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1822020 年第 5 期 关于王坪煤矿安全监测监控系统的设计研究 高天元 （同煤集团朔州朔煤王坪煤电公司，山西 朔州 038300） 摘 要 为了解决王坪煤矿现行安全监测监控系统中有关数据收集不及时、数据处理不到位、关键参数模糊度高等问题， 通过将系统分化，利用新型传感器和大数据等技术设计了新的监控系统。该系统能够及时采集关键参数，及时分析，做出 正确判断，并第一时间下达指令，可以有效保证矿井安全运行，提高工作效率。 关键词 安全 监测监控 大数据 关键参数 效率 中图分类号 TD76 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.067 Research on the Design of Safety Monitoring System in Wangping Coal Mine Gao Tian-yuan Datong Coal Mine Group Shuozhou Shuo Coal Wang Ping Coal Power Company, Shanxi Shuozhou 038300 Abstract In order to solve the problems in the current safety monitoring system of Wangping Coal Mine, such as untimely data collection, inadequate data processing and high fuzzy degree of key parameters, a new monitoring system is designed by dividing the system and using new sensors and big data technology. The system can collect key parameters in time, analyze them in time, make correct judgment, and give instructions in the first time, which can effectively ensure the safe operation of the mine and improve the working efficiency. Key words safety monitoring and inspecting big data key parameter efficiency 收稿日期 2019-11-27 作者简介 高天元（1984-），男，汉族，山西省繁峙县人， 2009 年 7 月毕业于山东烟台南山学院，助理工程师。 在煤矿的运营过程中，安全监测监控系统不仅 需要实时监测煤矿的运行状况，更需要对顶板、水 灾、瓦斯等事故进行预测，有效地避免事故的发生 或者降低事故的损失。但是当前王坪煤矿现行的监 测系统却无法准确地获悉这些关键信息，存在大量 的问题。在新时代的背景之下，为了从根本上为企 业的安全生产保驾护航，提高企业的竞争力，传统 煤炭能源企业的安全监控系统急需进行新的应用转 型升级，设计新型的安全监测监控系统迫在眉睫。 1 王坪煤矿监控系统存在问题 同煤集团朔州煤电王坪煤电公司井田位于山西 省朔州市怀仁县西南 30km 处，行政隶属怀仁县新 家园镇管辖。该矿公路交通四通八达，生产规模 180 万 t/a。安全生产为该矿一致认同的目标，为了 尽可能地避免安全问题的出现，煤矿采用了安全监 控系统。该矿所采用的安全监测监控系统虽然可以 对地下矿井中种种数据进行收集、上传以及分析， 有效地降低了灾害以及毒气对井下工作产生威胁的 可能性，但目前仍存在一些问题 （1） 存在的干扰强。 井下工作， 空间有限， 电场、 磁场对传感器影响较大。监控设备抗干扰能力不强， 传输信号较弱，导致数据不能及时上传至系统。 （2）效率低。监控监测系统使用传感器收集 参数，数据需要经过井下分站传输至地上主机，如 此一来有效数据不足 20，这将会对监测监控系统 数据的实时性造成影响。 （3）利用率低。采集的大多数数据没有得到 很好的利用，无法实现对数据的有效分析。 （4）系统硬件老旧。管理工作开展较慢，设 备升级慢，这种问题存在于我国目前大多数的煤矿 安全监控系统中。 （5）人员的专业化程度不高。煤矿信息监控 系统是一种专业的管理操作，需要一定的知识水平 才能发挥其最大价值。但是，在各种因素的影响下， 员工的业务水平很不平衡。 综上所述，造成系统工作效率不高的最主要因 1832020 年第 5 期 素可以归结为采集数据不及时，对关键影响因子 的分析不到位，造成采集数据体量庞大但分析效果 不佳，分析完问题后指令下达过程繁琐。因此，针 对于该矿的现状，提出了一套新型安全监测监控系 统的设计方案。 2 新型安全监测系统的设计方案 2.1 安全监测监控系统工作流程 新的监测监控系统首先应该分析国内外已发生 的煤矿事故的原因，找出造成事故的关键因素，对 其进行准确的实时检测。如造成瓦斯事故的主要因 素是井下一氧化碳、甲烷等含量的超标，所以需要 将已有的设备进行更新，选择新型的传感器来保证 数据的准确性。煤矿安全监测监控系统建设不仅需 要大数据的加持，其对设备以及信息传输的方式等 方面也提出了更高的要求，该系统的搭建是一个行 业综合实力的体现。该矿设计的煤矿安全监测系统 的硬件组成如图 1 所示。 图 1 监测监控系统的硬件组成图 将收集的各煤矿安全参数，集中至该矿的安全 监控系统的大数据库中，并将大数据库备份至各个 分系统的监控分站中。为了实现信号的实时性，将 图 1 中各环节通过光纤进行联接。其系统的具体工 作过程是井下传感器可以全天不间歇的工作，根 据各分系统的具体设置，监测井下的各个重要参数， 把监测到的数据实时地传递给上级的安全监控分 站，分站将采集的数据中大部分无用数据进行过滤， 将部分重要数据进行保留，同时与已备份的安全大 数据参数进行对比。对比的结果以及采集的重要数 据包，会通过工业以太网上传至地面，到达监控主 机。主机接收信号，在更完善的计算机算法之下， 对其进行核实。如果数据确实超出了安全范围，立 即启动备用信号线，即主机直接将命令下达至监控 分站，分站采取停机、报警等方法，同时将故障或 者报警说明，以文档的形式传至安全矿长。主机还 会将故障、事故的原因、位置等信息以及必要的处 理方式传给该负责部分的工作人员，指导撤离或者 解决问题。 该矿设计的安全监控系统，通过先进设备（如 传感器等）的加持，可将数据实时采集，分站进行 处理，并且将有效信息以及预测上传，地方对其进 行自动分析。一旦出现问题由主机直接下达指令， 设备快速做出反应，并且将数据传给工作人员和安 全领导，方便各方人员及时作出反应。同时根据系 统提供的解决方案或者撤退路线，可以有效地对问 题进行处理，大大节约了信息传达以及分析问题的 时间，为井下人员、设备的安全提供了可靠的保障。 该矿设计的安全监控系统可以有效地解决目前煤矿 安全系统普遍存在的问题，真正意义上发挥了煤矿 安全监控的作用。 2.2 安全监测监控系统的组成 新的监测监控系统通过大数据、计算机、信息 传输等技术，建立关于整个矿井包括井上井下的环 境、人员以及设备安全的监测监控系统，达到预测 事故灾害、增强煤矿安全生产能力、提高企业处理 应急事件能力等作用。为了更好地实现系统的功能， 该矿将安全监测监控系统分为 9 个分系统，系统的 具体组成如图 2 所示。 图 2 安全监测监控系统的分系统图 结合王坪矿的实际情况，将安全监测监控系统 分为井下防水监测监控系统、矿压安全监测系统、 空气监测系统、设备运行监测系统、井下工人位置 状态监测系统、生产安全监测系统、输送监测系统、 环境监测系统（年降水量等，影响井下防水工作开 展）以及煤矿自动化监测系统。每个分系统会按照 图 1 中的系统流程进行工作，有一套围绕实际以及 1842020 年第 5 期 使 TDS 智能干选设备针对某一采区煤流进行筛选， 进一步降低煤中带矸率，提升煤质。