国内外金属矿山安全监测现状与发展趋势.doc

国内外金属矿山安全监测现状与发展趋势 国外矿山监测监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上510年更新一代。从技术特性来看，主要从信息传输发生的进步来划分监控系统发展阶段。到了80年代，美国以其拥有的雄厚高新技术优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术等现代高新技术用于矿山监控系统，这就形成了以分布式微处理机为基础的监控系统。 国内矿山监测监控技术的开发和应用起步于80年代初期，至今已得到广泛的发展和应用。期间，随着新材料技术、电子传感技术、数字通信技术、控制技术、微计算机技术、软件技术和网络技术的迅速发展，监测监控系统从其通讯方式上划分，先后经历了三个阶段第一阶段是每个传感器需对传输线连接到地面的星型结构；第二阶段是在一对传输线上实现多路频率分割的载波传输；第三阶段是目前应用最多的中心站和分站之间的半双工时分总线方式。 监测系统现状 矿山监控系统是增强矿山安全、提高生产效率的有效工具。监控系统分为三部分传感器；传输系统；井上监控中心站。监测监控系统自中心站计算机向下，由接口装置、信号传输总线、井下分站和各类传感器、断电仪等组成。中心站计算机和各分站呈集散型积木结构。桌面部分由中心站计算机和交换机、集线器、双绞线、用户终端等组成实时快速100M以太网络或其它网络系统。系统功能主要用于监测CO、烟雾、风速、温度、负压、风筒、风门状况等环境参数，以及机组位置、水仓水位、设备开停、计时、记数等生产参数和电位、电压、功率等电量参数。系统采用巡检方式完成，即中心站计算机顺序向各分站发出命令，分站接到指令后，响应中断，接受中心站下发的配置文件或执行控制输出命令，并分时把该站监测数据上传，中心站计算机对这些数据分析、处理、存档，并实时响应前台键盘中断、鼠标中断和桌面局域网用户的申请访问。 自改革开放以来，我国矿山安全生产监测监控得到长足的发展，监控系统产品种类有几十种。目前，我国的重点矿山已全部安装有监测监控系统，并已经成为矿山标准化达标的首要条件。但是，现有矿井监控系统均存在着通用性差、智能程度低等问题，既不符合智能型集中监控的要求，又不能满足矿山安全生产的需要。实现监测系统的智能化，建立具有智能化功能的监测系统，是克服监测系统自身不足，获得高稳定性、高可靠性、高精度以及提高分辨率与适应性的必然趋势。以微型计算机，微处理器为核心的数据采集系统与传感器相结合的监测系统，可以在最少硬件条件基础上，采用强大的软件优势，“赋予”监测系统智能化功能。智能化的软件技术快速发展，可以实现许多智能化功能矿山噪声抑制，监测系统的自检验与自诊断，通讯功能等等。 技术现状与发展 1.计算机网络技术 中心站计算机是监测监控系统的核心部分，它向下通过智能接口装置或其它通讯装置、信号传输总线和智能分站构成了树型计算机网络结构，中心站计算机主要完成系统定义、参数设置、系统自检、数据采集、分类存储、检索显示、测值超限报警、远程控制等功能。另外，中心站计算机可直接充当桌面网络系统的服务器，或通过网卡、交换机、集线器向专用服务器提供实时监测数据，并响应机电、通风、安监、调度等部门网络终端的访问，各终端可以根据获取的数据绘制曲线、柱状图、设备工况状态模拟图、分析报表等，并可在网络定义权限内通过中心站计算机向分站下发输出控制命令。 2.传感技术 1声发射检测技术 自从美国于20世纪40年代研究出第一台微振仪以后，历经2030年的发展，才于上世纪60年代后期发展成用于监测地下微震活动的声发射仪器设备及技术办法，并广泛用于地下工程微震活动的监测和岩爆范围的确定。声发射技术的研究经历了漫长的过程，在矿山己得到实际应用。井下冲击地压、大面积冒顶等动力灾害的发生都有一个从量变到质变的准备过程，即岩石从微小破裂到破坏的过程，在此过程中岩石由于应变能释放会伴随着应力波的释放，即产生声发射AE现象。AE声发射技术是用声发射传感器和专用设备等检测、分析声发射信号和利用信号推断声发射源处岩石等材料破坏特征及发展趋势的一种动态无损检测技术。 岩体声发射技术结合声波检测分析方法，对结构体稳定性监测、冒顶与地压安全隐患预测，以及地质灾害的预报十分有效。岩体声发射是岩体内部应力变化中伴随应变能释放而产生的一种应力波，通过监测岩石声发射分析岩体稳定性的方法已成为监测岩体稳定性的有效手段。 非接触式连续监测技术是冲击矿压和大面积冒顶等动力灾害危险性预测技术的发展趋势。随着微机的迅速发展和普及，特别是近年来岩石力学的进展及学科交叉和渗透，声发射技术的应用取得了很大突破，解决了其它方法不能解决的一些难题。声发射技术今后需要进一步研究和完善，特别是完美地与计算机软件结合。