煤矿井下安全监测监控系统应用
时间：2022-07-27 08:45:51
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近几年来，随着国家对煤炭行业安全问题的重视和企业自身现代化建设的要求，井下安全监测控制系统在我国大部分矿井都得到了广泛使用，形成了煤矿井上下顺畅的信息交流通道和可靠的安全预警机制。这不仅可以依靠及时准确的信息指挥生产，预防事故的发生，又能及时了解各种与安全生产及经营相关的信息，形成一个安全、生产、调度和管理的网络系统。在实际的应用过程中，监测监控系统通过实时监测环境参数、提供灾害预警数据、自动报警、断电闭锁等功能，实实在在地为煤矿企业的安全生产提供有力保障。
1.1瓦斯事故
在煤矿生产过程中，最为严重的安全事故莫过于瓦斯爆炸。在瓦斯爆炸之后，还会导致次生的煤矿断电、通风阻碍、顶板塌方、煤层引燃等灾害。神东公司所属各煤矿煤层存稳定,自然条件优越，除保德煤矿外，其余均为低瓦斯矿井，所以相当一部分同志曾经由此陷入了“在神东不通风都能够采煤”的误区。我国经常出现低瓦斯矿井比高瓦斯矿井瓦斯爆炸事故多的现象，可见，低瓦斯矿井不等于无瓦斯矿井，更不等于不发生瓦斯爆炸的矿井。神东矿区过去也发生过瓦斯爆炸。2002年年10月18日，金烽公司寸草塔煤矿，井下作业人员抽烟引起瓦斯燃烧，造成2人重伤事故；2003年8月17日，多经公司霍洛湾煤矿，井下1名工人用大锤打击处理锚杆托盘，产生火花引燃顶板附近层流积聚的瓦斯，造成烧伤；2003年12月4日，乌兰木伦煤矿在处于无风状态的63108回风顺槽40#~41#联巷处,局部瓦斯积聚，1名作业人员吸烟，引发了一起瓦斯爆炸事故。造成人员1死3伤；2005年8月10日，金烽公司寸草塔煤矿，井下北翼307备用工作面巷道系统处于微风和无风状态，在其回风巷炮掘水沟,没有执行“一炮三检”制度，施工人员不装炮泥放炮，引起局部积聚的瓦斯燃烧，造成2人死亡，3人轻伤；2011年7月12日,寸草塔二矿施工密闭时，未切断巷道四周的金属物，也没有掏槽，密闭内瓦斯积聚，在重新处理密闭过程中，气割顶板钢带时引燃顶板局部积聚的瓦斯，火源沿钢带缝隙进入密闭，引爆密闭内的瓦斯，造成3人死亡，2人轻伤。
1.2顶板事故
在煤矿生产中非常容易出现的一种安全事故是顶板冒落事故，其会对矿井作业者生命安全构成威胁。结合近年来国内统计的煤矿顶板事故发现，其出现的几率存在逐年提升的势头。而顶板事故重点涵盖两种，即工作面采空区垮塌以及巷道冒顶和片帮事故。结合矿压压力原理和岩层控制理论发现，通常都是回采时顶板附近的应力以及顶板岩石的特点等要素决定了回采工作面的顶板冒落事故。神东煤田基本构造形态为单斜构造，地层走向N30°W，倾向S60°W，倾角1°~3°、局部可达5°~8°，呈宽缓波状起伏，属于地质构造简单煤田。煤层赋存稳定，属近水平煤层，无大的褶曲，断裂构造不发育，只有小落差的断层。因几乎没有构造应力而地压也小，顶板相对比较稳定。但神东公司各矿井开采强度大，掘进速度快，巷道断面大，顶板管理是安全管理工作的一项重要内容。神东矿区过去也发生过顶板事故。2005年10月10日，大柳塔煤矿12607东侧旺采区右翼二区段5#支巷至12#支巷顶板突然大面积垮落，形成飓风，多人被吹倒，导致1死1重伤；2006年3月11日，哈拉沟煤矿02203综采工作面刮板运输机机尾，最后一台端头支架与回风顺槽副帮之间，发生局部顶板鳞皮冒落，掉下一块长600mm、宽600mm、厚200mm的煤研，将正在巡查工作的当班跟班副队长头部砸伤致死；2013年9月16日，黄玉川煤矿216上02胶运顺槽掘进工作面作业人员发现该面顶部掉渣严重，急忙往外边跑，在撤离过程中被冒落的煤矸掩埋。造成3人死亡，1人轻伤。
1.3火灾事故
因为煤炭的特点是易燃性强，在相应的温度条件与氧气浓度中，煤尘非常容易引起自燃，如此一来，煤矿的火灾事故会出现。神东矿区开采的煤层均有一定的自燃倾向性，挥发份高(32%~37%)、燃点低(270℃左右)、易氧化、埋藏浅(30~230m)、漏风严重、综采工作面走向长(一般在2000~6000m)、准备工作面时采用连采机双巷掘进形成的煤柱多、遗煤多，同时，为保证煤质不割顶、底板而留的顶煤垮落破碎等都将给煤炭自燃防治工作造成困难。随着生产任务加大，生产矿井主要工作面采空区的浮煤都不同程度地出现低温氧化及自燃现象。随着开采深度、强度和范围相应增加，采空区煤炭自燃的危险性将更加突出。大柳塔煤矿、布尔台煤矿、补连塔煤矿已经多次出现煤炭自燃现象，幸亏处理及时，未酿成事故。但不同程度的出现影响生产、接续的情况。
