高河煤矿设备监控系统升级改造及未来发展

郭勤勤

（山西高河能源有限公司， 山西 长治 046000）

引言

煤矿设备监控系统对保障煤矿安全生产起到了显著的作用，通过对系统的集成可以实现对井下水害、火灾、瓦斯及其他有毒有害气体的分级报警和预测。其中，矿用传感器作为一种测量系统，是安全监控系统中的重要组成部分，其准确与否直接影响实测数据的准确性[1]。随着矿山规模的提高，高河煤矿现有设备监控系统已经很难适应现代化矿井的需求，因此需要进行一定程度的升级改造。

1 高河煤矿监控系统存在的问题

煤矿安全监控系统中，很多问题都与传感器的优劣有直接关系。设备传感器的本质是测量工具，如对瓦斯浓度、CO2浓度、空气温/湿度的测量，都是依靠传感器进行数据信号的传递[2]。传感器在井下获得数据后，对数据按一定的规律编译为电信号再传递至工作面监控中心，进而让技术人员对生产安全情况有更深的了解。但随着生产规模的加大，一些老式传感器的问题逐渐暴露，总结如下：

1.1 无效数据无法有效识别

在对煤矿生产的监控过程中会有伪数据产生。伪数据通常由以下两种情况产生[3]：

1）当传感器处于调校状态或所调校气体浓度超过警戒值时。

2）当设备出现故障、元件失效异常或电路破损、受潮时。伪数据通常是无效数据，过多伪数据堆积会造成高河煤矿安全监控系统误差率的增大，并使空间占用率高居不下，同时影响系统对有效数据的判断。

1.2 信号传输效率慢

高河煤矿属于大型国有煤矿，井下工作面巷道超过数千米，根据规定监控分站还无法设置在工作面回风巷内，虽然采取了增加电缆截面积等扩容措施，但仍无法满足信号传输距离的要求，效果不明显。

1.3 系统安装使用复杂

高河煤矿设备监控系统存在如下问题：

1）调试不便：由于系统需要对矿井全覆盖，监控终端与传感器数量庞大，分站与传感器的间距从几百米至极千米不等，加上井下工作环境复杂，对设备的调试工作造成一定障碍。

2）安装烦琐：对传感器的安装需要与地面进行实时沟通，首先将传感器连接到分站传输总线端口，然后在地面监控系统对传感器属性进行配置，如果发生配置不符、端口与接线不一致的情况，则会导致传感器无法准确识别、报警点偏差等情况，从而影响系统对数据真伪的判定，埋下安全隐患。

1.4 故障诊断功能简单

煤矿安全监控系统组成部分复杂，硬件涉及较多，当分站、传感器出现故障或电源不稳定时都需要进行及时诊断。但由于现有设备自行诊断功能简单，需要人员下井排查，从而耽误了企业的正常生产。

2 高河煤矿设备监控系统升级改造措施

2.1 传感器的升级优化

井下设备传感器的防护等级均升级到了IP65，从防尘和防水两个方面进行了优化提升，减少了传感器误报警发生的概率。在配置方面，达到如下功能：

1）实现了数字化传输，提升了系统性能指标，让安全监控系统数据传输和动作响应更加快速、灵敏、可靠。

2）新增了自我诊断、自我评估功能，在系统配置不正确时，能够及时提醒操作人员进行修正，并能够避免因误操作导致的误报警事故发生。

3）多系统融合，与精准定位系统、应急广播系统实现了应急联动。

2.2 UWB 精准定位系统的使用

高河煤矿在定位系统方面升级了最新研发的KJ464 型精准定位系统，其由地面服务器、交换机和地下分站、传感器定位孔组成，其架构如下页图1 所示，并与省级事故风险分析平台成功接网。该系统采用了UWB 的定位技术，实现了井下所有巷道的信号“全覆盖”，实现了对井下人员目标的“全程、实时、连续、厘米级的精确定位跟踪”，同时实现了对井下人员的“实时双向无线寻呼”。该系统能够准确监测任意时刻、任意地点的人员、车辆位置，以快速搜索人员、车辆的具体精确位置和运动状态。

图1 精准定位网络架构

2.3 工业视频监控系统

在视频监控方面升级了海康威视IVMS-8800型工业视频监控系统，系统采用数字信号传输，视频信号经过矿井万兆工业以太环网传输至调度中心，网络传输协议为TCP/IP 协议，同时通过万兆环网接收来自调度中心的控制信息，来控制摄像机的各种动作及变焦等功能，覆盖整个矿井。系统对视频数据信号存储时间超过7 d，可以同时监看多路不同的图像，实现了对摄像仪的远程控制、回访和警视联动功能，最终与省级事故风险分析平台联网运行。高河煤矿安全监控系统联网示意图，如图2 所示。

图2 高河煤矿安全监控系统联网示意图

3 监控系统的未来发展

3.1 物联网技术的应用

矿用物联网技术，可以对全矿井的动/静目标实现有效管控和人机环动态闭锁。例如对重大设备的生产、运输、储存、使用和维护进行全程跟踪管理，并在设备出现故障时进行自我诊断，因此可以在煤矿安全生产和应急救援方面提供有效的信息保障。

3.2 煤矿一体化通信技术的应用

煤矿一体化通信技术在日常生产调度和应急通信方面具有广阔的前景。通过研究有线/无线的一体化通信系统，对语音、文字、视频等多媒体信号进行编译，使生产调度更加便捷、报警联动更为及时、应急呼叫更加准确、避险与位置监测更有效。

3.3 无人工作面技术的应用

采掘工作面是煤矿事故的高风险地点，如何通过设备代替人工，从根本上降低作业人员的数量是减少事故发生危害的根本方法。目前智能化矿山的建设已经提出，采煤工作面需做到对回采巷道的远程遥控和记忆割煤。近年来，很多科研院所正在进行自动识别煤岩的技术攻关，将来还会对支护设备、采煤设备、煤炭运输设备进行精准定位，无人化工作面的技术发展将大有可为。

4 结语

结合高河煤矿设备监控系统现存问题和目前智能化矿山建设的分析，提出了如传感器的升级优化、精准定位系统的更新、工业视频监控的改造等具体措施。通过一系列改造工程的实施，不仅促进了安全监控多元融合和信息共享，还实现了监控数据的深度分析和综合利用。下一步将对不同厂家生产的敏感元器件在信号模式、接口协议和数据通信等方面制定统一标准，进一步提高煤矿安全预测预警水平。