郭鹏飞
华晋焦煤公司沙曲一号煤矿 山西省吕梁市 033306
摘要：由于煤矿井下安全监控设备所处复杂环境及传输线路影响，导致监控系统不时出现一些突发故障，从而影响矿井施工作业。随着数字化矿山的推广，监控系统终端设备采用数字化传输，并且根据现场实际使用及维护情况，监控系统设备目前已具备输入电压检测、重启、注册及总线数据帧错误计数等自诊断功能。但这些诊断并不能直接表明设备断线故障原因，只能为其分析提供数据依据。结合现场实际使用情况，阐述相关诊断含义以及断线故障分析方法，同时结合经验值及部分诊断参数指导现场维护，从而有效预防类似故障发生。
关键词：煤矿安全监控；故障；维护
引言
目前，煤炭在我国能源消耗中还占据着主导地位。工业化和信息化的技术相互融合，主要追求是信息化带动工业化的发展，这也给煤炭行业带来了前所未有的发展机遇。信息融合技术作为一种结合多项学科的一种先进技术，将会给我国的煤炭开采和煤矿安全检测带来一场技术上的革命。因此，我们要跟上时代的步伐，加快发展适合我国煤矿安全生产的装备，使我国的煤炭行业的信息化水平不断提高，促进我国煤矿行业的发展。
1煤矿安全监控系统设备故障
1.1信号传输
目前现行的安全监控系统数据采集流程如下所示：地面中心站；信号传输介质；井下分站；信号传输介质；传感器；参数采集。在进行安装时，通常地面中心站与井下分站之间进行信号输送时选用光纤作为介质，可是安全监控系统新版技术方案规定井下分站之间的信息传输需要采用环Ｒ技术，由宁弁卞工况环境比较恶劣，而对ｆ那些经常移动的分站而言，光纤传输维护比较繁琐，主齊是由宁光纤在井下熔接率比较低，同时由于光纤材质比较硬，不能使用小圈缠绕、，且不能大角度地拉扭，当光纤裁剪比较短时，往往失去使用价值，缗出现故障之赶后期维护工作量比较大。
1.2线路问题干扰
煤炭安全监控系统良好的通信线路是保证安全监控安全运行的前提。例如，如果分支场中的压力杆松动，传感器连接被氧化，电缆线路被氧化，线路通信将不稳定，结果可能导致来自煤炭安全监控系统的正确脉冲信号在传输过程中成为故障信号。煤矿安全生产监控系统信息是以数字的方式收集的，如果煤矿安全生产监控系统出现问题，会出现许多无法解释的假数字现象。
2煤矿安全监控系统设备故障维护
2.1煤矿安全监控系统故障自诊断功能
煤矿安全监控系统中的设备出现断线故障虽然是小概率事件，但是此故障一旦发生，排查工作往往需要投入大量的人力及物力。故障诊断技术是一种通过监测设备的状态参数发现设备异常情况、分析设备故障原因并预测预报设备未来状态的一种技术，其宗旨是运用当代一切科技新成果发现设备的隐患，以期对设备故障防患于未然。因此，对于设备故障的原因及分析方法受到研究人员的关注，通过采取有针对性的措施来分析、诊断、预防问题的产生。原有煤矿安全监控系统故障诊断功能主要包括分站、监控终端设备传输通断和电源输出电压、电流监控功能，随着智能化推广，目前监控系统又具备监控终端设备输入电压、重启、注册诊断及分站和监控终端设备两侧总线异常、错误计数诊断功能。（1）监控终端设备输入电压的检测监控终端设备输入电压即为终端设备的供电电压。由于井下巷道较长，终端设备到分站之间的距离较远，需要铺设较长的线缆，同时1根线缆可带载多个传感器，那么传输线缆上的电流增大，则在线缆上产生的阻抗压降就越大，从而传输到终端设备端的电压就越低。终端设备的工作电压范围为9~24.5V，如果终端设备电压达到某一临界值或者低于工作电压，那么终端设备就会产生多次重启或者无法启动的现象。因此终端设备输入电压的检测对于传感器断线故障分析至关重要。（2）监控终端设备重启、注册故障诊断终端设备在上电运行后，要与分站建立通信连接；在建立通信后，首先会上传一帧重启诊断信息；连接运行正常后，如果通信总线由于某些原因通信中断，在重新建立通信后，会上传一帧注册诊断信息。2种不同的诊断分别代表终端设备的电源和总线故障。（3）监控分站和终端设备两侧总线异常、错误计数诊断监控分站与终端设备信号采用电缆传输，与终端设备建立通信连接、运行正常后，信号容易受井下变频器、大型机电设备启停干扰，或者电缆及接线盒受潮后传输阻抗变大，会导致总线数据无法正确接收或者异常接收，某些严重情况甚至导致总线通信中断，那么监控分站和终端设备对这些发生异常及错误的次数进行计数，这些数据可诊断主、从设备之间交互、协同程度。当这些计数较大，则主、从设备之间的交互和协同就会变差。
2.2煤矿瓦斯监控系统设计
在当前企业内部的信息融合技术应用中，工作人员必须重视对煤矿瓦斯监控系统的设计与整理。众所周知，瓦斯安全问题是煤矿生产的核心内容，加强对瓦斯的监控有利于降低我国煤矿生产事故发生的概率，从而保障工人的生产安全。煤矿安全监测系统对瓦斯进行密切监督时，可以借助一系列参数进行有效调整。举例来说，监控系统可以了解煤矿内部的温度、风速的问题，从而在发现瓦斯问题后可以及时的对工作人员作出提醒。煤矿生产中的各项机电设备、安全生产中的实时监控系统等都是瓦斯监控的主要构成，他们可以借助煤矿的生产参数进一步对况且内部的各项化学元素进行有效分析，从而实时的将这些化学信息传送给监控中心。