煤矿井下安全监测监控系统是结合控制技术、通信技术综合矿井生产调度、通信系统、安全监控等为一个整体的煤矿信息应用与传输自动化系统。此系统的网络平台是借鉴德国工业4.0，DCS集控系统中分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便的设计理念为指导思想，逐步进行井下各系统的设备智能化改造，将各子系统接入PSI平台，运行稳定、可靠、安全。此系统能够实时地采集和监测煤矿安全生产的数据，从而有利于预防和应对应急灾害事故，从而确保煤矿井下生产的安全性。煤矿井下安全监测监控系统的组成部分主要是综合自动化监控网络、安全监测监控子系统、调度中心及其显示系统、生产监测监控子系统、人员定位系统。
2.1综合自动化监控网络系统
项目引入德国PSI公司先进的管理理念和软件平台。结合交换机将一致的环网构建在矿井与地面，这种自动化监测监控系统能够结合调度监控中心及时地控制与监测矿井关键机电装置的工作现状与生产情况，这种系统结合网络防火墙、网络隔离等确保网络运行安全性。
2.2调度中心及其显示系统
作为煤矿管理工作者应通过调度指挥与监控矿井生产系统平台的矿井生产调度中心，从分掌握矿井生产运行的现状。生产调度中心监控网络涵盖软件系统以及硬件系统。结合调度室的监控软硬件装置向监控中心传输煤矿生产和安全监控系统的一系列数据信息，进而搜集和分析数据，结合电视视频系统的成像能够向地面传输矿井的实际现状，从而有助于管理工作者的生产决策与指挥，确保对一系列的灾害事故进行预防和处理，推动煤矿生产安全性的提高。
2.3人员定位系统
煤矿企业务必提高预防为主的事故防范意识，有效地体现固有科学技术的优势，创建矿井人员定位系统。具体而言，将定位基站安装在矿井的关键生产巷道，煤矿工人自身携带定位仪，在对基站进行定位的情况下，能够识别工人的身份信息，且在地面监控中心直接反馈信息。结合调度室的监控可以明确工人的生产劳动区域、工人的数目，在出现事故的情况下能够迅速定位工人活动的区域，从而有利于救援信息的提供，实现救援效率的提升，也可通过群呼功能驱使人员撤离。矿井人员定位系统统一了我国先进的传感器技术、通信技术、远距离识别技术，能够发挥人员定位、救援、考勤等一系列的作用。矿井人员定位系统具备考勤的作用，基站可以对工人的身份信息进行有效地识别，从而对工人所处的范围进行准确地定位。如果出现事故，那么能够结合这种系统明确矿井工人所处的区域和数目，以提供辅助救援的有效信息。为此，这种系统的特点是容易管理、便于操作、稳定、安全。矿井人员定位系统的智能化水平比较高，监测基站可以对经过基站的人员信息进行自动地识别和记录，结合网络传输及时地将信息传输至地面监控中心，监控中心能够分类汇总和整理信息。每位入井人员必须佩带定位系统识别卡，识别卡的信息涵盖工人的年龄、姓名、职务、部门等信息。将定位人员的基站安装在矿井巷道中，在该基站有工人经过的情况下，基站系统能够迅速地进行识别，这样，矿井调度室中能够收到工人的信息，结合调度室显示屏幕能够清楚工人通过的区域以及时间段。
2.4安全监测子系统
一是安全监控系统。为了实现煤矿安全管理能力的提升，确保煤矿生产的高效化与安全性，在实际生产中应及时地监控矿井避难硐室、机电装置工作现状、环境参数、供电系统等，从而有助于管理工作者可以实时地把握煤矿的安全现状与生产情况，确保预测预报灾害事故，最终有效地避免事故的出现。国内的煤矿企业会应用分站监控系统，这种系统的特点成本小、技术先进。二是矿压监测系统。在实际生产中应监测矿压，矿井的安全生产受到围岩变形、工作面顶板、巷道的影响作用，重点监测的方面涵盖工作面液压支架运行阻力、围岩应力、顶板离层等。并且，应实现监测的动态化，尽量地降低片帮、冒顶等造成的矿压灾害事故。煤矿矿压监测系统重点组成部分是分析数据软件、接收主机、通讯分站、压力分机、上位机、通讯主站、离层传感器等。分站信息结合电缆向主站传输，再通过矿井主站向地面监控中心传输，两个小时的延时供电电源配置在一系列的通信分站和主站，从而避免出现断电的现象。三是束管监测系统。很多的易爆易燃性气体充斥在矿井空气中，为此，应结合矿井束管色谱检测系统全天候不间断地监测矿井的关键控制范围，从而在监测改变的气体温度、含量的现状，最终有效地预防煤矿瓦斯和火灾事故。
