全国服务热线
行业动态

深度分析:矿难背后—监控技 术的薄弱与缺失

来源:中国安防网发表时间:2017-02-10

     近几年来,我国煤 炭行业一个非常突出的问题就是矿难频出,给国家 和人民群众的生命财产造成了极大的损失。据有关部门统计,我国每 年因煤矿安全事故死亡的人数占全球矿难死亡人数的80%,百万吨死亡率接近6,是美国的140倍之多。尽管国 家采取了严厉的监管措施,并三令 五申地下发各种文件强调煤矿的安全生产,但是,大大小 小的矿难仍然是时有发生。

     认真地 分析一下发生这些矿难的原因,可以清楚地看到,在矿难的背后,除了煤 矿自身客观条件差、安全管 理制度不完善等原因外,非常重要的一点是矿井下工作面上监控技 术的薄弱与缺失。


     1、煤矿监 控系统的基本构成


     煤矿监 控系统是一个集检测技术、通信技术、控制技术、计算机 技术为一体的综合集成应用系统,它和传 统安防系统中的视频监控有很大的不同,并不是 以视频图像采集及处理为主导。这个监 控包含两个层面的内容:“监”是指对 煤矿的环境与生产参数进行自动检测。“控”是指对 监测的各种信息进行分析处理,制定出 相应的解决方案后反馈到生产现场对环境和生产过程进行控制。在我国,煤矿开 采赋存的地质条件并不好,煤层埋藏深、稳定性差,地质构造复杂。适合露 天开采的煤炭资源很少,仅占总体煤炭资源的4%。因此,大多数 采煤作业都是在地层深处进行。这就造 成了采矿中极易发生水、火、瓦斯、煤尘、顶板等自然灾害。处在这 样的客观环境中,煤矿监 控系统的监测技术就成为安全生产的核心问题,只有准 确地监测到矿井下各种与安全生产有关的参数实时数值及变化情况,才能采 取有效的方法实现对生产过程的正常控制,确保井下生产安全。


     2、煤矿监 控系统的基本工作原理


     由传感 器对煤矿井下各种环境参数、重要设 备运行状态进行实时检测,并对检 测到的各种参数进行收集处理。这种监 测是通过安装在井下的各种传感器采集环境参数,再将这 些参数先传输至井下工作站进行预处理,然后经 传输线路传到地面中心站,中心站 按照监控软件事先定义好的指令将传来的数据进行分析处理,发送给井下分站,由分站执行控制信号,如切断电源,打开应急通道等。同时,中心站 实时存储井下发送来的各类数据,生成数据库和报表。对超过 规定值的要进行提示、报警,必要时 将数据库中的部分数据压缩打包,通过局 域网上传给上一级主管部门,主管部 门再将这些数据传到省、市安全生产监察部门,实现多方位监管。由于煤矿环境恶劣,准确地 监测各种环境参数成为防止事故发生的最根本防线。


    3、监控系 统主要的监测内容


     煤矿安 全监控系统主要对井下的环境和生产进行实时监控,主要内容包括:
     (1)环境监测:检测矿 井下各种有害有毒气体及工作面上的作业环境。如:甲烷气体浓度、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾浓度等,实时数字量显示。
     (2)生产监测:监测井上、井下主 要生产环节的各种生产参数和重点设备的运行状态参数,如:煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量;水泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力启 动器运行状态和参数等,实现自动和人工控制。
     以上这 些参数任何一个出现异常,都会影 响矿井的安全生产,所以必须借助计算机、各类传感器、信号传 输与处理系统进行集中监测与控制,并在瓦斯、一氧化 碳等参数出现超限或发生井下烟雾及其它故障时发出报警,进行区域断电控制。


      4、井下分 站与监测传感器

     (1)井下分站
     煤矿监 控系统根据设备厂家的不同而略有差别,但从其 功能方面来说基本都具备以下几个方面:开机自 检和本机初始化、通信测试、分站控制(如:实现断点仪、风电瓦斯闭锁、瓦斯管道监测、环境监测)、死机自动复位。

     地面中 心站可对井下分站进行初始化和参数设置。如:传感器配接通道号、量程设置、断电点设置、报警上、下限设置等。分站本 身具备超限报警功能。分站接 收中心站对本站指定通道输出控制继电器实施手动操作和异地断电。

    (2)监控系 统配接的各种传感器

     传感器 是一种能把特定的被测量信息(包括物理量、化学量、生物量等)按照一 定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置。它由敏感元件、转换元 件和其他辅助电路组成。敏感元 件直接感受被测对象的待测信息(非电量)部分,转换元 件能将敏感元件所感受到的信息直接转换成电信号,并通过 信号调节电路进行输出。

     传感器 的稳定性和可靠性是煤矿监控系统能正常工作的重要保证。目前用 于煤矿监测监控系统的传感器主要有:
     a. 环境参数传感器:瓦斯、一氧化碳、风速、负压模拟量传感器。
     b. 生产参数传感器:各种温度参数、煤仓煤位、水仓水位、电流电压、用功功 率等模拟量传感器。
     c. 设备状态传感器:还有用 于机电设备开停、馈电状态、风门开 关状态等开关量传感器。


