摘要： 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控是實現(xiàn)礦井安全生產預防事故的主要措施之一,也是現(xiàn)代化礦井管理水平的重要標志。通過對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的研究,使煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性大大提高,對確保煤礦安全生產將起到一定的作用。本文淺談了近年來我國煤礦安全生產監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題，對系統(tǒng)的軟件技術和功能、硬件及接口技術的可靠性和兼容性、傳感器技術的穩(wěn)定性和可靠性、企業(yè)安全生產信息化管理技術的發(fā)展提出了展望。
關鍵詞：煤礦 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng) 安全信息化

自2000年以來，隨著國家對煤礦企業(yè)安全生產要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井陸續(xù)在裝備礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)的裝備大大提高了礦井安全生產水平和安全生產管理效率，同時也為該技術的正確選擇、使用、維護和企業(yè)安全生產信息化管理提出了更高的要求。為保障煤礦的安全生產，除進一步加強煤礦安全管理意識外，關鍵是建立煤礦井下安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，形成煤礦井上、井下可靠的安全預警機制和管理決策信息通道。所以當前現(xiàn)代化礦井的生產不僅要解決煤礦生產過程中存在的安全問題、生產自動化的問題、又要了解各種與生產經營相關的信息。建立安全生產、調度和管理網絡系統(tǒng)，對井上、井下安全生產全面了解，靠及時準確的信息指揮生產和防止各種事故的發(fā)生，已成為煤礦設計工作必須解決的問題。