TDS 智能干选 系统既可以提高产品煤回收率，增创经济效益，又 可减少进入地面洗选系统的无效洗选量，降低洗选 成本，有益于建设优质高效低耗选煤厂。 筛选出的矸石，经进一步破碎后，可用于井下 充填开采，实现矸石不升井，不产生矸石山，不占 压土地资源，不对水资源、大气造成严重污染，彻 底杜绝矸石山自燃事故的发生，为建设绿色矿山、 和谐矿区提供强有力的支持。 3.2 经济效益分析 3.2.1 投资概算 根据矿井实际情况对项目投资进行估算，井巷 工程费用（人工、材料费用）54.8 万元，设备购置 费用 2428.8 万元，预计投入资金约 2483.6 万元。 3.2.2 效益分析 （1）根据矿井核定生产能力 240 万 t/a 计算， 使用井下洗选系统后可减少外排大矸石含量 5 个百 分点。参照矿井近两年矸石洗出率，矿井每日矸石 量（含外排大矸石）约 800t，每年矸石量合计约 26.4 万 t，按原煤单价 700 元 /t 计算，每年直接提 高经济效益约 9800 万元。 （2）使用井下洗选系统后，减少井上洗选矸 石量。根据洗煤厂洗选成本约 20 元 /t，每年洗选矸 石按26.4万t计算， 每年可提高经济效益约530万元。 （上接第 181 页） 参数采集的装备，每个系统将处理后的数据资料都 汇总到煤矿的大数据库中，为煤矿的安全工作提供 数据资料，为今后的工作开展提供可参照的依据。 3 结论 煤企在新时期下面临着新的挑战，为了保持快 速稳定发展态势必须将现有的煤矿安全监测监控工 作进行升级，解决现有系统存在的问题，结合时代 的产物如大数据、互联网等，将全国煤企进行串联， 实现信息的互通，将煤矿生产过程中出现的问题事 故等进行数据分析，为今后煤矿的安全生产提供数 据的支持。王坪矿设计的新型安全监测监控系统就 是要充分发挥大数据的作用，分析各环节的关键点， 作为本矿监测的中心，通过数据来对本矿的安全进 行监测与控制，实现实时的监测，做到即时的动作， 保证矿井的安全生产，同时也可以为其他矿在监控 系统改革方面提供依据。 【参考书目】 ［1］ 艾惠明 . 煤矿生产信息化技术发展趋势［J］. 数 字技术与应用，201410218. ［2］ 卢炜 . 浅析“互联网 ”背景下煤矿管理信息系 统的应用 [J]. 山东煤炭科技，2019（05）204- 206. ［3］ 贺鑫 . 煤矿安全监测监控系统存在问题分析及优 化研究 [J]. 内蒙古煤炭济，2018（04）91-92. ［4］ 鲁远祥，樊荣 . 煤矿安全监控系统体系架构技术 的发展 [J]. 矿业安全与环保，2009，36（s1） 177-179. ［5］ 李东，周勇 . 大数据在煤矿安全领域应用方法研 究 [J]. 煤炭经济研究，2018，38（06）39-45. （3）使用井下洗选系统和矸石充填后每年可 减少矸石提升量约 26.4 万 t，每钩按 25 元 /t 计算， 需 10560 钩，每钩电费约 130 元，每年可减少电费 约 140 万元。 综合上述分析，井下干选系统投入使用后，每 年可提高经济效益为 980053014010470 万元。 井下洗选系统每天按 12 人操作维护，每人工资按 10 万元 /a，合计 120 万元，设备折旧费按 300 万 元 /a 计算，每年直接经济效益计算 10470-190-120- 300-1193.359056.65 万元，直接经济效益非常显著。 4 结论 所设计的 TDS 智能干选系统可连续高效地将主 煤流中的矸石筛选出，实现煤矸分离，而不影响主 煤流的运输，有效解决郭屯煤矿煤质较差的问题， 提升了煤炭质量，实现矿井安全高效生产，取得了 较好的经济效益。同时消除矸石外排，为进一步建 设绿色生态和谐矿区，提供支持。 【参考书目】 ［1］ 李连华，魏茂生，赵仁宝 . 煤仓、矸石仓联合运 输系统的设计与应用 [J]. 山东煤炭科技，2012 （05）61-63. ［2］ 陈荣柱，兰树员 . 浅析采区设计中煤仓与矸石仓 布置关系 [J]. 中州煤炭，2003（05）11-17.