进行通信；
(2)传输线缆可以是普通双绞线、同轴电缆或者光纤,通信速率可达1Mbps；
(3)CAN协议的一个最大优点是废除了传统的站地址编码,取而代之的中对通信数据块进行编码,这一点在分步式控制中非常重要；
CAN总线可以解决煤矿监控中的一些以下问题: 1)极大的改善数据传输速率；2)增加信号线缆的传输距离；3)解决节点数量少的问题；4)简化总线拓朴结构；5)为建立各系统的标准化结构提供合理平台。
CAN总线结构存在的缺点:
现阶段如果煤矿构建以CAN总线结构的综合自动化控制系统,必将引入光纤做为传输介质,但光纤进入井下存在诸多弊端,具体如下:
(1)光纤易折,不利于在井下巷道敷设；
(2)光纤的熔接属于高温火点作业,目前我国井下使用的防爆熔接机基本没有,而光纤接线盒、光纤终端设备都需要在现场熔接,尤其是在高瓦斯矿井,这样的传输方式基本是不可行的。
(3)在中小型矿井,光纤传输设备及线路的维护人员技术素质较差,不能满足大型综合系统的维修要求。
综上所述,CAN结构的构建还待进一步从综合层面上实现。
3.4 简化软硬件设置,减少操作环节,提高系统稳定性
(1)分站在接传感器时,接口实现自适应识别,所有的分站设置将不用在分站上进行,最后完全由地面计算机作统一定义。
(2)分站的操作系统设置显示窗口应具有汉字显示功能。
(3)系统监控分站与分站之间,分站与传输接口之间使用光藕隔离,使井上、下设备在电磁上完全隔离,提高了系统的抗电磁干扰能力,防雷击能力,使用更加安全可靠。
(4)传输速率为1200bps,采用测点信息不变不送的方式,提高了系统的传输效率。在这种情况下,每个分站的巡检时间为0.1～0.2秒,这时整个系统的巡检时间不超过5秒,这远远小于AQ6201-2006中规定的系统巡检周期不超过30秒的规定。
3.5 加强业务培训,完善管理制度
3.5.1 制定可行性的业务培训计划
在系统操作与井下设备的安设上,国家已制定出了比较完整的标准,企业可根据各大标准的内容,分阶段分步骤的制定出培训计划,重在知识的消化与吸收。其中人员宜以男性为主,且有煤矿井下经验者为最。结合煤矿工人整体素质较差,对培训工作要做到由简到易,通俗易懂。对有相关专业的大中专生,培训工作要和井下生产相融合,理论联系实际。这样方可提高培训效率,提高业务水平。
3.5.2 建立健全严谨而又细致的管理制度
制定具有可操作性的奖惩制度和管理制度,能有效提高相互监督、相互制约、相互预警的能力。
3.6 发展MIS监控、调度综合管理系统
应开发安全监控、生产调度综合管理系统,实现专家诊断、专家决策、自动汇总、分析、自动发送安全短信等。系统软件采用模块化管理,通过一体化平台框架进行集成与扩展。各功能模块要具有很强的独立性,同时通过一体化平台框架相互集成在一起,成为有机的整体。可方便各煤矿的实际生产需求,选择相应的模块进行配置,组成完整的系统。
4、结语
煤矿安全的重要性日益突显,矿难的发生给国家和人民带来的损失无可估量。矿井现代化的建设已在我国形成规模,安全监测监控系统已成为煤矿安全管理的一种必要手段,科学技术的不断发展,高品质、高稳定性的煤矿安全监测监控系统在我国有着非常广阔的发展前景。具有自主知识产权的煤矿监控技术的不断发展和成熟,使煤矿的安全生产必将进入一个新的时期。
参考文献
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[2]冯卫,胡发中.搞好矿井安全监测监控系统确保煤矿安全[J].山东煤炭科技,2008.
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