煤矿监控监测系统的基本构成及发展趋势.pdf

收稿日期２０２０􀆽 ０５􀆽 １８ 作者简介赵 艳１９７４ － ꎬ女ꎬ山西武乡人ꎬ助理工程师ꎬ从事实验室质量控制工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０６. ０２３ 煤矿监控监测系统的基本构成及发展趋势 赵 艳 长治市煤矿技术服务中心ꎬ山西 长治 ０４６０００ 摘 要煤矿安全生产管理至关重要ꎬ需要格外重视ꎮ 在煤矿安全生产过程中ꎬ煤矿监控监测系统具有重 要的作用与意义ꎬ对煤矿的各种状况进行实时监控及监测ꎬ搜集信号及数据并进行处理ꎬ对安全事故进行 提前预防与判断ꎬ降低安全事故几率ꎮ 本文将对煤矿监控监测系统的基本构成及发展趋势作简要论述与 探讨ꎮ 关键词煤矿安全生产管理 煤矿监控监测系统 基本构成 发展趋势 中图分类号ＴＤ７６ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００６􀆽 ００６０􀆽 ０２ 煤炭是国家重要的能源原料之一ꎬ其安全生产 问题需要引起广泛的重视ꎮ 近年来我国的能源建设 实现了快速发展ꎬ煤炭安全生产需要得到进一步的 关注ꎮ 尽管最近几年的时间里ꎬ国内煤炭生产安全 问题得到了好转ꎬ但是依然面临严峻的形势和局面ꎮ 长期以来ꎬ我国的煤矿事故数量及死亡人数高居不 下ꎬ对国家财产及人身安全构成了巨大的威胁ꎮ 在 煤矿安全生产过程当中ꎬ监控监测系统具有重要的 作用与意义ꎮ 随着信息技术与煤炭产业的快速发 展ꎬ煤矿监控监测系统面临着一系列全新的挑战ꎮ １ 煤矿监控监测系统的安全、生产监控与自 动化 １. １ 综合自动化监控网络 当前煤矿监控监测系统均使用工业以太环网构 建ꎬ是自动化的集成网络平台ꎬ主要由调度监控中心 网络平台和工业以太环网构成ꎮ 在煤矿调度室中ꎬ设置有一台核心工业以太网 交换机ꎮ 而在地面积极煤矿井下构建一个统一化 １ ０００ Ｍ/ ｓ环网ꎬ同调度监控中心核心同交换机进行 连接构建环网ꎬ建立工业以太环网骨干网络ꎮ 各个 生产监控子系统和工业电视编码器依照就近原则同 环网交换机进行接入ꎬ运行于独立网段内ꎬ以交换机 和集团的局域网进行连接ꎮ 在综合自动化监控网络中ꎬ实施调度监视并查 询煤矿的生产情况ꎬ监视并控制各类关键设备ꎮ 网 络安全同煤矿的生产紧密关联ꎬ因此网络安全尤为 重要ꎬ需要采取病毒防治、网络隔离、网络管理等多 种手段加强综合自动化监控网络的安全性与可靠 性ꎮ １. ２ 调度中心监控及显示系统 调度中心在煤矿调度、监控、安全生产以及预警 中居于中心地位ꎬ煤矿的管理者主要通过调度中心 对煤矿的安全生产状况进行操作ꎬ对煤矿进行管理ꎮ 在调度室内ꎬ硬件及软件设备为核心设备ꎬ硬件设备 同煤矿运营状况息息相关ꎬ是煤矿实现综合自动化 的根本ꎮ 调度中心能够为煤矿决策指挥及生产调度 提供正确化、科学化的数据支持ꎬ有效保障煤矿的生 产安全ꎬ可以对各类突发事故及自然灾害进行有效 预防ꎬ并采取相应措施进行处理ꎬ提高煤矿生产的安 全性ꎮ 煤矿工业电视系统能够实现视频成像ꎬ能够通 过视频的形式将煤矿工人的实时劳动画面向地面传 