煤矿监测监控的现状和未来

刘德平  杜宪河  张吉河  路学程

（肥城查庄煤矿有限公司）

    随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，煤矿安全生产是关系煤炭行业持续健康发展的大事，为了进一步加强安全生产监督管理，防止和减少生产安全事故，国家各级政府部门要求所有瓦斯矿井必须装备安全监控系统。在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率。煤矿监测监控系统在瓦斯灾害的防治中起到越来越重要的作用。因此，煤矿监测监控系统的监控有力，使其灵敏可靠、反应迅速，成为煤矿安全生产的一道警戒线。

 1  煤矿监测监控系统的应用

    煤矿监测监控系统是在生产、安全及管理方面的一个实时监测监控系统，煤矿监测监控系统是否正常使用，对于煤矿的生产运行状况、安全水平、灾害预测预报具有重要的作用。所以，煤矿监测监控系统的应用主要有以下几个方面表现：

    1）煤矿监测监控系统中甲烷传感器的维护效果，是灾害预测预报是否准确的关键环节。在按照标准每10天进行标校的正常维护外，由于它是要求安设在煤矿的采掘工作面上的，受生产环境影响较大，不确定因素较多。因此，加强现场管理是保证上传数据可靠的有效措施，在实际应用中，严格按照标准垂直悬挂，距顶板不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm。对甲烷传感器的外壳增加护罩，在不影响声光报警信号的条件下，就能有效防止物理碰撞造成的破坏。

    2）监控分站是煤矿监测监控系统中的重要组成部分之一，现场的各种数据通过它上传到地面机房。当发生瓦斯超限时，它执行断电功能，达到瓦斯风电闭锁；当瓦斯浓度低于复电浓度时，自动解锁。监控分站发生故障时，则启动故障闭锁功能,以保证矿井的安全生产。在现场使用中，为监控分站供电的是专用开关的电源侧，安设在便于人员观察、调试、检验和支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道中，以保证监控分站工作稳定，性能可靠。监控分站除了瓦斯信号外还有两路开关量监测信号和一路电源馈电信号。通过电源馈电信号的开关量，用来监测采掘工作面是否正常使用监控分站的断电功能。

3）地面监控中心是煤矿监测监控系统的中枢,坚持24小时值班制度是保证设备正常运转的基础,一旦发生甲烷传感器报警,立即向调度室及有关部门和领导汇报。监控系统能够实现如下功能：

    (1)实时显示功能。可在地面连续实时监测矿井各监测点的瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度等环境参数；设备开停等生产参数；系统监视图；参数变化曲线；柱状图显示功能；各画面方便的切换。

    (2)手动、自动控制功能。对井下的监测对象，在紧急情况下或必要时，可手动操作直接对分站发出控制命令，同时还能根据现场采集数据进行自动控制。具有超限报警、断电和优先显示。报警值、断电值可以根据《规程》要求设置。

    (3)报警功能。被测点数值超限或设备停电时，画面上相应测点呈红色，并伴有声音报警，并有相应记录供显示和查询；有实时报警数据表和历史数据表供查询，前者数据24h内有效，后者数据可永久保留。

    (4)查询打印和报表打印功能。查询打印功能包括模拟量开关量查询、运行报告、实时曲线、报表编排打印、模拟量多点曲线、两小时数据查询等。报表打印包括模拟量日报表、开关量日报表、模拟量班报表及开关量班报表。以上打印功能均可根据用户的需求任意编排。

    (5)安全可靠的技术措施。井下分站电源箱配有备用电池能在井下电网断电时，确保分站持续工作2h以上；井上监控机房采用UPS不间断电源及交流净化电源和避雷装置，保证监控机房设备24h不断电。

    (6)历史查询功能。对被测设备或环境的各种参数，系统自动进行历史记录，用户可设置其历史记录查询。并可以图表或列表以及曲线方式进行查询，同时支持多个模拟量和开关量查询显示。

    (7)通讯状态监视功能。在屏幕界面上可观察到主站与分站通讯状态（正常/中断）。各种传感器因故通讯中断时有明显提示，系统通讯中断系统发出声音报警。监控系统自检功能，具有故障自检和自动处理功能并及时将故障分站在系统自检表上显示出来。