一、 煤礦安全檢測與監(jiān)控系統(tǒng)的作用及現(xiàn)狀
在煤炭行業(yè)中, 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是傳感器技術、信息傳輸技術、 計算機應用技術、電氣防爆技術和控制技術等多種技術在礦井安全生產監(jiān)控領域應用的產物，對保障煤礦安全生產，提高生產效率和機電設備的利用率都具有十分重要的作用。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)一般由三部分組成:①中心站(包括應用軟件、計算機及外圍設備)；②信息傳輸裝置(包括傳輸接口、分站、傳輸線、接線盒等)；③傳感器和執(zhí)行裝置。具體來講，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是指對煤礦的瓦斯、風速、一氧化碳、煙霧、溫度等環(huán)境參數(shù)和礦井生產、運輸、提升、排水等環(huán)節(jié)的機電設備工作狀態(tài)進行監(jiān)測和控制，用計算機分析處理并取得數(shù)據的一種系統(tǒng)。安全監(jiān)控系統(tǒng)可以為各級生產指揮者和業(yè)務部門提供環(huán)境安全參數(shù)動態(tài)信息，為指揮生產提供及時的現(xiàn)場資料和信息，便于提前采取防范措施。另外通過對被測參數(shù)的比較和分析，系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動報警、斷電和閉鎖，便于制止事故的發(fā)生或擴大；在發(fā)生事故的情況下，能及時指示最佳救災和避災路線，為搶救和疏散人員、器材，提供決策信息。
我國監(jiān)測監(jiān)控技術應用較晚，80年代初，從波蘭、法國、德國、英國和美國等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引進了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進的同時，通過消化、吸收并結合我國煤礦的實際情況，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等監(jiān)控系統(tǒng)，在我國煤礦已大量使用。實踐表明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產和管理起到了十分重要的作用，各局礦已作為一項重大安全裝備。由于當時相當一部分監(jiān)控系統(tǒng)由于技術水平低、功能和擴展性能差、現(xiàn)場維修維護和技術服務跟不上等原因，或者已淘汰、或者停產。因此造成相當一部分礦井無法繼續(xù)正常使用已裝備的系統(tǒng)。特別是近年來由于老系統(tǒng)服務年限將至，已無繼續(xù)維修維護的必要，系統(tǒng)面臨更新改造的機遇。
二、 國內安全檢測與監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題
2.1傳感器質量和性能差?
與安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配接的甲烷傳感器和CO傳感器已成為礦井瓦斯綜合治理和監(jiān)測煤炭自燃發(fā)火災害預測的關鍵技術裝備，并越來越受到使用單位和研究人員的普遍重視。但在現(xiàn)場使用中，雖然系統(tǒng)主機、分站以及軟件已經不斷進行升級，但國產安全檢測用的傳感器幾乎全部采用載體催化元件，長期以來我國載體催化元件一直存在使用壽命短、工作穩(wěn)定性差和調校頻繁、靈敏度漂移以及制作工藝水平低等缺點，嚴重制約著礦井有害氣體的正常檢測。另外《煤礦安全規(guī)程》中對甲烷傳感器的調校有嚴格的規(guī)定，調校工作需要專用器具和標準氣樣，對調校人員的技術水平有一定的要求。很多煤礦往往由于缺乏專業(yè)技術人員等原因而不能按時對系統(tǒng)進行維護和調校，甚至從不調校，嚴重制約了礦井有害氣體的正常檢測。
2.2 通信協(xié)議不規(guī)范，可集成性差
??? 因為沒有一個符合礦井電氣防爆等特殊要求的總線標準，所以現(xiàn)有生產廠家的監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議幾乎都采用各自專用的，互不兼容。不同廠家產品之間缺乏互操作性、互換性，因此可集成性差，不易于系統(tǒng)功能擴展。在使用中，個別系統(tǒng)雖經多次升級改造，仍不能實現(xiàn)系統(tǒng)資源的有效共享，形成了一個個獨立的“信息孤島”，嚴重阻礙了礦井安全生產管理水平的進一步提高。
2.3 診斷功能有待加強，系統(tǒng)的可維護性低
??? 現(xiàn)場設備在線故障診斷、報警、記錄功能不強，現(xiàn)場設備的遠程參數(shù)設定困難，影響系統(tǒng)的可維護性。作為管理維護監(jiān)控系統(tǒng)的輔助手段，部分系統(tǒng)只能對系統(tǒng)的通訊狀況診斷，不能詳細地判斷故障的性質和故障點。但實際工作中要求能迅速判斷出分站、傳感器或電纜故障之間，或短路報警與真實超限之間的區(qū)別為維護人員提供故障的類型和方位，以便于迅速處理故障地點。
2.4 現(xiàn)場管理和維護水平欠缺
盡管各省市煤炭管理部門都強制性要求各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井必須裝備礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，而且近幾年再次加大了對礦井安全生產的管理力度，但一些地方國有煤礦，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)小煤礦，多數(shù)由于缺乏專業(yè)技術人員而不能正常使用和維護已裝備的系統(tǒng)，甚至對系統(tǒng)配接的傳感器根本不進行調校。另外，在大多國有煤礦還存在著監(jiān)測監(jiān)控方面的管理制度不夠健全、對已經存在的監(jiān)測監(jiān)控管理制度執(zhí)行不嚴、對監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)督管理不到位等問題，嚴重地制約著安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。

