煤矿安全监测监控技术现状

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摘要:近年来，监测监控系统在煤矿安全生产中发挥着愈加重要的作用。安全监控系统存在着无法精确定位井下人员位置、缺乏井下三维空间模型、传感器性能不够稳定等问题。井下人员精确定位技术、构建三维可视化模型、多系统融合、有效挖掘监测数据及煤矿物联网技术等是改进煤矿安全监控系统的重要手段。

关键词:煤矿安全;监测监控;传感器;灾害预警;物联网

随着我国煤炭资源开发逐渐向深水平进展，地质条件愈加复杂，煤矿安全管理难度随之增加。煤炭行业通过研究重点技术、提高集约化生产程度，显著改善了安全生产形势。先进、可靠的安全监测监控技术能够了解井下人员的分布状况、机械设备的运转情况及预防动力灾害的发生，保证煤炭高效开采。为了实现煤炭工业十三五科技发展规划，煤炭系统应当加大对煤矿安全生产监控技术的研究力度。

1煤矿监控技术现状

1．1井下员工定位技术

目前，井下人员定位系统由副井罐笼处、井底车场、集中运输大巷、采区出入口设置的分站组成。在企业层面，该系统便于调度室统计各工种作业人员考勤情况，保证员工的出勤次数;在政府监管层面，该系统使各级煤监局实时掌握所辖煤矿井下人员数量，有效遏制超员生产;在应急救援层面，该系统可以确定受困员工的具体范围，减少事故的死亡人数。然而GPS信号井下传输能量衰减大，无线传输会受到巷道拐弯、分支的影响，信号不能完全覆盖井下作业区域，从而形成了大面积盲区。

1．2缺乏井下三维空间模型

煤矿在煤炭开采过程中，获取了大量的地测、一通三防、矿山压力等现场数据，如果将这些数据融合起来，将会形成一个有效的安全信息管理系统，为经营管理层决策提供一个重要参考。

1．3传感器性能不稳定

井下环境潮湿、粉尘含量高、含有腐蚀性气体，造成传感器元件、电路等接触不良、容易氧化，降低元件的可靠性。井下复杂的电磁场会影响传感器的正常工作。一些传感器一致性差，容易受到其他气体干扰。当传感器进水、受到井下振动作业影响时，传输的数据会失真。传感器经常由于安装地点不合理，导致其不能有效监测数据。

1．4安全监控设备兼容性低

目前，部分煤矿安全监测监控技术要求较低，不适宜现场安全生产。安全监控系统的通信协议不统一，不同厂家设备在传输数据时很难做到有效互换。监控设备监测矿井数据时，可以修改或删除超限数据，导致传感器安全作用丧失。

2煤矿监控技术发展方向

2．1井下员工精确定位技术

井下定位系统的无线技术是由短距离、低传速向远距离、高传速发展。定位系统采用蓝牙、RFID技术，井下无线节点向矿工携带的智能终端发送RSSI值，RSSI值最终会传送到井上控制中心，可以根据相应的算法确定人员位置。未来的井下定位系统具有高鲁棒性与较好的自组网能力

2．2构建三维可视化矿井模型

通过3DGIS把煤矿大量的空间参数和与之对应的属性参数结合起来，进行矿井三维建模和三维可视化表达。该模型中含有煤层赋存、顶底板岩性、皮带运输、监测监控、采掘进尺、水泵排水、通风机运行情况、供电线路敷设等现场信息。

2．3多系统融合

多系统融合分为分站级融合、链路级融合和数据级融合。分站使用ARM处理器，将不同系统的监控设备通过各自物理链路接入融合分站的不同的通信接口中，从而实现多系统分站级融合。链路级融合是把不同系统的设备通过同一条链路接入融合分站，数据经各系统的程序处理后发送至各自监控主机。链路级融合能够减少电缆、无线接口设备数量。数据级融合可以实现跨系统共享参数。当某一系统安装该参数传感器后，其他系统可以通过地面融合软件获得该参数。多系统融合可以避免系统的重复构建并降低运维成本。

2．4煤矿物联网技术

为了确保现场监测监控机电设备的可靠性，避免因使用伪劣矿用机电零部件引起事故，煤矿企业需要采用物联网技术管理监测监控零部件。物联网技术可以优化采购、储存、运输、维护等环节，实现全矿井动、静态管控。

2．5有效挖掘监测数据

井下分站与地面中心站之间传输的信息改为提前压缩好的数据，以达到提高传输速率的目的。监控系统要重视采集数据变化量的比对工作，这样可以预防瓦斯、火灾等矿山灾害。未来的煤矿安全监测监控系统不再由某一个公司构建，而是由相互独立的多个公司兼容式开发。云计算将会成为未来数据存储架构的主流模式，为综合分析地质参数提供基础。

3结语

我国数字化矿山建设已经取得了初步成效，但仍然存在安全监控标准不规范、大数据挖掘不充分、传感器性能不稳定等技术薄弱问题。引入人工智能、大数据、物联网、微电子、数据通信、计算机、自动化、射频识别等新兴技术，可以带动煤矿安全监测监控技术快速发展。高性能的安全监控系统能够监测生产环节，预防瓦斯、火灾等煤矿重大灾害事故，以达到自动化生产、精细化管理、科学化决策的效果。只有找准煤矿安全监测监控系统发展方向，才能保障煤矿企业安全生产。

参考文献:

［1］孙继平．煤矿安全生产监控与通信技术［J］．煤炭学报，2010，35(11)．

［2］汪丛笑．煤矿安全监控系统升级改造［J］．工矿自动化，2017，43(2):1－6．

［3］王金华，等．数字矿山关键技术研究与示范［J］．煤炭学报，2016，41(6)．

［4］聂百胜，等．矿山无线安全监测预警系统设计及关键技术［J］．煤炭科学技术，2016，44(7):53－58．

作者:梁博森 单位:山东科技大学