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• 大猪头.

  煤矿安全监控系统的现状与发展趋势
  摘　要:介绍了目前国内外煤矿安全生产监测监控系统的发展,阐述了煤矿安全监测监控系统的问题与发展趋势。
  关键词:煤矿安全;监控系统;发展趋势
  0　前言
  我国煤炭丰富,但地质条件恶劣,地质构造
  复杂,47%的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井。致
  使煤矿生产中安全问题复杂化,而且,随着采掘深度
  的加大,高产高效矿井的发展,煤矿又面临着许多新
  的安全技术问题。近几年,随着对煤矿企业安
  全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要,煤
  矿安全监测监控系统得到了普遍应用。煤矿安全监
  控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温
  度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节
  的机电设备工作状态进行监测和控制,用计算机分
  析处理并取得的一种系统。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。
  1　煤矿监测监控技术的发展
  1.1　国外煤矿监测监控技术的发展
  国外煤矿监测监控技术是20世纪60年代开始
  发展起来的,至今已经有4代产品,基本上5~10 a
  更新一代产品。从技术特性来看,主要是从信息传
  输发生的进步来划分监控系统发展阶段的[1]。
  第一阶段,煤矿安全监控系统主要采用空分制
  信号传输方式。60年代中期英国煤矿的运输机控
  制、煤矿中的固定设备控制大都采用这种技术。
  典型系统有法国的CTT63/40煤矿监测系统,它可测
  瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数,最多可测40个
  测点。波兰的CMM-20系统,最多可测20个测点
  以及CMC-1系统,最多可测128个测点。
  第二阶段,随着以晶体管电路为主的信息传输
  技术的发展,煤矿安全监控系统主要采用频率区分
  信道的频分制信号传输方式,由于采用频分制,传
  输信道的电缆芯数大大减少,很快就取代了空分制
  系统。英美等国的煤矿在60年代后期就已大量采
  用频分制技术。其中最具代表性且至今仍有影响的
  是西德Siemens公司的TST系统和F+H公司的
  TF200(早期是TF24)系统,这些都是音频传输系统。
  第三阶段,集成电路的出现推动了时分制系统
  的发展,从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监
  控系统,其通信规程比较严格、抗干扰能力强、传输
  电缆与测试点数无关、结构简单、配置灵活。其中发
  展较快的是英国。英国煤炭研究院于1976年推出
  以时分制为基础的MINOS煤矿监控系统。开创了
  煤矿自动化技术和煤矿监控技术发展的新局面,直
  到今日,国内外各种监控系统尽管在功能性和产品
  的技术先进性上都有较大的提高,但系统的整体结
  构仍没有太大的变化。在此阶段典型系统有英国的
  MINOS系统、美国的DAN6400系统、西德的GEA-
  MATIC-2000全矿井监控系统等。
  第四阶段,随着计算机技术、大规模集成电路技
  术、通信技术等现代高新科技的迅速发展,形成
  了以分布式微处理机为基础,以开发性、集成性和网
  络化为特征的煤矿监控系统。其信号的传输
  方式还是属于时分制范畴,但用原来的一般时分制
  的概念已不足反映这一高新技术的特点。其中有代
  表性的是美国MSA公司DAN6400系统,加拿大参透
  里昂600型系统。
  现代煤矿监测监控系统(图1)由4部分组成:
  监控主机、计算机网络及监控软件;传输接口和传输
  通道;井下采集分站;各种传感器及执行器。1.2　我国煤矿监测监控技术的发展
  我国监测监控技术应用较晚, 20世纪80年代
  初,原煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规
  模的考察和引进工作,大大促进了国内监控技术的
  发展。从波兰、法国、德国、英国和美国等(如
  DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200)引进了一
  批安全监控系统,装备了部分煤矿。在引进的同时,
  通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况,先后研
  制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38等监控系
  统,在我国煤矿已大量使用。这一时期的系统结构
  多为分布式,多采用时分制频带传输或基带传输,传
  感器经分站进入地面主机。特点是容量较大,
  多达数百个测点,功能较强,可接入数十种传感器,
  如瓦斯、风速、一氧化碳、温度等环境参数;各种机电
  设备开停等生产参数;电压、电流、功率等电量参数,
  各种机电设备的保护信号等。
  90年代以来,紧跟世界监测监控系统的发展潮
  流,随着技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和
  企业自身发展的需要,国内各主要科研单位和生产
  厂家又相继推出了KJ66、KJ75、KJ80、KJ92、KJ90、
  KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监
  控系统,以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和
  数字化网络监测管理系统。其主要特点是:测控分
  站的智能化水平进一步提高,具有网络连接功能,系
  统软件采用了Windows作系统。实践表明,安全
  监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的
  作用。
  2　煤矿安全监控系统的现状
  2.1　国外煤矿安全监控系统的现状
  随着网络技术和通信技术的发展,国外新推出
  的矿井监测监控系统均采用基于开放系统互连标准
  模型的集散系统结构。系统由现场测控分站和控制
  中心主站组成。系统支持多种互连标准,方便地组成
  多节点的安全监测监控网络,实现系统间的通信和
  共享。安全监测监控可由原来单一的监测监控
  向综合自动化方向发展。全矿井综合监测控制系统
  有代表性的产品有美国MSA公司生产的DAN6400系
  统,德国BEBRO公司的PROMOS系统等[2]。
  2.2　我国煤矿安全监控系统的现状
  (1)通信协议不规范
  由于现有生产厂家的监控系统的通信协议均互
  不兼容,没有一个符合矿井电气防爆等特殊要求的
  总线标准,从而造成不同厂家的设备无法兼容,无法
  共享传输电缆。因此,通信协议不规范的后果是造
  成设备重复购置、受制于人和不能随意进行软、硬件
  升级改造。
  (2)井下信息传输设备物理接口协议不规范
  如煤炭科学研究总院抚顺分院的KJF2000和北
  京瑞赛长城航空测控技术有限公司的KJ2000这两
  种系统,尽管均采用FSK技术,以及信息传输波特
  率均为1 200 bps或2 400 bps,但其传输信息的调制
  频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这
  两种系统的分站不能兼容[3]。
  (3)智能传感器性能差
  与系统配接的CH4和CO传感器已成为矿井瓦
  斯综合治理和监测煤炭自燃发火等灾害的关键技术
  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,国产安全监测用CH4传感器和CO传
  感器,长期以来所用敏感元件一直存在使用寿命短、
  工作稳定性差、零点漂移、灵敏度漂移以及工艺
  水平低、元件一致性差的缺点,从而严重制约着矿井
  瓦斯、一氧化碳的正常检测,与国外同类传感器相比
  较差距较大。
  (4)诊断功能有待加强
  作为管理维护监控系统的辅助手段,部分系统
  只能对系统的通讯状况诊断,不能详细地判断故障
  的性质和故障点,而实际工作中要求能判断出分站、
  传感器或电缆故障之间或短路报警与真实超限之间
  区别,为维护人员故障的类型和方位,以便于迅
  速处理故障。
  (5)现有监控系统不具备煤矿事故决策支持系
  统的功能,无法对煤矿事故进行预报、预警及向用户
  避免事故的对策和方案。矿井终端监控设备缺
  乏黑匣子功能,因而也不能对事故起因分析有
  效依据。
  3　煤矿安全监控系统的发展趋势
  3.1　集散式结构和开放通信模式
  系统基于开放式互联模型的主站-分站集散式
  结构。主站负责的处理,各个分站完成的
  采集和简单预处理。各设备间通信采用通用标准协
  议,兼容多种自动化控制系统。任何设备在符合标
  准的前提下,可方便组成多节点的安全监测监控网
  络[5],使系统实现最大限度的信息共享。并且,可根
  据煤矿监控场所流动性大的特点,能适应移动和随
  机接入监测设备的需要,形成兼容性强、有扩展和升
  级裕量的开放型监测监控系统。
  3.2　发展诊断、决策系统软件
  我国监测监控系统的软件,目前停留在对被监
  测的实时采集、存储、超限报警及断电、图形和报表
  形式输出的水平,实现了对的最基本处理。应
  下大气力开发诊断、决策系统软件。在事
  故情况下,指示最佳救灾和避灾路线,为抢救和疏散
  人员、器材决策。发展覆盖面更广、监测监控参
  数更多的软硬件系统,为实现煤矿生产综合自动化
  奠定良好基础,是我国监测监控系统的发展任务之
  一。
  3.3　提高分站、传感器、断电仪、电源等单元性能
  分站设计要标准化,而且要进一步的智能化。
  高可靠性、品种齐全的矿用传感器。应充分利
  用微处理器的优点,做到自诊断、自校正、自调零、配
  置标准远传接口,统一传感器的输出信号制,以提高
  传输的可靠性、出来的简单性和传感器的互换
  性。发展配置齐全、高可靠性的矿用传感器是监控
  系统发展的关键技术之一。就断电仪而言,要提高
  其远动距离,接点容量,解决高压断电问题。对供电
  电源而言,要提高稳定性和输出容量,对多负荷供电
  要采用扩充输出插板来的供电电路,并推
  广在线式后备电源,实现馈电后系统自动监测指示、
  报警、自动充电、防止过冲过放等。
  4　结束语
  总之,随着科技进步和煤炭开采自动化程度的
  提高,煤矿监测监控技术已逐步渗透到采、掘、机、
  运、通、办公管理各个环节,为煤矿安全生产和高产
  高效发挥了重要的作用。随着现代通讯技术和计算
  机技术的发展,高性能的煤矿监测监控系统在我国
  有着广阔的前景。
  参考文献:
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  州:中国矿业,2003.
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  浏览 172赞 118时间 2023-04-28