华晋焦煤有限责任公司 山西省吕梁市 033300
摘要：安全监控系统的先进性和可靠性与矿井的安全生产息息相关。针对矿井安全监控系统应用现状及存在的问题，参照安全监控系统新标准的要求，开展了矿井安全监控系统的改造升级设计工作。完成了新型安全监控系统总体方案、硬件、软件、多系统融合与联动等设计工作。应用结果表明，安全监控系统的稳定性和抗干扰能力得到了提高，各监控功能均已实现，改进效果显著。
关键词：煤矿安全；监控系统；升级改造
引言
煤矿安全监控系统在矿井煤矿开采过程中发挥着非常重要的作用，可对矿井的复杂工作环境进行监测、报警，有效预防矿井下的煤尘、瓦斯、火灾等重要事故，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。然而，原有安全监控系统在使用过程中存在一些缺陷，影响了系统的使用效果，例如：①传输模式缺陷：原有安全监控系统传感器采用频率/电流模拟信号传输，随着井下大型机械设备的增多，在传输过程中容易受到电磁干扰产生误报警；②各系统之间联动性差：原有的安全监控系统、人员定位系统、语音扩播系统等来自于不同的供应商，导致各自的中心站软件不同，系统之间没有信息交互，联动性差；③设备智能化程度低：设备无法根据自身工作状态的识别及时提醒井上人员进行标校、维修、更换等操作。综上分析可看出非常有必要对煤矿安全监控系统进行技术升级改造。
1煤矿安全监控系统介绍
煤矿安全监控系统是建设安全、智能、高效型矿山企业的必要装备，这在煤矿安全管理章程中已有明确规定。煤矿安全监控系统主要由各种监控探头、信号传输装置、报警装置、显示与控制装置等几部分组成。各种监控探头，如瓦斯传感器、风速传感器、温度传感器等均布置在矿井生产一线易于出现事故隐患的部位；报警装置一般为声光报警，多布置在人员密集处和出入口通道；显示与控制系统则布置于中央控制室，通过控制室显示屏对现场的各种环境参数进行实时显示。该系统可对井下环境中的瓦斯、风速、粉尘等数据以及生产画面、设备运行情况等进行实时监控，当某项指标出现超限报警和其他异常情况时，系统便会通过信号传输装置将超限信号和相关数据传输至报警装置和控制画面。在发出声光报警的同时，由中控和调度人员及时通知领导和救援人员，紧急进行超限相关事故和灾害的处置，从而尽快将事故消除在隐患和萌芽状态，将事故灾害损失降至最低。本着对安全事故的提前预防、综合治理的基本思路，煤矿企业应在完善煤矿安全监控系统的基础上，围绕该系统建立一整套关于煤矿生产的事故灾害预防、应急处置和安全监控管理措施，实现煤矿安全生产管理的提档升级。
2系统升级改造中的问题
2.1通信协议不规范系统融合难度大
由于现有生产厂家的监控系统、人员定位系统、应急广播系统的通信协议均互不兼容，虽然有统一的《煤矿感知数据采集规范（试行）》，但是从目前情况来看，执行力不够，从而造成不同厂家的设备采集数据无法直接兼容、共享，必须由相关厂家进行协议对接、数据转换，造成转换数据时稳定性不高、增加额外对接费用、受制于人的问题，而且增加了矿井单位的使用运营成本。
2.2煤矿生产作业人员知识能力有待更新
煤矿安全监控系统融合了传感器技术、网络通信技术、自动化控制技术等先进技术，因此对于煤矿员工队伍的综合素质也有很高要求。但煤矿工作在人们的传统印象中，是“脏、累、苦、险”的工作，很多高学历的年轻人才都不愿从事煤矿生产工作。很多煤矿现有的一线员工队伍主要是一些70后、60后的老员工，他们大多学历不高，对新技术、新知识学习掌握较慢，对于智能化设备的管理和应用知之甚少。系统设备的专业使用和维护人员比较匮乏，监控值班人员能力有限；再加上井下恶劣的生产环境，导致设备故障率偏高，很多设备损坏后也得不到及时的修复。
2.3传感器稳定性弱
在矿井开采中，一些监控设备会暴露在十分恶劣的开采环境中，不仅面临着大量的粉尘与腐蚀性气体，而且井下空间大多相对潮湿，这会加速传感器元件被腐蚀的速度，同时也更容易被氧化，造成感应元件接触不良，进而导致传感器在使用过程中稳定性降低，数据的传输精度也会相应下降。现如今，在检测甲烷与一氧化碳时，仍会利用传统的电化学与催化技术，在一定程度上降低了传感器的稳定性，缩短了传感器的使用寿命。与此同时，由于开采空间大多相对狭小，而且存在着十分复杂的磁场，一些传感器在强电场环境中会频繁出现失误甚至失灵的情况。例如，在井下的综采面，动力电缆与传感器的弱电信号线大多平行铺设，就会形成耦合回路；很多开采所用到的电气设备在启停时都会产生浪涌，也会对传感器造成一定干扰。
3煤矿安全监控系统升级改造及关键性技术