一旦瓦斯、一氧化碳等有害气体的浓度超过一定数量时报警系统就会向相关责任方传递实际信息，并将异常位置进行明确标明，从而在后续的工作处理中可以及时的进行维修。
2.3现场维护
监控系统设备故障发生时通过以上故障分析、处理方法知道具体原因后才能高效率维护，同时通过监控系统自诊断信息也可为预防类似故障发生提供参考。在监控系统运行过程中要定期查看系统自诊断信息，即使系统并未产生故障，也需要定期维护。比如查看监控分站一个端口是否带载终端设备较多，较多时查看终端设备的输入端电压是否处于临界值，核实所在线路的供电电源信息是否有突变等波动。同时也可定期查看监控分站和终端设备侧总线数据错误异常计数是否较多。如果存在以上情况则需要对此条线路进行维护。现场施工需要注意以下事项：（1）1根线缆不可带载较多终端设备，特别是带载多个大功率设备；（2）当传输距离较远时，尽量选择24V电压供电；（3）降低每根线缆上的压降，保证每个终端设备输入侧电压均不小于14V，保持供电稳定；（4）监控线缆避免与大型设备和变频器距离较近，合理安装监控设备远离强干扰源；（5）线路中的接线盒避免进水，同时替换已经老化的传输线缆。
2.4强化系统智能化水平
2.4.1强化数据应用与分析
新阶段的煤矿监控系统需要具备分析、应用大数据的重要功能，以便在保持标注、筛除和分析伪数据的基础上，经由建立火灾以及瓦斯涌出等预警的相应模型，使火灾以及瓦斯涌出的自动化预警和预测功能得以实现。与此同时，按照瓦斯超限范围、实际浓度以及持续超限的时间等，分设级别不同的报警，使分级响应得以实现。除此之外，还需要将该系统和无线通信、人员定位以及应急广播等充分融合起来，以便在断电或者瓦斯超限等需要人员马上撤离的紧急状况中，自动和通信、人员定位及应急广播等系统产生应急性联动。
2.4.2提高系统自行识别和诊断的能力
企业还需要积极引用人工神经网络，并将其应用于煤矿安全监控系统中。全部监控系统设备应当根据激励函数所设计策略逻辑工作，将系统智能性彰显出来。在此过程中，系统全部设备都具有自诊断故障、自识别问题类型以及自查询状态等智能化功能。与此同时，监控系统的厂家需要对各类工况环境中电源箱、传感器与分站等故障的类型进行模拟，借助实验数据对故障的类型及其相应解决措施展开分析和总结。另外，还需要确保系统能够明确锂电池温度异常、传感器供电不足、电源箱电池欠压、敏感元件故障以及分站外围器件故障等设备故障的类别及其自恢复的计划等，进而使系统的自诊断等智能化能力进一步提高。
2.5加快系统标准化建设
在对煤矿监控系统进行改进和优化升级的过程中，需要促使接口实现标准化，同时逐渐统一通信协议，另外监控系统平台、终端采集装置以及软件等也在向着互相兼容的趋势发展。所以，能够为数据信息的管理以及分析工作夯实基础。人员位置的数据、井下环境以及设备的运行参数等能够保持高度的耦合性，而以上数据信息越多，系统就更能够有效把控现场的安全程度，因此也能够更为准确地对各类灾害进行预报预警。以上大数据的深度分析以及全面应用，可以使监控系统从以往传统的被动观察模式逐渐转换成主动预警模式，进而在即将发生灾害时向工作人员发出提醒，使其可以及时、迅速地撤离现场。
2.6新型数字传感技术
导致传感器性能不稳定的主要因素为传感技术落后。激光甲烷传感器采用可调谐半导体激光光谱技术，其基于半导体激光器的波长可调谐特点，通过输出电流的变化控制波长在气体吸收峰附近扫描, 以获得待测气体的特征吸收光谱，从而实现气体测量。激光甲烷传感器不受其他气体的影响，适用于粉尘大、潮湿等恶劣环境，具有测量范围宽、响应速度快、长期免标校等特点。传感器信号通过 ＲＳ４８５、ＣＡＮ 总线进行数字传输，除测点实时值外，还可传输传感器诊断及调校数据。传感器防护等级提升至ＩＰ６５，防爆型式提高到ｉａ，满足工作面０区对本质安全设备的要求。传感器设计有软启动抗干扰电源模块，可在长距离传输条件下稳定工作。传感器内置唯一ＩＤ，便于产品溯源和跟踪；结构设计采用二次仪表＋微型变送器形式，在煤矿运维时只需更换微型变送器即可.
结语
在国家日益重视煤矿安全的大背景下，井下安全监控系统已然成为各矿井企业的标准配置之一，在保障矿井安全方面发挥着不可或缺的作用。本文在分析煤矿实际需求的基础上，研究设计了安全监控系统。该系统总体上可以划分成为3大部分，分别为井下环网、主机房和集中调度中心，各部分发挥着不同的作用。系统采用的是模块化设计，具有丰富的功能，其中最主要的模块包括数据采集模块、控制模块、报警模块和显示模块；详细介绍了安全监控系统组态化功能以及网络拓扑结构设计情况；将设计的安全监控系统应用到煤矿工程实践中，能够对井下各项状态数据参数进行实时连续监控，为矿井在第一时间发现问题并处理问题奠定了坚实的基础。
参考文献
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