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煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展淺析

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展淺析范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展淺析

摘要:煤炭資源地下開采存在著一些安全隱患,為了盡可能地降低地下開采帶來的危害,煤礦企業(yè)采用了安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。通過對(duì)煤礦井下一些重要的物理量進(jìn)行監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦山災(zāi)害的預(yù)防和預(yù)報(bào)。介紹了中國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題,探討了煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)未來的發(fā)展趨勢,可以為煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用提供一定的參考。

關(guān)鍵詞:煤礦安全;監(jiān)測監(jiān)控技術(shù);智能化;發(fā)展趨勢

煤炭是中國重要的工業(yè)燃料,多是在地下開采,露天開采量很少。由于中國煤層多經(jīng)歷過地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng),煤層賦存條件極其復(fù)雜,在開采過程中各種災(zāi)害頻發(fā)。在煤礦各種災(zāi)害中,瓦斯災(zāi)害較為嚴(yán)重。為了實(shí)現(xiàn)更安全的開采,應(yīng)該對(duì)煤礦井下的危險(xiǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)災(zāi)害的預(yù)防和預(yù)報(bào)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一些監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)被應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)中,極大地保證了煤礦的開采,例如瓦斯?jié)舛仍诰€監(jiān)測技術(shù)、礦山壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)等[1-3]。然而,煤礦井下安全生產(chǎn)具有一定的復(fù)雜性,現(xiàn)有的監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)也具有一定的復(fù)雜性,因此還需要對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

1煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)的重要性

在煤礦井下開采時(shí),一旦發(fā)生安全事故,輕則造成重大財(cái)產(chǎn)損失,重則導(dǎo)致人員傷亡。中國煤層賦存條件極其復(fù)雜,主要體現(xiàn)在煤層極不穩(wěn)定、煤層滲透率低、瓦斯抽采極為困難等方面。經(jīng)過大量的煤礦事故統(tǒng)計(jì),可以發(fā)現(xiàn)造成事故的主要原因有以下幾個(gè)方面:a)煤礦瓦斯超限,引發(fā)瓦斯中毒或瓦斯爆炸;b)一些通風(fēng)系統(tǒng)難以快速有效地降低粉塵及有毒有害氣體的濃度;c)設(shè)備監(jiān)管不力,發(fā)生故障后引發(fā)嚴(yán)重的后果;d)人員違規(guī)操作,不能進(jìn)行有效的管理。為此,非常有必要在煤礦生產(chǎn)過程中采用安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。該技術(shù)的重要性主要體現(xiàn)在三方面:a)對(duì)機(jī)械設(shè)備和電氣設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測,一旦發(fā)生危險(xiǎn)情況,則應(yīng)該立即警報(bào);b)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測,主要監(jiān)測井下有害氣體的濃度和巷道的變形狀況,從而保證整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的安全性;c)對(duì)井下人員的行為進(jìn)行監(jiān)控,杜絕違規(guī)操作行為,避免因人為因素引發(fā)煤礦安全事故。無論是從長遠(yuǎn)發(fā)展來看,還是從短期發(fā)展來看,構(gòu)建煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)都是十分必要的。

2煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀及存在問題

2.1煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

經(jīng)過多年的發(fā)展,煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要可以分為兩類,分別是參數(shù)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)[4-5]。參數(shù)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過采集煤礦生產(chǎn)中的一些參數(shù)并形成實(shí)時(shí)曲線,一旦發(fā)生異常情況,就可以報(bào)警,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。例如:在煤礦生產(chǎn)過程中,通過安裝在巷道上方的CO傳感器和H4傳感器,對(duì)風(fēng)流中兩種氣體的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測;通過安裝在機(jī)電設(shè)備上的各種傳感器對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,主要包括功率、溫度、轉(zhuǎn)速及振動(dòng)情況等。這種系統(tǒng)從一些參數(shù)出發(fā),對(duì)生產(chǎn)過程中的安全情況進(jìn)行監(jiān)測,其主要依賴于安裝在井下巷道或設(shè)備上的傳感器。經(jīng)過多年的發(fā)展,這種監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟,而且安裝起來十分方便,其中典型的就是KJ系列的安全監(jiān)控系統(tǒng),例如KJ73型、KJ169型。實(shí)際上,可以根據(jù)煤礦的需要選擇合適的擴(kuò)展模塊,而且整體成本相對(duì)較低。所謂的“視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)”,就是通過采集現(xiàn)場視頻來實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦安全的監(jiān)測監(jiān)控。這種系統(tǒng)獲取的是現(xiàn)場的畫面,并沒有特定的參數(shù),其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡單,如圖2所示。由圖2可以發(fā)現(xiàn),這種監(jiān)控系統(tǒng)主要是由各種類型的攝像機(jī)、交換機(jī)及顯示器組成。與參數(shù)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)相比,這種系統(tǒng)能更直觀地觀測到現(xiàn)場的一些真實(shí)情況,而且監(jiān)測的范圍比較廣,主要用于監(jiān)測工人行為、巷道變形,服務(wù)于煤礦災(zāi)害的救援。在早期,視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要采用模擬信號(hào)傳輸,即閉路電視,不僅成像清晰度低,而且畫面不穩(wěn)定,不利于在井下大面積應(yīng)用。隨著數(shù)字信號(hào)技術(shù)的發(fā)展,目前視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要采用數(shù)字信號(hào)傳輸,不僅傳輸?shù)难訒r(shí)短,而且傳輸?shù)漠嬅娓臃€(wěn)定,很少出現(xiàn)畫面抖動(dòng)的情況,很適合在煤井下大面積使用。視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)最的優(yōu)點(diǎn)在于可以捕捉到一些災(zāi)害的出現(xiàn)過程,利于進(jìn)行事故分析;可以監(jiān)測工人的行為,一旦發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)操作,可以在地面上通過傳呼機(jī)制止。此外,隨著5G技術(shù)的出現(xiàn),視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)得到更好的發(fā)展,這是因?yàn)?G技術(shù)不僅傳輸能力強(qiáng),而且抗干擾能力也強(qiáng),非常適用于煤礦井下的安全監(jiān)測。