3煤矿井下安全监测控制系统的应用以及维护
3.1明确安全监测监控系统的应用意义
对于煤矿生产而言，有的人不正确地认为安全生产应用监测监控系统没有太大的益处，还会起到不利影响作用，像是制约生产、中断生产、报警断电等情况的出现。因此，有的单位忽视了安全监测监控系统的应用，不支持和不配合开展的安监工作，有的单位还有意拖延或者是阻碍安全设备的安装。在完成仪器安装工作之后，也难以有效地应用以及维护，这不利于系统稳定和安全地运行。为此，煤矿企业的领导首先应清楚煤矿生产中安全监测监控系统的应用意义，安全监测监控系统能够在确保煤矿企业长时间、不间断稳定运行中实现非常大的社会效益以及经济效益。因此，在安装系统的初期，领导需要积极主动地教育和宣传，让所有的单位明确安全监测监控系统的功能，让广大的员工保持思想上的高度关注，从而有利于安装监控系统之后顺利地开展其它的有关事宜。
3.2清楚组织的领导
煤矿安全监测监控系统牵涉到比较广的方面，能够密切联系煤矿的所有部门。为此，对于安全监控机构的创建，所有的部门需要取得领导的支持，让具备安全监测专业化技术的监测人员、工程师进行安装。并且，针对管理安全监测监控系统而言，能够坚持责任清晰、划分范围、分班组的原则进行。
3.3注重培训技术工作者与管理人员
在煤矿安全监测监控系统当中，人的因素至关重要。倘若技术工作者与管理人员不熟悉有关的技术、不懂得煤矿安全监测监控系统的管理，那么就难以体现系统的强大功能，进而使系统变得形式化。对于安全监测监控系统的设备而言，需要建设详尽的档案，涵盖检修的时间、调试的记录、设备的数据信息等，确保即时性、准确性、详细化。并且，安全监测监控系统牵涉到比较广的学科，调入部门的工作者需要接受专业化的培训，在工作过程中也应不断学习和总结经验。并且，部门的领导人员也应多安排相应的培训，从而充实队伍力量和提高队伍素质，从而跟迅速发展的现代化煤矿安全监控监测技术的需要相符合。
3.4搞好平时的维护以及检验新设备
建立系统之后的维护非常关键。矿井的工作条件比较差，设备的运行时间长且分散，再者受到人为因素的制约，煤矿安全监测监控系统也需要维护。只有实时地发现和处理隐患，才可以确保系统的顺利工作，有效地体现系统的功能。煤矿能够创建自身的维护团队，让专门的人员进行管理和负责，如此一来，能够稳定、及时地处理故障及问题。基于不断进步的安全检测技术和煤矿开采技术的发展，会面临一些新的问题，这就要求实时地更新与维护系统设备及其技术。在设备购置之前应当主动地进行调研工作，明确设备的缺陷与长处，清楚是不是契合固有的系统。并且，应综合地检验新购置的系统设备，针对存在的问题及时地跟产商交流。除此之外，为了确保系统工作的长期性，需要对易耗易损的设备部件做好储备。
3.5有效地处理监测信息
为了取得设备状态以及场地环境的数据信息，安装一系列的传感器应根据《煤矿安全规程》的标准进行。应及时地测试与调校一系列的传感器。在报表中实时地录入采集的数据，存在不正常情况下需要迅速地向矿调度报告，且认真地进行记录。中心站应提供每一天的日报表，让监控部门研究与审阅。针对监测监控系统的实时性数据信息，不但能够让矿区把握矿井的现状，方便指挥，还能够结合这一系列的资料信息和开采情况对地下水、瓦斯、自燃发火等的改变特点进行分析，从而实施有效的开采方案。
3.6健全应急预案
安全监测监控系统是工具、监控“一通三防”是手段，最终目标是为了降低事故发生率。在系统报警的情况下，煤矿首先应实施有效的应急措施，且确保按部就班地开展，最大程度地减小损失。矿井单位需要总结以往的事故经验，制定关于生产安全性的手册，将避难知识普及给每位员工，不定期的开展各类应急演练让员工针对警报的时候可以很好地应对一系列的突发情况。并且，基于不断建设的矿井影响下，也需要实时地完善有关的避险巷道和避难硐室。基于建设矿井时间的延长，系统搜集的一系列数据信息会持续完善与更新，监测监控系统具备数据库的作用，能够结合这一系列的数据进行深入地挖掘，从而为矿井更加好地服务。
4结论
综上所述，将矿井安全监测监控系统应用到煤矿井下开采之中，可以对顶板压力、瓦斯浓度、氧气浓度等指标进行有效的监测和记录，从而实现对煤矿监控集中化、系统化管理，提高煤矿资源的开采效率，提高煤炭企业的经济效益和社会效益、安全效益。
作者:吴青刚 单位:神东煤炭集团公司安监局