送ꎬ方便煤矿管理者掌握具体情况ꎮ 煤矿管理者通 过视频画面ꎬ可以对全局有所掌控ꎬ能够及时发现可 能出现的突发事故ꎬ确保煤矿的高产及高效ꎮ 地面监控点有教广的分布ꎬ同时和监控中心有 较远的距离ꎬ需要固定在前端摄像机并使用彩色转 黑白的高清晰摄像机ꎬ以确保监控采集视频信号的 可靠、清晰及稳定ꎮ 这类产品有着较高的图像线数ꎬ 能够根据背景明暗对工作方式进行转换ꎮ 调度中心 ＵＰＳ 电源对地面监控点进行集中供电ꎬ以确保系统 可以实现长时间的稳定高效运行ꎮ １. ３ 安全监测子系统 １. ３. １ 煤矿安全监控监测系统 在煤矿生产过程中ꎬ煤矿安全监控监测系统能 够有效保证煤矿的安全生产及人身安全ꎬ提升生产 效率ꎬ提高煤矿的现代化管理水平ꎬ及时了解煤矿生 产当中存在的安全问题ꎬ对煤矿的各类安全参数进 行全面把握ꎬ从而实现早期预报灾情ꎬ并自动处理ꎬ ０６ 实实用用技技术术 总第 ２５０ 期 有效规避各类安全事故的出现ꎮ 当前国内所使用的煤矿安全监控监测系统主要 为总线式及分站式两类ꎮ 在总线式监控监测系统 中ꎬ实现了传感器同总线电缆的直接连接ꎬ有效降低 了电缆使用量ꎬ在安装维护上也有较低的工作量ꎬ这 是未来的主流发展趋势ꎬ但是由于较高的投资ꎬ当前 并未实现广泛普及与应用ꎻ分站式监控监测系统投 资较少且技术较为成熟ꎬ因而在煤炭产业中实现了 广泛的应用ꎮ 煤矿安全生产监控监测系统在独立网段中运 行ꎬ以工业级防火墙同煤矿局域网实现连接ꎮ １. ３. ２ 矿压监测系统 在煤矿安全生产过程中ꎬ矿山顶板压力是影响 安全的一个重要因素ꎮ 在煤矿信息化系统当中ꎬ矿 山顶板压力监测是重要的构成部门ꎬ对于煤矿安全 生产具有重要作用与意义ꎮ 在煤矿生产过程中ꎬ为 了有效减少由于巷道片帮或是顶板垮落而引发的安 全事故ꎬ需要针对矿山压力及巷道顶板的离层情况 采用顶板压力监测系统进行实时监测ꎬ从而做到动 态化监测ꎬ对安全事故进行提前预测ꎮ 在煤矿顶板 压力监测系统中ꎬ主要由工作面巷道离层监测、回采 工作面支架压力监测等多个部分构成ꎮ 而在煤矿矿压监测系统中ꎬ主要由离层传感器、 通讯主站、通讯分站、压力分机、上位机、接收主机以 及数据分析软件等多个部分构成ꎮ 各个通讯分站向煤矿矿井中的通讯主站以专用 通信电缆进行传输ꎬ之后以矿井通讯电缆向地面的 监控中心进行传输ꎮ 主站以及各个分站配备有防爆 电源ꎬ即便断电之后还具备延时 ２ ｈ 的供电能力ꎬ确 保设备的正常用电ꎮ １. ３. ３ 束管监测系统 煤矿煤层容易出现自燃的情况ꎬ所以需要采用 煤矿束管色谱监测系统ꎬ确保对各类条件及因素进 行实时监测ꎮ 在这一系统之下ꎬ主要针对煤矿重点 区域内的各类气体如 ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、ＣＨ４、Ｎ２、Ｃ２Ｈ４、 Ｃ２Ｈ６等进行全天候监测ꎬ对于发火点温度的变化进 行及时预测与预报ꎬ从而提供给煤矿瓦斯事故及自 然火灾必要的数据及依据ꎬ是煤矿安全监控监测的 子系统ꎬ具有重要的作用与意义ꎮ ２ 煤矿安全监测监控系统的主要对象 煤矿生产时一类特殊的行业ꎬ在很多地方都极 