3.1硬件设计
（1）数据库服务器。新型安全监控系统中最关键的设备当属数据库服务器，其内部配置的高低直接关系着监控系统数据处理的速度和效率，决定安全监控应急处置的时效性和可靠性。该处数据库服务器的设置采用了双机热备份方式，其最突出的优势就是一旦数据库服务器主机设备出现故障，备用主机将会自动启动接管主机接收的数据，进行数据的存储和处理，避免安全监控数据的中断和丢失，甚至导致整个矿井作业停滞，影响煤矿企业的煤炭产量和效率。（2）多应用服务器。新型安全监控系统中的多应用服务器主要涉及应急联动、视频接入、多业务分析等，其设计选型的依据主要是考虑抗干扰能力、抗震动能力、恶劣环境适应性、工作的可靠性等因素，采用性能最稳定、抗病毒干扰能力更强的操作系统，将其进行加固处理之后运用于新型安全监控系统，完成应急业务联动、视频接入、Web访问等功能，其中多应用服务器均按照IP65防护等级和4级增强抗电磁干扰等级进行选型设计，确保监控数据的安全和稳定。（3）全面提升后备电源供电能力。按照新标准《煤矿安全规程》的要求，为了提高矿井安全监控系统的稳定和数据的及时处理存储，需要延长监控系统备用电源的供电能力。此处要求系统的备用电源能够满足不小于4h的连续供电，预防煤矿开采作业过程中出现突然断电问题，导致检测得到的数据不能及时存储而丢失。延长备用电源供电时间也能够保证整个系统在断电情况下继续进行矿井内部环境的监控，避免煤矿再次开采时井下环境情况未知的情况，降低产生安全事故产生的可能。（4）监控主机设置。监控主机是完成矿井内安全监控系统检测数据监视的重要设备，工作人员通过操作监控主机能够得到矿井内部实时状态，并且可以根据实时数据分析确定下一步的控制计划，因此将监控主机设置在煤矿的监控中心。需要时监控主机能够配置多种基于C/S或B/S的安全业务监管软件，具有很好的兼容性，实现矿井内部安全因素的全方位监控。
3.2提升系统功能
要对煤矿安全监控系统进行升级改造用，来实现分级报警，将报警信息分为四个等级，并利用逻辑报警模式，为应急联动提供帮助，同时做到区域断电。也就是将原有监控系统中的异地断电模块进行升级，一旦出现出现问题，系统就会根据预先设置的逻辑因素判断断电区域，进而自主断电，对于已断电区域相邻的工作区，同时控制相应工作。安全监控系统也要做到有线与无线传输的高度融合，例如GIS与安全监控系统的融合，同时也可以人员定位、应急广播系统、环境监测系统、电力监控系统等建立对接关系，一旦出现紧急断电、瓦斯超限、火灾预警时，安全监控系统就可充分利用上述兼容系统进行人员定位、应急广播通知等开展联动作业，从而最大程度的保证开采安全。
3.3机房设备及软件升级改造
（1）充分利用机房现有的部分硬件设备，有效避免重复投资，包括：打印机、UPS、电源避雷器及声光报警器等。
为确保升级改造后的系统稳定性，将现有的2台工控机升级为高性能工控机；将现有的2台服务器升级为高性能服务器作为数据采集、存储端；新增2台声光报警器，当系统发生故障时发出声光报警信息。（2）将中心站软件升级，增加多系统融合软件1套；采用开源数据库二次开发，不再单独配置数据库软件。
3.4采用现代化管理手段进行安全监控管理
系统性是煤矿安全监控管理工作的显著特点，这就要求我们改变传统观念，对事故进行预测，做到防患于未然。对事故隐患的及时发现和提前预测，就是煤矿安全监测系统带给我们的优势。在当前传感探测技术和网络通信技术快速发展的时期，人员的综合素质也要不断提升。目前我矿的移动端实时信息传输和数据交换仅限个别人员通过远程控制方式实现，效率和普及度均较低。因此，还要继续加大对高素质人才的引进，加强在职员工的教育培训，以培养出更多适应智能化矿山发展建设的专业人才，打造现代化矿山高素质职工队伍。
3.5自诊断系统
新型安全监控系统设置了自校验、自评价体系，当矿井内部监测数据出现异常时，系统自动进行数据的分析处理，确定数据异常产生的可能原因，结合系统完善的报警断电机制，发出数据异常报警信号，包括瓦斯涌出报警、火灾报警等，自动做出断电处理，保证矿井工作面的安全。
3.6关键技术分析
（1）数字传感技术。造成传统煤矿安全监控系统传感器性能不稳定的直接因素就是所采用的传感技术相对落后。激光甲烷传感器利用了可调谐半导体激光光谱技术，利用波长可调的特点，通过扫描吸收峰附近的气体，获得气体吸收光谱的特征，进而达到测量目的。而且激光甲烷传感器在使用过程中不易受到外界因素干扰，对于潮湿、粉尘大的井下空间也能保持很好的稳定性，并且具有长期免标校的优点。
