打开文本图片集

摘要：为了准确研判贵州省煤矿重大安全风险，研究贵州省煤矿安全监控系统主要故障类型和运行现状。根据贵州96对验收矿井故障次数统计分析：设备受潮、设备连接中断、信号传输故障和设备元器件损坏及老化为主要的故障类型。从高瓦斯、低瓦斯和突出矿井统计分析，突出矿井安全监控系统故障发生概率最大为41%，需要加强突出矿井安全监控系统管理。为了提高贵州省煤矿企业安全监控系统的稳定性和可靠性，需要执行6条安全技术措施。

关键词：安全监控系统;煤矿;故障类型;应对措施

0引言

随着煤矿科技装备工作的加强，贵州省煤矿安全监控系统不断升级改造和信息化建设，满足了煤矿安全生产发展的新需求，煤矿安全监控系统起着防范瓦斯事故的重要保障重要的作用，能准确研判煤矿重大安全风险，做好隐患早预防、早发现、早消除的工作。随着国内安全监控系统逐渐升级发展[1]，相继研发出KJ2、KJ4、KJ8 、KJ90、KJ95、KJ2000等监控系统[2]，贵州省煤矿企业也逐渐发展应用煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。张骐[3]结合神华集团煤矿安全监控系统实际运行中存在的数据易丢失、误报警等弊端，提出了煤矿安全监控系统升级改造措施。徐闯[4]等进行了多网融合及联动的煤矿安全监控系统设计，为煤矿实现信息共享及协同处理变得更加简易。赵亚军[5]等结合互联网和无线传感器的发展，在煤矿安全监控系统中引入了无线技术。但有的煤矿特别是小煤矿安全监控系统形同虚设，没有发挥预警作用，监控系统安装进度缓慢;部分区域网络监控中心管理制度不健全、应急响应滞缓、处置能力差、探头数量不足和安装位置不正确等现象普遍存在。本文依据贵州省煤矿企业安全监控系统验收报告和《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》，将验收报告和运行情况相结合，获得贵州煤矿安全监控系统常见故障类型，为提高该监控系统稳定性和可靠性提供依据。

1 贵州煤矿安全监控系统情况

贵州省正常生产煤矿采煤机械化率100%、辅助系统智能化率100%。启动2.0版煤矿智能化建设，4处煤矿列入全国煤矿智能化建设示范矿井。但也存在一些突出问题：有的煤矿特别是小煤矿安全监控系统形同虚设，煤矿安全监控系统用来监测CH4浓度、CO2浓度、CO浓度、O2浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停等功能[6]，贵州省煤矿企业的安全监控系统大部分采用工业以太网加现场总线的方式进行数据分析，在矿井生产条件、传感器稳定性和传输线路抗干扰能力等约束条件的研究基础之上，取代了传统的无法满足生产需求的安全监控系统，现在逐渐发展成为工业以太网与总线进行连接的安全监控系统，利用数字传感、多系统融合和电磁兼容技术的综合分析，在系统稳定性、系统功能、数字化技术进行信息传输和系统接口等关键环节逐步改进和发展[7]，形成了由计算机、网络交换机、监控分站、传感器和断电控制器等设备综合的煤矿安全监控系统，如图1所示：

2贵州煤矿安全监控系统存在问题

贵州省煤矿安全监控系统为了满足安全生产需求的发展，面临井下潮湿、粉尘和腐蚀性气体和长距离传输等问题，在不断的利用互联网技术和传感技术等不断完善和研发，相继研发出MSNM、WEBGIS等系统建立了煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统[8]。但通过96对贵州省矿井的验收工作分析，如表1、2所示，仍然存在着以下制约着安全监控系统功能的问题。

2.1 系统硬件存在的问题

（1） 人员定位系统老化，多系统融合困难。监控系统验收过程中发现，由于人员定位系统部分生产厂家倒闭、人员定位系统与安全监控系统厂家融合接口不统一等问题，导致大多数煤矿不能实现多系统融合。

（2） 部分煤矿监控后备电源持续供电时间不足。在监控系统验收期间，对验收矿井中心站后备电源进行全覆盖测试和井下监控分站后备电源进行抽查，部分矿井后备电源不间断供电时间不能满足要求。

