煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信技術(shù)研究

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摘要：基于煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控的基本概述，分析目前中國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控與通信技術(shù)的現(xiàn)狀，提出其發(fā)展趨勢(shì)，旨在加強(qiáng)行業(yè)交流，提高煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)，確保員工生命健康，以利于煤礦企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦安全生產(chǎn)；監(jiān)控；通信技術(shù)

0引言

煤炭是中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的重要資源，其占中國一次能源消費(fèi)的比重約70%。然而煤礦井下地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，并且開發(fā)條件十分惡劣，接近一半的礦井都是瓦斯礦井，進(jìn)而增加安全生產(chǎn)煤礦工作的難度，而且近年來煤礦事故死亡人數(shù)居高不下[1]。此外，隨著煤礦采掘深度不斷加深，高效率、高產(chǎn)量礦井不斷涌現(xiàn)，煤礦企業(yè)需要更新安全技術(shù)。由于煤礦安全事故頻頻發(fā)生，加上煤礦企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的需要，很多煤礦企業(yè)都采用安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是指企業(yè)采用機(jī)電設(shè)備監(jiān)控煤礦生產(chǎn)中排水、提升、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)及溫度、煙霧、風(fēng)速、瓦斯等參數(shù)，并且通過計(jì)算機(jī)技術(shù)處理信息數(shù)據(jù)的一種應(yīng)用系統(tǒng)[2]。該系統(tǒng)的應(yīng)用可有效提高煤礦生產(chǎn)的安全系統(tǒng)，并且大幅度提高煤礦生產(chǎn)效率。

1基本概述

目前，很多煤礦企業(yè)已經(jīng)采用安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息通信、控制與監(jiān)測、采集信號(hào)等功能集中在同一系統(tǒng)中，充分利用板塊化的構(gòu)思來對(duì)軟件程序、硬件思路進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]。監(jiān)測人員通過該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)觀察礦井員工的作業(yè)環(huán)境有無危險(xiǎn)因素，并且分析監(jiān)測數(shù)據(jù)信息預(yù)測是否會(huì)發(fā)生煤礦安全事故，有利于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)因素，并且及時(shí)采取有效的預(yù)防措施來確保作業(yè)員工的生命健康，降低煤礦事故的發(fā)生率。該系統(tǒng)采用特定的芯片作為實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)的工具，并且根據(jù)用戶需要將歷史數(shù)據(jù)以不同的電路及數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示出來。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員采用非常簡單的方式連接硬件，不管在多么惡劣的工作環(huán)境中，該系統(tǒng)都可正常工作，且確保通信數(shù)據(jù)的質(zhì)量，正是由于這些優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)得到廣大煤礦企業(yè)的認(rèn)可而廣泛應(yīng)用。通過分析監(jiān)控與通信系統(tǒng)，可發(fā)現(xiàn)其具有四方面特征：a)可監(jiān)測與控制相同時(shí)間內(nèi)整個(gè)煤礦井下的狀況，真實(shí)記錄模擬量，通過可調(diào)取歷史報(bào)警記錄來獲取完整的資料信息[4]；b)可在電腦操作狀態(tài)下采用編碼技術(shù)，且通過通信技術(shù)來判定數(shù)據(jù)，以聲光的形式提醒礦井作業(yè)人員，確保井下作業(yè)環(huán)境的安全；c)可對(duì)斷電進(jìn)行恢復(fù)操作，無需到現(xiàn)場執(zhí)行，采用異步控制及遠(yuǎn)程控制就可達(dá)到預(yù)期效果；d)在實(shí)時(shí)監(jiān)控過程中，能全面、真實(shí)了解礦井下員工的工作環(huán)境，為正確判斷其安全性提供依據(jù)。

2煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

2.1井下作業(yè)員工定位技術(shù)

因?yàn)槎鄶?shù)礦井下的GPS相關(guān)信號(hào)難以覆蓋所有通道，所以國家對(duì)此提出一系列要求：企業(yè)在井下設(shè)置的識(shí)別卡必須超過8000個(gè)，監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的漏讀率必須低于0.01%，識(shí)別卡的數(shù)量必須超過80個(gè)，識(shí)別卡發(fā)生位移的速度必須超過5m/s，監(jiān)控系統(tǒng)分站、識(shí)別卡間的傳播距離必須超過10m。大部分煤礦事故都是發(fā)生在礦井下，要想確保井下作業(yè)員工的生命安全，煤礦企業(yè)必須在井下設(shè)置定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)收集井下的數(shù)據(jù)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，為調(diào)整開采計(jì)劃提供依據(jù)[5]。倘若礦井下已發(fā)生特大煤礦安全事故，該系統(tǒng)可利于縮短搶救人員搜出井下員工的時(shí)間，贏得搶救時(shí)間。過去的GPS信號(hào)難以覆蓋礦井下的每個(gè)地方，相當(dāng)一部分的巷道屬于信號(hào)盲區(qū)。隨著信息技術(shù)迅猛發(fā)展，目前很多企業(yè)逐漸采用漏泄電纜、RFID系統(tǒng)，為定位井下員工提供向?qū)А?/p>

2.2全井下移動(dòng)通信

有關(guān)專家發(fā)現(xiàn)很多煤礦井下具有特定的無線傳輸規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)井下無線傳輸具有電氣防爆能力強(qiáng)、防護(hù)性能良好、抵抗故障較強(qiáng)、設(shè)備體積不大、衰減速度較大等特征，為此，認(rèn)為可采用多基站類型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[6]。有的研究通過高科技術(shù)，順利研發(fā)構(gòu)建在WIFI基礎(chǔ)上的通信系統(tǒng)，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)對(duì)于應(yīng)急救援、安全避險(xiǎn)等過程中具有至關(guān)重要的作用。