（2）电磁兼容技术。传统的煤矿安全监控系统在运行过程中很容易受到电磁环境干扰，对系统的稳定运行带来一定影响。为此需要对其进行升级与改造，电磁兼容技术是指设备与系统在运行过程中，即使在电磁环境中，其工作性能也不会受到影响，同时也不会对电磁环境中任何事物造成电磁骚扰。在煤矿安全监控系统中，设备信号都属于弱电安全信号，为了进一步降低电磁环境对安全监控系统的干扰，最为直接的措施是切断干扰源，通常可以采用屏蔽、端口防护、滤波、电气隔离等技术，对于监控设备来说，通常是利用金属外壳，对电磁环境进行屏蔽。
结语
煤矿安全监控系统作为煤矿安全生产的有利保障，对于保障作业人员生命安全，实现矿井经济效益与社会效益双赢具有重大的意义。煤矿管理人员应组织专业力量针对煤矿安全监控系统进行深入检查，找出存在的问题和隐患，有针对性地进行升级改造，通过加强各煤矿企业的联合协作与交流，积极探索现有系统存在的不足并加以优化改进，在提升系统功效的同时保证系统的稳定性和耐用性，从而为矿井安全生产奠定基础。
参考文献
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采煤进度，根据采掘接续紧张程度自动优化掘进速度及工艺管理水平，根据电价峰谷情况自动调整煤炭提升时间、泵房排水时间等；二是智慧矿山安全管理，如实现人员精准定位、根据通风需求自动调整风速及风量、根据设备运行参数自动诊断其健康周期及故障情况、根据数据融合及参数汇总结果预测风险及隐患级别等，将矿井安全生产信息与采掘工作进行动态关联，帮助进行矿井安全生产指挥与决策。
2.8大数据技术
由于大量传感器的应用必将产生海量数据，需要大数据技术进行存储、管理、分析。煤矿大数据技术需要设计一种能够容纳结构化、非结构化数据共同参与的分析平台，将传感器数据、监控视频流、人工产生的数据参与到大数据分析平台中，确保数据分析的全面性。同时，大数据的挖掘与知识发现是智慧煤矿的核心技术之一，需要充分利用大数据处理技术挖掘数据背后的规律，为安全生产、管理决策提供及时有效的依据。
2.9云计算技术
云计算技术在煤炭企业的深入应用，能够使得监控和传感数据得到高效流通与快速处理，进而使得管理人员能够实时快速应对煤矿生产、安全、管理、经营等各个环节出现的问题。煤矿企业大数据在云计算技术的支撑下，资源存储、传输、管理等将会带来更大的优势，智慧煤矿需要打造计算能力高且具有弹性的云计算技术。
3对策建议
3.1加强顶层设计
一是投入与产出同步，推进质量变革。应该加强规划引领，进一步优化智慧矿山建设投资结构，从建设理念、系统架构、综合管理、智能技术与装备等方面出发，根据煤矿不同地质条件，建成一批具有代表性的示范煤矿，凝练出可复制的智能化开采技术装备、生产模式、管理经验等，向其他煤矿进行推广。二是坚持宏观与微观并重，推进效率变革。煤炭企业要着力补短板，研究制定煤矿智能化发展的行动方向、实施路径和政策措施，科学引导煤矿智能化发展的进度和规模，由重数量、轻效率向重结构和重效率转变。同时，提高全要素生产率，加大科技创新力度，促进成果有效转化，提高煤矿智能化装备稳定性水平。三是供给和需求并举，推进动力变革。按照国家与地方煤炭行业长短期结合、供需双侧发力的思路，加快新旧动能转换，推动物联网、AI技术、5G技术等在煤炭工业领域中的推广应用，发展智能煤矿装备制造业，努力推进动力变革。
3.2着力培养矿山高素质人才
人才与创新是我国经济高质量发展的重要驱动力，智慧矿山建设也需要优秀的复合型人才。一方面支持和鼓励煤炭类高等院校加快煤矿智能化相关专业学科的建设，培育一批具备矿业工程、信息工程、人工智能等不同技能的复合型人才。另一方面鼓励企校合作，不断优化煤矿管理型、知识型、技能型的人才体系，创新煤矿智能化人才培养模式，积极开展在职人员智能化与信息化培训活动，为煤矿智能化发展提供智力支撑。
结语
在我国的现代化建设中，自动化和智慧化是未来社会发展的趋势，各行各业都在摸索、发展属于自己的智慧化、自动化模式。煤矿行业自然也应当根据先进的发展趋势进行一定的改变。智慧矿山是煤炭行业转型升级的战略方向和目标，它的重点核心技术是智能化开采。现在，新一代信息技术，主要是5G技术带来的发展机遇必须牢牢抓住，并且需要同时兼顾数字化矿山建设与煤炭的安全高效开发和清洁利用，不断进行技术创新、管理改革，利用信息化、人工智能、大数据等新技术提升和改造传统采矿业，不断开创安全、高效、绿色和可持续的智慧矿山发展新模式。
参考文献
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