易出现事故ꎬ在安全生产过程中存在较多的风险ꎬ煤 矿需要加强防水、防火、防突、防冒顶及瓦斯爆炸等 多方面的安全工作ꎬ所以需要对每一个元素引起足 够重视ꎮ 在煤矿安全监测监控系统当中ꎬ重点监控以下 对象风量、温度、水仓水位、Ｏ２、ＣＯ、粉尘、风机负 压、胶带机头烟雾、风墙两侧风压参数等ꎬ同时也需 要对机电设备运行参数进行监控ꎬ做到对煤矿安全 生产情况的实时监测ꎮ 新型的传感器对上述参数相关数据进行收集ꎬ 并将信号通过信号电缆向地面的监控室实时传输ꎮ 地面的监控室对信号进行处理ꎬ并分析信号ꎬ进而作 出相应的判断ꎮ 一旦某一数据不正确ꎬ就会马上发 出警报ꎬ停止作业ꎬ待数据恢复正常之后ꎬ再进行生 产ꎮ ３ 煤矿监控监测系统的发展趋势 ３. １ 集散式结构和开放通信模式 对于煤矿监控监测系统而言ꎬ其结构会向着主 站 ＋ 分站式结构不断发展ꎬ各个分站对数据及信号 进行采集ꎬ预处理信号及数据ꎬ而主站则精确处理各 类数据及信号ꎮ 煤矿中的各个设备在通信上使用标 准协议ꎬ可以对多种自动化控制系统进行兼容ꎮ 厂 商在设备生产上需要遵循统一标准ꎬ进入到市场中 的设备必须要符合相关标准ꎬ便于煤矿构建多节点 安全监控监测网络ꎬ实现信息及资源的全面共享ꎮ 煤矿的监控监测场所有较大的流动性ꎬ可以实现监 控监测设备的移动及随机接入ꎬ构建开放型的监控 监测系统ꎬ具备较强的兼容性ꎬ有升级及扩展裕量ꎮ ３. ２ 发展智能化数据处理功能 我国煤矿监控监测系统在多年的发展中坚持不 断革新ꎬ取得了较大的进步ꎬ但是在安全问题的处理 上依然存在较大欠缺ꎮ 当前国内大多数煤矿监控监测系统依然延续传 统进口设备功能ꎬ更多的是简单处理煤矿数据ꎬ一旦 数据超标ꎬ就会进行报警ꎬ但需要监控室有专人全天 候进行值班ꎬ对于人员有较高的依赖性ꎬ在这一过程 中就会存在较多误差ꎬ此外也由于煤矿管理水平上 的差异ꎬ对煤矿安全生产产生影响ꎮ 因此煤矿监控 监测系统应当朝着智能化的方向不断发展ꎬ能够对 各类参数进行智能监控ꎬ实现智能化提示及报警ꎬ假 如报警没有引起煤矿人员注意ꎬ则及时采取切断电 源的操作ꎬ通过设备停电的方式停止作业ꎮ ３. ３ 提高煤矿分站的智能化 将煤矿监控监测分站用设备控制箱紧密联系起 来ꎬ提升智能化水平ꎬ研发出新一代的煤矿传感器ꎬ 充分运用单边机的巨大优势ꎬ确保煤矿基站可以实 现自行诊断及自行校正ꎬ对设备开关进行智能化控 制ꎬ有效降低安全事故的发生几率ꎮ 下转第 ７２ 页 １６ ２０２０ 年 ６ 月 赵 艳煤矿监控监测系统的基本构成及发展趋势 第 ２９ 卷第 ６ 期 率达到 １１. ７ ｍｍ/ ｄꎬ最大横向变形速率出现在距工 作面４０ ｍ 处ꎬ最大速率达到６. ２ ｍｍ/ ｄꎬ可以看出采 动作用在 ７０ ｍ 范围ꎬ尤其是距工作面 ４０ ｍ 范围内 对充填体影响较大ꎬ此后随着工作面远离ꎬ顶板结构 逐渐稳定ꎬ充填体变形速率逐渐趋于零ꎮ 图 ６ 充填体变形速度 ４ 结 语 １ 根据沿空留巷位置和顶板结构特征ꎬ理论 分析得出了留巷围岩变形的关键力源是老顶弧形三 角块Ｂ 块的稳定性ꎻ同时根据留巷不同时期服务 特点ꎬ划分成四个变形阶段巷道掘进变形阶段、超 前采动影响变形阶段、沿空留巷渐次变形阶段、围岩 