（3） 部分厂家系统存在数据传输瞬时中断较多。根据验收情况和煤矿企业反映，主要体现为三恒科技股份有限公司KJ70X系统和常州迪泰科特测控设备有限公司KJ350X系统，系统分站数据中断故障较多。

（4） 部分传感器防护等级未达到IP65要求。如贵州钰带矿业有限公司存在甲烷传感器做淋水试验后，存在响应时间大于20秒，不满足IP65防护等级的要求。

2.2 贵州省监控系统的故障类型

结合贵州省安全监控系统故障验收报告，表现出很多的故障形式，具体的故障如表3所示，主要有以下四类故障类型。

（1） 设备受潮

贵州省煤矿企业多为井工生产矿井，安全监测系统设备多分布在井下潮湿和粉尘较大的环境中，潮湿多尘环境对于设备及传输线路属于极端环境，极易诱发设备及线路出现故障。例如：瓦斯传感器受潮时， 易发生误报警， 数字漂移现象， 对测点的实时监测带来影响;系统主通讯线接线处受潮时， 易发生信号误码现象， 严重受潮时， 影响整个系统的正常通讯。分站电源箱严禁放在被水滴淋的场所。

（2） 设备元器件损坏及老化

在设备使用过程中， 经常发生瓦斯传感器零漂过大， 传感器有时出现误报现象， 黑白元件老化以及到期都易出现这种情况。

（3） 设备之间的连接中断引起的故障

主要有监控站通讯中断和传感器断线。监控站通讯中断有两种情况， 一是整个系统或井下几个监控站同时中断， 主要是因为井下通讯线路发生短路或出现主通讯线多处接地所致。另外， 大巷内主通讯线路的联接头出现氧化锈蚀使通讯线出现短路或断路而影响整个系统的正常运行。二是井下某一处监控站发生故障， 这种情况比较多见。主要是供电电源不正常或进入采区的通讯线路破损所致。传感器断线有传感器本身的故障和移挪过程中随意性造成传感器联接被拉断或短路， 这些是造成传感器断线的直接原因。

（4） 信号传输故障

信号传输主要是通过各种型号的通讯电缆做桥梁进行信号传输的。由于井下接口多， 通道侵入噪音以及传输线路受到静电噪音或电磁干扰引起的信息传输中的故障是很多见的。这些干扰信号主要是传输线路与一些动力电源或输电线路一同敷设或距离很近， 动力电源或输电电路有电晕放电现象， 并常伴有高频振荡， 对信息的长距离传输造成干扰。还有， 架线电机车在行进中与架线间频繁的电弧放电干扰， 各采区内的动力设备以及电焊机都是较强的干扰源， 对传输线路造成的严重干扰都不容忽视。

另外， 不同系统都有不同对接地的要求， 但如果接地与屏蔽问题处理不好， 也会带来很大干扰。在系统接地方面要避免交流地与信号地公用的现象， 屏蔽层接入大地效果会更好。

3 对策措施

3.1 安全管理措施

（1）提高系统稳定性

在安全监控系统设计之初，针对受潮、元器件易磨损易老化等问题，加强监管力度的同时完善定期保养维修和备案监督机制。进一步提升综采面传感器等仪器件的防护等级，同时针对线路传输数据的不稳定，利用相应技术对传输与存储的数据进行加密，利用事故应急预案和岗位责任制等进一步提高系统的稳定性与可靠性。

（2） 煤矿企业要完善安全监控管理机构

对传感器和线路等的零部件和中控软件系统的维护监督等工作，必须配齐满足矿井安全监控需要的值班、维护、检修、调校等从业人员。从业人员必须按规定经培训合格后，持证上岗。

安全监控系统也要做到有线与无线传输的高度融合，例如GIS与安全监控系统的融合，同时也可以人员定位、应急广播系统、环境监测系统、电力监控系统等建立对接关系，一旦出现紧急断电、瓦斯超限、火灾预警时，安全监控系统就可充分利用上述兼容系统进行人员定位、应急广播通知等开展联动作业，从而最大程度的保证开采安全。

（3） 定期进行安全监控系统的维护验收

煤矿企业要将新形成采掘工作面安全监控设备的安装、使用、数据上传等工作纳入矿井内部工作面验收范围之内，工作面安全监控设备未

经验收合格，严禁进行采掘作业。

（4） 做好安全监控系统的应急预案

煤矿企业监测监控值班人员接到报警、断电、馈电异常信息后，要立即通知矿井调度部门，调度值班人员要立即按规定指挥现场人员停止工作，采取断电撤人措施，并向矿值班领导汇报，处理过程要记录备案。

