煤矿安全监控系统智能化建设远景展望

 煤矿安全监控系统是煤矿安全工作的眼睛，在在煤矿的安全生产中起着源头管理，避免安全隐患，减少事故的发生作用。上世纪80年代煤矿安全监控系统开始在煤矿使用，特别是2005年以来，煤矿安监控系统全面的推广应用，推动了煤矿瓦斯、火灾等灾害治理，有效遏制重了煤矿重特大事故，提高了煤矿的安全管理水平和能力，对保障煤矿安全生产发挥了巨大作用。

一、煤矿监控系统升级改造的背景

煤矿安全监控系统在经过10多年的全面推广应用后，在技术标准、安装、使用和维护管理等方面存在的不足逐渐暴露出来，一是系统稳定性不高。由于井下作业环境差，粉尘多，井下作业环境空间较小，强电场和电磁场对传感器的影响，传感器防尘、防潮、防温度变化和抗电磁干扰能力等能力不足，系统运行不稳定、瞬间冒大数、误报警等现象时有发生。二是系统可靠性低。备用电源供电时间短、巡检周期长、异地断电时间长，大多数传感器只能检测到一种气体参数或设备运行参数，数据的采集过于单一，对传感器的运行状态难以诊断。三是系统兼容性差。专网运行，系统间相互不兼容，预警弱，系统利用不充分，大量数据未充分利用，系统间联动不足，升级换代动力不足。四是管理维护不便。存在传感器标校周期短，系统没有自检功能、篡改数据难防范等问题。

随着信息化技术的发展，煤矿相继开发使用了人员定位、应急广播、矿压监测、运输调度、机电设备在线检测与故障诊断等多套系统，但由于缺乏顶层设计和系统间的整合集成，系统间信息处于“信息孤岛”的状态，不能共享。这些问题制约了信息技术更好地服务于煤矿安全生产。面对这些问题和不足，煤矿安全监控系统升级改造势在必行。因此，在2015年的全国安全生产工作会上，国家煤矿安监局提出，计划在“十三五”期间对煤矿安全监控系统进行升级改造，成立了领导小组、工作小组、编制《煤矿安全监控系统升级改造工作方案》《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》(以下简称《技术方案》)，制定相关标准，召开片区座谈推进会，明确目标任务，要求大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的安全监控系统升级改造工作在2018年底前完成，其它矿井在“十三五”末完成。

此后，《煤矿安全监控系统升级改造方案》于2015年7月1日经国家煤矿安监局局长办公会审议通过。8月19日，升级改造工作启动会召开，确定了总体技术思路、遵循原则和技术保障。国家煤矿安监局委托安标国家中心牵头研究编制《技术方案》，明确了传输数字化，提高抗电磁干扰能力，推广应用先进传感技术及装备，提升传感器的防护等级，完善报警、断电控制功能，支持多网、多系统融合等13个方面的升级改造内容。之后，国家煤矿安监局委托安标国家中心开展《煤矿安全监控系统升级改造产品检验方案》专题研究，组织从事煤矿安全监控系统检测检验的常州、抚顺以及重庆三家中心，分别编制《煤矿安全监控系统升级改造检验实施细则》，细化检验流程及考核方法，规范完善升级改造产品检测检验。

在此基础上，国家煤矿安监局研究制定了《煤矿安全监控系统升级改造安全标志管理方案》。自2017年8月安标国家中心正式受理升级改造产品安标申请以来，共有30多家生产企业申报，最终12家生产企业取得新的安全标志。同时，国家煤矿安监局委托安标国家中心开展《煤矿安全监控系统升级改造验收规则》研究，统一验收方法、验收规则以及判别尺度，对升级改造工作严格把关，形成闭环管理。

2018年4月1日、5月29日、6月15日，国家煤矿安监局分别在华东东北、西北、西南3个片区，组织推进煤矿安全监控系统升级改造工作专题研讨，掌握各省局级工作进度和面临的问题，并就相关标准执行、设备安装与使用等内容进行了交流研讨。2019年12月12日，国家煤监局正式下发《煤矿安全监控系统升级改造验收规范》。

二、监控系统升级改造的要点

(一)提高系统的稳定性。通过对系统进行抗电磁干扰试验、通过数字化信息传感器，提升系统的防护等级，并对存贮数据进行加密处理。系统的主干网采用工业以太网，模拟传感器与分站之间有线传输方式，要有总线和支线两种方式进行融合，确保信号传输有效率。