变形稳定阶段ꎮ ２ 根据数值模拟结果ꎬ采空区边缘应力分布 曲线为先增后减趋势ꎬ其峰值大于超前支承压力峰 值ꎬ且整体呈“陡而高”特征ꎻ同时验证了沿空留巷 处于支承应力降低区的关键理论基础ꎮ ３ 根据对充填体纵横向变形观测得出ꎬ随着 工作面远离ꎬ留巷充填体纵向及横向变形均表现出 先迅速增大后逐渐稳定的趋势ꎬ最大纵、横向变形分 别稳定在 １４９ ｍｍ 和 ９３ ｍｍꎻ而变形速度曲线也整 体表现为先增后减趋势ꎬ最大纵、横向变形速率为 １１. ７ ｍｍ/ ｄ 和６. ２ ｍｍ/ ｄꎬ此后充填体变形速率逐渐 趋于零ꎮ 参考文献 [１] 张 农ꎬ韩昌良ꎬ阚甲广ꎬ等. 沿空留巷围岩控制理论 与实践[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１４ꎬ３９８１ ６３５ －１ ６４１. [２] 李 胜ꎬ李军文ꎬ范超军ꎬ等. 综放沿空留巷顶板下沉 规律与控制[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１５ꎬ４０９１９８９ －１９９４. [３] 李迎富ꎬ华心祝. 沿空留巷上覆岩层关键块稳定性力 学分析及巷旁充填体宽度确定[Ｊ]. 岩土力学ꎬ２０１２ꎬ ３３４１ １３４ －１ １４０. [４] 陈 勇ꎬ柏建彪ꎬ王襄禹ꎬ等. 沿空留巷巷内支护技术 研究与应用[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１２ꎬ３７６９０３ －９１０. [５] 宋旭斌. 数值模拟在古城矿井沿空留巷中的应用[Ｊ]. 煤ꎬ２０１９ꎬ２８８２０ －２２. [责任编辑王伟瑾] 􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣􀤣 上接第 ６１ 页 ４ 结 语 对于煤矿而言ꎬ需要对安全生产管理引起足够 重视ꎬ对煤矿作业环境进行改善ꎬ对于违规生产的情 况进行组织ꎬ有效降低事故发生的几率ꎬ确保煤炭产 业的长远稳定发展ꎮ 随着社会的不断进步ꎬ国家更 为重视“以人为本ꎬ科学发展”ꎬ因此一套完善的煤 矿监控监测系统至关重要ꎬ能够有效满足煤矿安全 防控的实际需求ꎮ 随着科技的不断进步ꎬ煤矿监控 监测系统将向着智能化的方向不断发展ꎬ为煤矿安 全生产保驾护航ꎮ 参考文献 [１] 张 涛. 煤矿安全生产监控教学实验系统设计[Ｊ]. 工 矿自动化ꎬ２０１４６８３ －８６. [２] 郭文军ꎬ郭选明. 我国煤矿安全生产监控与通信技术的 现状与发展[Ｊ]. 科技与企业ꎬ２０１６１０９７ －９８. [３] 李国荣. 信息化在煤炭企业安全生产监控中的应用研 究[Ｊ]. 当代化工研究ꎬ２０１９１６６０ －６１. [４] 刘 涛. 中国煤矿安全管理与监控系统的设计与开发 [Ｊ]. 决策探索中ꎬ２０１７１０２５ －２６. [５] 李亚兵. 煤矿安全监测监控系统的几个关键问题研究 [Ｊ]. 硅谷ꎬ２０１４１２１５５ꎬ１６３. [责任编辑王伟瑾] ２７ ２０２０ 年 ６ 月 李建强沿空留巷围岩变形规律及充填体稳定性分析 第 ２９ 卷第 ６ 期