2.3監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)

一些研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于作業(yè)環(huán)境非常惡劣的礦井，并且電壓波動(dòng)較大，為此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)采用遠(yuǎn)程供電；對(duì)于電線可傳輸較遠(yuǎn)距離、電氣極易出現(xiàn)爆炸情況的煤礦井，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)采用樹形結(jié)構(gòu)安裝。

2.4產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)及其技術(shù)

近幾年，中國煤炭生產(chǎn)難以滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，進(jìn)而很多煤炭企業(yè)只追求短期利益，對(duì)煤炭進(jìn)行無節(jié)制、無計(jì)劃地開采，嚴(yán)重威脅子孫后代的利益。為了提高中國煤炭資源的開發(fā)及使用年限，一些專家著手研究產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程傳輸手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦產(chǎn)量，按照相關(guān)規(guī)定來評(píng)價(jià)、核對(duì)收集的數(shù)據(jù)。倘若煤炭企業(yè)產(chǎn)量已經(jīng)超出相關(guān)規(guī)定，則管理部門系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)警告信息，給予企業(yè)一定的處罰。通過產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)，管理部門可清楚掌握企業(yè)生產(chǎn)情況，便于審查，同時(shí)有效提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性及準(zhǔn)確性，規(guī)范企業(yè)的生產(chǎn)工作，有效制止企業(yè)無節(jié)制開采的行為，確保國家煤炭資源的使用年限，有利于中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)長遠(yuǎn)發(fā)展。

2.5無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

為降低特大煤礦事故的發(fā)生率，在進(jìn)行井下煤礦開采過程中，通常應(yīng)盡量減少井下作業(yè)員工。為此，管理部門應(yīng)針對(duì)井下作業(yè)員工的人數(shù)提出相關(guān)要求，為有效避免井下作業(yè)員工人數(shù)超出標(biāo)準(zhǔn)，要實(shí)時(shí)監(jiān)控井下人數(shù)。有些專家研發(fā)無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，管理人員通過該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)掌握井下作業(yè)員工的數(shù)量，倘若發(fā)現(xiàn)井下員工數(shù)量超過標(biāo)準(zhǔn)的情況，則該系統(tǒng)自動(dòng)顯示預(yù)警，進(jìn)而有利于調(diào)整井下工作員工的數(shù)量。為防止井下作業(yè)員工數(shù)量超出標(biāo)準(zhǔn)的情況，該系統(tǒng)設(shè)置無人軌道、無人膠帶、無人供電等系統(tǒng)，可有效降低由于井下作業(yè)員工數(shù)量超標(biāo)而導(dǎo)致煤礦安全事故的發(fā)生率，并且大幅度節(jié)約煤礦生產(chǎn)的財(cái)力、物力及人力資源，可有效降低生產(chǎn)成本。

3煤礦監(jiān)控與通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1一體化的通信系統(tǒng)及技術(shù)

為提高應(yīng)急通信的要求，煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)研發(fā)一體化的通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下功能：固定與移動(dòng)通信，短信、視頻、語言等形式的通信，監(jiān)測位置、緊急呼叫、應(yīng)急擴(kuò)音、報(bào)警聯(lián)動(dòng)等功能。

3.2礦用物聯(lián)網(wǎng)

為減少煤礦企業(yè)的庫存煤炭量，并且降低企業(yè)生產(chǎn)成本，企業(yè)應(yīng)當(dāng)采用礦用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全程監(jiān)管地測、通風(fēng)、電氣、提升、運(yùn)輸?shù)妊b備的使用、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、采購等各個(gè)環(huán)節(jié)，可從以下幾點(diǎn)著手：研發(fā)水泵操作人員、采煤機(jī)器的司機(jī)、絞車的司機(jī)、放炮員工、電鉗員工、安全檢查人員等員工工作環(huán)境員工、機(jī)器環(huán)閉鎖的相關(guān)系統(tǒng)，研發(fā)員工、掘進(jìn)機(jī)器、采煤機(jī)、膠輪車等靜、動(dòng)目標(biāo)的管控系統(tǒng)，制定聯(lián)網(wǎng)技術(shù)處理、傳輸、編碼等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3特大事故預(yù)警技術(shù)

研發(fā)特大事故預(yù)警技術(shù)是降低事故發(fā)生率的有效措施。目前，監(jiān)控系統(tǒng)具有斷電和預(yù)警功能，少數(shù)企業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)具有特大事故預(yù)警的作用，但準(zhǔn)確度不高，無法滿足安全工作要求。為此，煤礦企業(yè)應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化這方面的研究。

4結(jié)語

煤礦監(jiān)控與通信技術(shù)對(duì)于作業(yè)人員、企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展、國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有至關(guān)重要的作用。為此，探究煤礦監(jiān)控與通信技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)的意義。在簡要分析監(jiān)控與通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，從井下作業(yè)員工定位技術(shù)、全井下移動(dòng)通信、監(jiān)控系統(tǒng)與技術(shù)、產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)及其技術(shù)、無人值守的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等方面闡述目前中國煤礦企業(yè)監(jiān)控與通信技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，從一體化的通信系統(tǒng)及技術(shù)、礦用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、特大事故預(yù)警技術(shù)等方面提出未來發(fā)展趨勢(shì)，以期提高煤礦生產(chǎn)的安全性，確保作業(yè)員工的生命安全，促進(jìn)企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。

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作者：李大鵬 單位：潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限責(zé)任公司