应用的各种预测预报方法，可相互补充，能综合运用，对具体工程问题寻求符合其特征的监测和预测方法。 2光纤传感技术 光纤检测技术是利用外界因素使光在光纤中传播时光强、相位、偏振态以及波长等特征参量发生变化，从而对外界因素进行检测和信号传输的技术。光纤传感技术的研究始于20世纪70年代末，它是随光纤通信技术的发展而出现的一种新兴的光学技术，与传统传感器相比有着体积小、灵敏度高、频带宽、耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、可远距离传输等优点，在易燃、易爆环境下工作安全可靠。用于检测矿山井下有害气体如CO等的光纤气体传感器已经有了实际应用，对于检测巷道面应力应变，通风巷风速等方面的光纤传感检测技术也有了很大发展。 实例应用德国GFZPotsdam公司开发了一种测量围岩变形的光纤光栅传感器FBX测量锚杆，这种新型的传感器是在一根玻璃纤维增强聚合物岩石测量锚杆杆体中埋入光纤光栅，然后将测量锚杆埋设在围岩体中，用于监测隧道、硐室、或者深埋地基等工程中的岩体变形和结构变化。这种传感器很有希望用于监测复杂的地层和岩层的变化状况，如恶劣环境条件下的位移、应变、应力、压力和温度。新的光纤光栅传感器也能用作地震接收器，测量岩体中的振动，或测量采矿工作面爆破造成的冲击地压。 光纤传感技术发展非常迅速，我国在20世纪80年代末开始研究，虽然现在做出了一些成绩，但是与发达国家相比还有差距，特别是能够进行实用的光纤传感器还比较少。现在的光元器件的成本较高，但随着技术的发展，它的成本会大大降低，可以预见，它必将会在安全要求比较高的矿业领域取代传统的电类传感器。 3红外传感技术 矿山运用红外传感技术相当广泛，例如有气体浓度的红外检测技术，主动红外入侵探测等等。气体的检测技术有很多，如电化学技术与催化燃烧技术、化学纸带技术、固态金属氧化物技术、红外技术、光电离技术等等。红外技术具有精度和灵敏度高、响应速度快、稳定性和可靠性好、准确度不受被测气体气流速度的影响等优点。气体浓度的红外检测技术是由于不同气体对红外辐射的选择性吸收，不同气体成分在红外波段内有不同的特征吸收波长，根据气体成分对某一特征吸收波长的吸收大小而确定气体的浓度。而主动红外入侵探测器由主动红外发射机和主动红外接收机组成。当发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时能产生报警状态。主动红外入侵探测器足成对使用的，自己发射红外线，自己接收，发射部分与接收部分分别相对安装。发射部分发射出两束红外光，接收部分持续接收到红外光即能保持正常状态，当有异物穿过发射和接收部分之间时，红外光线被遮挡，主动式红外入侵探测器确认、报警。对斜巷的行人行车进行监测应用实现斜巷行人行车监控保护功能，可以使矿山斜巷逐步走向本质安全型。 发展方向 1.发展全面的监测监控专家系统 目前，我国有20余家生产监测监控系统的公司或院所，其产品主要是监测环境安全参数，实现报警或断电控制，对生产设备的监测监控限于对设备的开停状态进行监测，与矿山生产全过程实行监测监控差距还较大。在软件技术上应研究开发能根据被监测环境地点的参数进行有效的危险性判别、分析和提出专家解决方案，在事故情况下，指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材提供决策。同时系统软件应向网络化发展，按统一的格式向外提供监测数据。发展覆盖面更广，监测监控参数更多的软硬件系统，为实现矿山生产综合自动化奠定良好基础。 2.研制高可靠性、品种齐全的矿用传感器 目前，国产监控系统的配套传感器，主要存在两大问题一是品种不全，用于监测环境参数的传感器较多，而用于监测生产设备工作运行状况参数的少；二是现有的传感器不同程度存在精度差、可靠性不高的缺陷。在研制新型传感器时应高起点、高智能化，充分利用微处理器的优点，做到自诊断、自校正、自调零、配置标准远传接口，统一传感器的输出信号制，以提高传输的可靠性、数据出来的简单性和传感器的互换性。发展配置齐全、高可靠性的矿用传感器是监控系统发展的关键技术之一。 3.提高系统的安全性和可靠性 矿山监测监控技术属于技术密集型领域，确保系统的安全性和可靠性非常必要。这主要包括硬件设备的密封防潮，电路可靠接地，通信线路阻抗匹配，安全隔离，以及系统软件容错，系统自检，故障诊断，CPU死机自动复位，网络管理，权限定义，密码保护等。 结束语 总之，随着科技进步和金属矿山开采自动化程度的提高，矿山监测监控技术发展十分迅速，安全监测技术已渗透到采、掘、机、运、通、办公管理各个环节，为矿山安全生产和高产高效发挥了重要的作用。只要我们加大对安全检测技术的研究和应用，一定会有助于改变我国的矿山安全现状，有利于我国经济快速发展。