2.2煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控存在問題分析

目前,雖然很多煤礦已經(jīng)或正在應(yīng)用煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng),但是,該系統(tǒng)仍存在許多問題亟需解決,主要包括以下幾個(gè)方面:a)電子設(shè)備的可靠性受到挑戰(zhàn)。煤礦井下具有較強(qiáng)的電磁輻射,雖然一些設(shè)備已經(jīng)做了一定的防電磁干擾處理,但在相對(duì)密閉的環(huán)境中設(shè)備發(fā)熱非常嚴(yán)重。b)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)非常不便。系統(tǒng)在構(gòu)建時(shí)應(yīng)用了很多信息化技術(shù),在維護(hù)時(shí)需要信息化方面的人才,然而煤炭行業(yè)這方面的人才相對(duì)較少,一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障,則需通知廠家來維修。c)監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)能力比較差。各個(gè)傳感器之間采用的通信協(xié)議存在一定的差異,這導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器之間的數(shù)據(jù)交換,即使成功進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,也需要大量的轉(zhuǎn)換設(shè)備。d)信息傳輸?shù)乃俣炔荒軡M足日益增長的需要。雖然煤礦在信息傳輸時(shí)采用了大容量的光纖,但是在光纖傳輸時(shí)需要實(shí)時(shí)鋪設(shè)大量的線路,整體工程量巨大。若采用無線傳輸,則需要建立大量的基站。e)礦山的電氣防爆設(shè)備不兼容。現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議彼此不兼容,產(chǎn)品之間缺乏兼容性、集成性和操作性;系統(tǒng)功能不可擴(kuò)展,可維護(hù)性不高。

3煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)發(fā)展方向

在未來,煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)該朝著智能化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。

3.1智能化

隨著人工智能時(shí)代的到來,煤炭行業(yè)也要順應(yīng)潮流實(shí)現(xiàn)智能化。與目前的自動(dòng)化技術(shù)相比,智能化技術(shù)將更加高級(jí),可以滿足更多的需求。目前,煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的主要作用是對(duì)安全生產(chǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)測,對(duì)生產(chǎn)的控制還很少,例如瓦斯超限時(shí)工作面的電源被切斷就是一種生產(chǎn)控制。在未來,系統(tǒng)不僅要用于監(jiān)控,還要廣泛用于控制煤礦生產(chǎn)。目前的智能化開采技術(shù)就是基于現(xiàn)有的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)的一種特殊系統(tǒng),如圖3所示。構(gòu)建智能化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)煤礦智能化開采的前提,這是因?yàn)樵谏a(chǎn)控制過程中需要用到一些控制信號(hào),而這些信號(hào)可以通過監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的傳感器獲得。為了應(yīng)用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)煤礦生產(chǎn)進(jìn)行控制,需要對(duì)目前的系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí),安裝更多的控制元件。這些控制元件需要根據(jù)現(xiàn)場的需要安裝,且需要經(jīng)過大量的現(xiàn)場實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)。

3.2規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化

為了促進(jìn)煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展,應(yīng)該實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。目前,一些廠商在制造設(shè)備或設(shè)計(jì)軟件時(shí)采用自己定制的通信協(xié)議,這導(dǎo)致在使用過程中設(shè)備的通信困難,不兼容問題十分突出。為此,國家應(yīng)該出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),以促進(jìn)煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件朝著兼容性方向發(fā)展。與此同時(shí),由于社會(huì)分工越來越細(xì),標(biāo)準(zhǔn)化接口和通信協(xié)議應(yīng)該成為一種共識(shí)。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不應(yīng)再是廠商單獨(dú)開發(fā),而是由煤礦工程師、專家共同開發(fā),這樣有助于提高監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的適用性和性能。隨著科技的不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)將由網(wǎng)絡(luò)相互連接,構(gòu)建計(jì)算機(jī)資源庫統(tǒng)一管理,轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)用戶實(shí)際需求提供遠(yuǎn)程服務(wù)的云計(jì)算。在云計(jì)算環(huán)境下,一臺(tái)服務(wù)器的應(yīng)用模式被打破,數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中管理,方便監(jiān)管,確保數(shù)據(jù)的有效性,以實(shí)現(xiàn)高可用性。

4結(jié)語

為了保證煤礦的安全生產(chǎn),應(yīng)該應(yīng)用煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)。目前,煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要可以分為兩類,分別是參數(shù)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。參數(shù)化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過采集煤礦生產(chǎn)中的一些參數(shù)并形成實(shí)時(shí)曲線,一旦發(fā)生異常情況,就可以報(bào)警;視頻監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是通過采集現(xiàn)場視頻來實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦安全的監(jiān)測監(jiān)控。未來煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)應(yīng)該朝著智能化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。

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作者:續(xù)繼俊 單位:山西介休義棠青云煤業(yè)有限公司

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