三、 煤礦安全檢測與監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
隨著計算機技術、網絡技術、通信技術、微電子技術的進一步發(fā)展,礦井設備自動化水平不斷提高,現(xiàn)代化的生產和管理在煤礦行業(yè)中不斷推廣。為了滿足現(xiàn)代煤礦安全生產和信息管理的要求,煤礦監(jiān)控系統(tǒng)朝著網絡化、標準化、智能化的方向發(fā)展,并從單一監(jiān)控功能向性能可靠、功能強大的全礦井綜合監(jiān)控信息系統(tǒng)發(fā)展。
3.1 網絡化
隨著煤礦規(guī)模化生產程度和監(jiān)控要求的不斷提高,礦井范圍越來越大,由單純的參數(shù)數(shù)據監(jiān)控發(fā)展到數(shù)據、語音、圖像混合監(jiān)控,要求通訊網絡具有良好的開發(fā)性、較大的傳輸帶寬和距離以及多種數(shù)據傳輸方式(數(shù)據通信、視頻語音通訊等)?，F(xiàn)場總線技術在煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中廣泛應用,擴展了監(jiān)控系統(tǒng)的功能,信號傳輸為時分制或調頻信號,由于受現(xiàn)場惡劣環(huán)境和電纜帶寬的限制,只能傳輸數(shù)字語音信號,通信速率偏低,難于滿足現(xiàn)場圖像視頻多媒體信息的實時傳輸要求,目前圖像監(jiān)視采用單獨的工業(yè)電視系統(tǒng)。隨著工業(yè)以太網技術的迅速發(fā)展,它不僅應用于監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控級,而且已經開始用于現(xiàn)場設備網絡。通過基于嵌入式的網絡協(xié)議轉換器將現(xiàn)場總線(與現(xiàn)場設備相連的支路網絡)和工業(yè)以太網(與管理層相連的主干網絡)有機結合應用于監(jiān)控系統(tǒng)中,充分利用兩者的優(yōu)勢,建立基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網的煤礦實時監(jiān)控綜合信息系統(tǒng),將現(xiàn)場監(jiān)控層、信息傳輸層和信息管理層連成一個完善的監(jiān)控網絡,融合各種信息(參數(shù)數(shù)據、語音信號、圖像視頻等),共享系統(tǒng)資源和信息,實現(xiàn)整個煤礦礦區(qū)或更大范圍的監(jiān)測、控制、管理,這是煤礦監(jiān)控技術發(fā)展的必然趨勢。
3.2 標準化
??? 信息傳輸系統(tǒng)的兼容性直接影響著各礦井進一步擴展系統(tǒng)功能。通信協(xié)議不規(guī)范(即沒有統(tǒng)一的標準)造成設備重復購置、系統(tǒng)不受制于人和不能隨意進行軟硬件升級改造等后果。為了改變標準不統(tǒng)一的局面,國家出臺了很多規(guī)范性規(guī)程和標準對監(jiān)控系統(tǒng)及信息傳輸協(xié)議等進行規(guī)范,如《煤礦安全規(guī)程》、《MT/T89922005煤礦用信息傳輸裝置》、《礦井安全監(jiān)控新標準、新規(guī)程匯編及礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)設計與選型手冊》等。標準化和通用性是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一。
3.3 智能化
??? 突發(fā)災害、生產設備故障是影響煤礦安全與生產的兩個主要因素。如何對突發(fā)災害進行預測與預報以及對生產設備故障進行診斷是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)研究難題和方向。在監(jiān)測災害的同時,將現(xiàn)代的預測理論(灰色理論、混沌理論等)與專家決策智能模塊引入監(jiān)控系統(tǒng),使之形成狀態(tài)監(jiān)測、災害預報與處理決策支持功能智能系統(tǒng),更加有效地防止災害的發(fā)生。生產設備故障監(jiān)控系統(tǒng)應具有以下基本功能:通過對工況的監(jiān)測,判斷故障的發(fā)生;發(fā)生故障后,監(jiān)測出故障源的位置,確定故障的原因;判斷故障的嚴重程度,采取包括啟動保護系統(tǒng)等必要的措施。將專家系統(tǒng)和網絡技術引入到生產設備故障監(jiān)控系統(tǒng)建構遠程故障診斷專家系統(tǒng),結合相關領域的專家和經驗豐富的技術人員,建立相關煤礦知識庫和構建推理機,共享網絡數(shù)據和更多的技術支持,利用實時監(jiān)控系統(tǒng),對采集的參數(shù)數(shù)據、視頻和音頻信號進行專家綜合推理和診斷,更加及時、準確定位故障并采取相應措施。因此,智能化是煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的又一發(fā)展趨勢。

四、 結語
隨著科學技術的不斷發(fā)展,煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)將由單一監(jiān)控功能向全礦井綜合信息監(jiān)測控制系統(tǒng)發(fā)展,實現(xiàn)遠程監(jiān)測、監(jiān)控、監(jiān)管、設備故障診斷和災害預警與決策等功能,為煤礦安全生產打下堅實的基礎。

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