    (8)系统主机做到了双机备份，并具有自动切换功能。当主机发生故障时，备机系统开启即可投入运行，保证系统的正常工作。

    (9)系统具有模拟动画显示功能。做出的模拟图能够形象、直观、全面地反映出安全生产状况。

    4）系统可与各局域网或互联网连接，最大限度的实现信息共享。系统示意图(如下图1)。

图1  系统示意图

集团公司对下辖各矿的安全生产管理，利用现有网络资源掌握各个下属煤矿的安全和生产情况，按要求建立了一套安全生产监测监控信息系统，将各个下属煤矿的实时监测监控数据集成在公司调度室，形成公司一级的安全生产监控网络，各个下属煤矿又把所属的每个矿井的生产和安全数据集成在矿调度室，组建矿一级监控子网，使公司从上到下各个部门以及领导都可以随时掌握各个煤矿和矿井的生产状况和安全状况，并可以进行综合性动态分析，为领导决策提供依据，实现资源共享。煤矿安全生产监测监控系统是个实时调度、指挥系统，通过本系统可以使管理层快速、及时、准确地获取生产相关数据，提高决策科学性，从而避免或减少因决策失误而造成的安全生产事故和经济损失。本系统通过集团公司以太网络将各矿远程监测监控信息传送到总部，并可以对各矿井监测监控信息进行分析汇总，为领导提供辅助决策功能。

5）我矿的安全监测监控系统的装备情况：我矿使用的是KJ76N煤矿安全监控系统。共安装了32台分站，瓦斯传感器50台，局部通风机开停传感器42台,地面压风机开停传感器4台，负压传感器2台，风速传感器7台，温度传感器5台，一氧化碳传感器8台，风门传感器5台，其它各类测点的传感器32台。

本套煤矿安全监控系统已经过煤矿专业安全认证。井下各采掘工作面均实现了瓦斯风电闭锁控制。系统各部分运行良好、稳定，能准确反映出井下信息,并通过对设在主要回风流、各工作面及重点场所的瓦斯和风速传感器巡检,为决策者及时提供各监测点瓦斯和风速、瞬时值和连续变化曲线，通过分析变化原因及时采取对策，协调生产和安全的关系。还可以根据瓦斯的历史曲线综合分析，掌握瓦斯变化的规律，进行预测预防，从而实现瓦斯管理科学化，为井下安全生产提供重要技术保障。

煤矿监测监控系统的装备，也给监控系统的生产厂家带来发展的机遇。根据AQ6201-2006标准对监控系统的要求，建章立制，推动各类煤矿安全监控系统走上科学化、规范化的轨道。

 2  煤矿监测监控系统中的一些问题：

    1)与监测监控系统配接的甲烷传感器，已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。据统计，国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，然而，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。主要问题是：

    （1）抗高浓冲击性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活。反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降，抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差的主要原因。

    （2）对过分追求低功耗的元件，在矿井高湿度环境条件下,CH4在元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元件表面，降低元件使用寿命。

    （3）抗中毒性能差；

    2)现场管理和维护水平有待于加强, 尽管国家和各省、地、市煤炭管理部门强制性要求各大、中、小煤矿的瓦斯矿井必须装备矿井监测监控系统，并加大了对矿井安全生产的管理力度，一些地方乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器不进行周期调校。

 3  煤矿监测监控系统的发展

    我国煤矿监测监控系统的发展才刚经历了起步阶段，诸多的生产厂家必定在优胜劣汰中求生存。一些新的技术和产品必将使煤矿监测监控系统在应用中更加灵敏可靠。

 现在造价比较高的智能化红外甲烷传感器就是一例，它是目前煤矿井下所用传感器的更新换代产品，利用甲烷对特定的红外光吸收原理，这种传感器具有测量范围宽，响应时间快，对甲烷气体选择性好，不中毒，寿命长，自动校零，无需调校等突出的优点。(如下表1)。

表1  瓦斯检测仪的性能比较表

由表1可见，红外测量技术与其它方法相比，显示了其本身所固有的优良特性。基于红外吸收原理的气体检测装置具有长期稳定性好和便于智能自检等功能，所以这类仪器能满足现代矿井气体检测系统的要求，即可靠、稳定、低维护量等。随着气体红外光谱技术在各行各业用途日益广泛，在可燃可爆气体的测量中，用红外气体仪器来代替催化型装置将逐渐成为可能。

作者简介：刘德平，男，工学硕士，现从事工作及职务：肥城查庄煤矿有限公司矿长，联系电话：3131688，通讯地址：肥城市石横镇，邮政编码：271612