（5） 做好安全工作记录

煤矿企业要建立瓦斯超限台账、安全监控系统检查隐患问题清单、问题整改清单和考核追责清单。

（6） 加大数据共享水平

煤矿企业要建立短信发送平台，通过安全监控系统手机APP功能或其他方式将矿井瓦斯超限等报警信息通过手机短信的方式分级发送矿领导和矿有关负责人以及上级主体企业相关人员;接到短信的人员必须按照工作职责进行相应处置，以达到分级响应、分级处置、防范事故的目的。

（7） 努力实现全员管理、全方位管理。

建设现代智能化、安全化矿山，除了先进的安全监测设备之外，还要有与之相配套的管理措施。煤矿监控安全管理涉及煤矿安全生产的方方面面，综合性很强，单靠某些安全设备就想彻底杜绝安全生产事故显然是不现实的。这就需要转变管理理念，以全员管理、全方位管理为中心，制定完善的管理制度措施。对煤矿生产的全过程、全人员、全设备进行覆盖式和跟踪督导式的管理。通过技术装备和制度落实推动企业安全生产，为煤矿安全监控管理工作打下良好的基础。

3.2 安全技术措施

（1） 针对设备老化、技术落后、超过规定使用年限、更新不经济或无法修复的安全测控仪器，要按照有关规定强制报废或淘汰;

（2） 应对监控后备电源持续供电时间不足等问题，要正确选择监控设备的供电电源和连线方式，保证监控系统的断电和故障闭锁功能;

（3） 防止安全监测监控系统数据中断，应定期检查测试和维护通讯电缆性能，并避免电磁信号等不确定因素的干扰;

（4） 应对传感器及传感元件数量不足、安装位置不正确、不定期校验等故障，限期进行系统更新或改造的同时，安装或更换稳定性为15天以上的传感器或传感元件等关联设备;

（5） 主机数据缺失和电路不稳定等故障，应完善主机防病毒工作，并加强中心站供电管理，采取双路电源供电，及时检查供电线路;

（6） 合理布置井下监控设备的安装场所，减小水源和粉尘等不利因素的影响，并在井下施工过程中，对监测监控设备设施应轻拿轻放，严禁剧烈震荡。

4 结论

（1） 针对贵州省煤矿安全监控系统采用工业以太网加现场总线方式的运行现状，在安全监控系统存在设备受潮、元器件损坏及老化、传输线路故障等问题的分析基础上，提出了安全监控制度建设、记录备案、增强抗干扰能力和增加仪器防护等级等技术和管理措施;

（2） 贵州省煤矿安全监控系统2020年共查处268条隐患，其中，突出矿井隐患数占比41%，反映贵州高瓦斯和突出矿井的安全监控系统需要继续加强管理;

（3） 对系统硬件和主要故障类型进行分析，为了提高贵州省煤矿企业安全监控系统的稳定性和可靠性，需要执行6条安全技术措施。

参考文献：

[1]黄强辉.煤矿安全监控系统的现状与发展趋势分析[J].建筑工程技术与设计，2018（33）：4753.

[2] 路坦，王志斌.基于zigbee的煤矿安全监测及人员定位系统[J].煤矿安全，2009，40（11）：77-81.

[3] 徐闯，何青松.基于多网融合及联动的煤矿安全监控系统设计[J].矿业安全与环保，2018，45（06）：66-6.

[4] 张骐.神华集团煤矿安全监控系统现状及升级改造[J].工矿自动化，2017，43（05）：18-21.

[5] 赵亚军，薛峰，熊仆.无线技术在煤矿安全监控系统中的应用趋势[J].煤炭技术，2016，35（01）：286-287.

[6] 孙继平.矿井安全监控系统[M].北京：煤炭工业出版社， 2006.

[7] 陈福民.煤矿在用安全监控系统检测要求及方法的研究[J].中国新技术新产品，2014（01）：18.

[8] 韩志强.矿井安全监控系统的现状与发展趋势研究[J].内蒙古煤炭经济，2013（04）：151+155.

[9] 杨娟.煤矿安全监控系统发展现状及趋势[J].煤炭技术，2016（04）：164.