(二)提高系统的可靠性。通过改善系统数据传输机制，确保系统性能提升，将系统巡检周期控制在20s以内，异地断电时间控制在40秒以内，备用电源可以持续供电不低于8小时，确保本质安全距离在6千米以上，在监控系统上进行分级报警、逻辑推广报警，实现有线传输和无线传输的有机融合，提高对数据异常情况的分析能力，从而改善系统的应急联动功能以及分析数据、对接数据的功能，通过这些数据改变，促进整个监控系统能力的提升。

(三)提高联动有效性。在瓦斯超限、断电等需要立即撤人的情况下，可自动与应急广播、人员定位、通信等系统应急联动。

(四)增强数字化传输。实现重点监控系统的数字化，促进智能传感器发展。监控系统升级改造后配套模拟传感器均具有数字化传输功能，智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态和识别提醒功能，对未按照规定调校传感器进行识别并报警。

(五)支持多网多系统融合。实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。可以采用地面方式，也可以采用井下方式。但在地面平台上须融合环境监测、人员定位、应急广播、供电监控系统、无线通讯、设备监测、车辆监测、视频监测等。

三、煤矿安全监控系统的关键技术

(一)新型数字传感技术应用。传感技术是影响传感器性能的主要原因，使用激光甲烷传感器可实现电流控制波长，完成气体测量，激光甲烷传感器本身抗干扰能力较强，不会受到其他气体的影响，在粉尘较大、环境较恶劣的条件下也能发挥作用。

(二)多网多系统融合技术应用。采用多数据融合技术，可以实现不同板块之间、不同模型之间的数据融合，从而改善系统的响应与联动情况，确保实现对周边环境的安全评估。

(三)本地、异地断电技术应用。本地、异地控制技术可以对矿井内不同环境下的参数及时响应，从而提高系统的反馈速度，这些措施可以使响应的时间摆脱原有巡检周期限制，从而快速实现异地控制目的。

(四)电磁兼容技术应用。电磁兼容技术本身具备抗干扰能力，在干扰抑制过程通过电气隔离、屏蔽、接地、滤波、端口防护技术等方式切断干扰源。另外，电源短时间内的自供电技术，通过电池电容等设备采取的防爆措施，有效提升设备的抗干扰能力。

四、煤矿安全监控系统的远景与展望

煤炭是我国的主要能源，约占一次能源的70%，煤炭工业安全健康可持续发展，离不开煤矿监控安全监控，煤矿监控技术未来的发展方向主要由以下几点：

(一)矿用物联网技术研发应用。煤矿安全监控系统目前虽然已经实现了监测监控、人员定位、应急广播三网融合，但煤矿井下无线传输衰减大、电气防爆等特殊性，制约着地面物联网技术直接在煤矿井下应用。因此，未来实现井下各异构系统融合“矿用物联网”技术的研发应用，将是煤矿安全监控系统智能化发展的主要方向。

(二)煤矿重大灾害预警技术研究。煤矿重大灾害事故预警是保障煤矿安全生产的重要措施。升级后煤矿安全监控系统增加了自评估功能，软件系统对井下环境中有毒有害气体进行实时监测，利用数据分析进行火灾等灾害提示和数据反馈，但预警准确率较低，难以满足 煤矿安全生产需要。因此，加强对瓦斯、火灾、冲击地压等灾害预警监测技术的研究，是当前和今后的一个发展方向。

(三)高性能传感器的研究应用。充分利用微处理器的优点，研究性能高、可靠性强、品种齐全的矿用传感器，使传感器做到自诊断、自校正、自调零，提高传感器数据传输性能，是一个重要的研究课题。

(四)智能一体化矿灯的推广应用。智能化多功能报警信息矿灯是由煤科院和神东公司联合研发的集照明、气体(O2、CO、CH4)监测、移动视频监控、全网通话、3G/4G/wifi传输、精确人员定位、应急调度于一体的智能终端设备，可用于煤矿重点区域操作人员的实时通信、事件记录及回溯，也可以用于监管监察人员在线执法记录，是最新型的终端产品，但其使用过程中的稳定性研究和拓展使用前瞻性研究，是当前的一项重要任务。

随着科技的不断发展与进步，开采自动化程度的不断提高，煤矿安全监控技术已逐步渗透到采、掘、机、运、通、办公管理各个环节，为煤矿的安全生产和高产高效发挥了重要作用，随着智能化技术的发展，高性能的煤矿安全监控系统在我国有着广阔的前景。

(陕西省应急管理厅煤矿安全监督管理处 刘胜利)