     5、煤矿监 控系统应用中存在的问题

     尽管在 煤矿安全监控方面下了很大的功夫,但频发的矿难,还是让 我们不得不承认,在安全 生产的监测方面仍然存在着很多的问题。


     监测数 据的缺失与失准
     由于监 测传感器的质量问题或监测点设置不科学,一些重 要的井下环境参数没有得到准确的测量结果。传感器 的精度通常代表着传感器工作的可靠程度,它以下列公式表述:
     公式中:A—传感器的精度</P>
     △A—测量范 围内允许的最大误差</P>
     Yfs—满量程输出值</P>
     这个精 度实际上是通过在相当短的时间内连续重复测量多次其结果的分散程度。在对国 产传感器测试中,我们发 现所测量的数据偏离较大,很难满 足安全生产需要的精度。此外,在使用寿命、调校周期、零点漂移等方面,与国外 产品相比有很大差距。
     瓦斯是 矿难中最可怕的杀手,国内许 多矿井都安装了瓦斯浓度监测系统,可以对 井下多个位置进行连续24小时的瓦斯测量。但是,由于井 下的瓦斯分布是不均匀的,这种点 位的测量无法实现对一个区域空间瓦斯浓度进行全方位的测量。当某一 个位置的瓦斯浓度的监测数据并未超限时,而相邻 区域的瓦斯却有可能已经达到危险程度,这就是 由于传感器安装位置不科学带来的事故隐患。</P>

     在煤矿监控系统中,传感器是第一道防线,它提供 防止事故发生最基础的数据。在传感器的选择上,不能价廉者胜,一定要 关注产品的长期稳定性和可靠性。这是直 接关系到劳动者生命安全的问题,必须对 此有清醒的认识。


     监控数据的传输延迟

     由传感 器采集的各种井下数据,需要及 时上传到井下工作站和井上控制中心,以保证 在最短的时间内对出现的事故苗头采取控制措施。但是,由于监 测信号的不稳定和传输带宽有限等原因,造成了 信号传输在一定程度上的延迟。导致对 煤矿瓦斯浓度变化的数据不能及时监控到,致使瓦 斯爆炸事故的发生。今后,光纤通 信会大规模引入煤矿监控系统中。从地面 中心站到井下分站的信号采用光纤传输,可根除 矿井上下机电设备的电磁干扰,降低系 统遭受雷击等外来因素破坏的可能性,提高系统的稳定性。     


     通信协议不规范

     全国煤 矿现有的监控系统设备由多家生产,各家几 乎都是采用自己专用的通信协议,很难做 到不同系统的兼容。这已经 成为煤矿监控系统改造、扩容、升级配 套的一个制约因素。当某一 系统出现故障并不能及时修复时,很难用 其它厂家的产品替代,只能让系统带病工作,埋下了安全隐患。造成这 种局面的根本原因是行业缺少统一的标准。


     技术人 员缺乏及技术水平偏低

     在我国,采煤现 场的技术人员普遍人数不足,且技术 水平及工作责任心都有待提高。如现场 传感器需要每隔一段时间进行一次校正,以确保 采集数据的准确性,但在实 际中往往由于技术人员缺乏,传感器 不能按照规定时间进行调试,使得现 场检测数据出现误差,增加了 事故发生的风险。</P>

    6、煤矿监 控系统的改进措施
     鉴于国 家对煤矿的安全生产的强力监管,各级领 导对防止矿难的发生已经非常重视。虽然从 加强安全管理制度方面能有一定成效,但是依 靠科技手段来减少矿难的发生仍应该是主要措施。</P>
     对于国 内煤矿现有的安全生产监控系统,要通过 完善其系统功能让其更好地发挥作用,以下几 项措施是切实可行的:</P>
     1.严把传感器质量关,要坚持 对安装在井下的各类传感器实行高密度的定期检测、调校和标定,发现问题立即更换。对质量差、工作不 稳定的传感器产品要坚决清除。国家主管部门应组织力量研制新一代的高可靠性传感器。由于新 元器件的不断出现,传感器 的生产工艺和制造水平也需要提高。除了提高测量精度、响应速度、高可靠性的要求之外,智能化 和集成化程度也需要提高。</P>
     2.逐步将 点对点的线缆传输方式改为总线制,以保证 工作面上个监测点的均匀分布,采集的信号准确可靠,并及时上传。信号传 输介质尽可能采用光缆,以克服 井下机电设备工作时的电磁干扰。</P>
     3.对现有 煤矿监控系统的主流产品进行整合,规范设备的通信协议,并抓紧制定科学、合理的 政策法规及行业安全标准。在软件应用方面,应组织 开发能根据被测环境地点参数进行有效危险性判断、分析、预测和 提出决策的解决方案。
     4.在监控 系统运行过程中,系统应 具有智能化判断和自检功能,可对使 用中的设备出现的故障进行分析。特别是 对传感器送来的监测信号,应可以 实现根据与设定值的分析对比,分析判 断这个信号是真实可靠性,出现问题及时报警。
     5. 加强视 频监控系统的建设,将井下 的视频图像及时采集并上传至地面中心站。值班人 员要随时观察井下人员的工作状态。同时,监控图 像要存贮保存两周以上,以确保 一旦发生事故后能根据图像分析判断事故的原因,制定相应的救援措施。



作者:李鸿博    

转自:中国安防网