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行業動態

深度分析:礦難背后—監控技術的薄弱與缺失

來源:中國安防網發表時間:2017-02-10

     近幾年來,我國煤炭行業一個非常突出的問題就是礦難頻出,給國家和人民群眾的生命財產造成了極大的損失。據有關部門統計,我國每年因煤礦安全事故死亡的人數占全球礦難死亡人數的80%,百萬噸死亡率接近6,是美國的140倍之多。盡管國家采取了嚴厲的監管措施,并三令五申地下發各種文件強調煤礦的安全生產,但是,大大小小的礦難仍然是時有發生。

     認真地分析一下發生這些礦難的原因,可以清楚地看到,在礦難的背后,除了煤礦自身客觀條件差、安全管理制度不完善等原因外,非常重要的一點是礦井下工作面上監控技術的薄弱與缺失。


     1、煤礦監控系統的基本構成


     煤礦監控系統是一個集檢測技術、通信技術、控制技術、計算機技術為一體的綜合集成應用系統,它和傳統安防系統中的視頻監控有很大的不同,并不是以視頻圖像采集及處理為主導。這個監控包含兩個層面的內容:“監”是指對煤礦的環境與生產參數進行自動檢測。“控”是指對監測的各種信息進行分析處理,制定出相應的解決方案后反饋到生產現場對環境和生產過程進行控制。在我國,煤礦開采賦存的地質條件并不好,煤層埋藏深、穩定性差,地質構造復雜。適合露天開采的煤炭資源很少,僅占總體煤炭資源的4%。因此,大多數采煤作業都是在地層深處進行。這就造成了采礦中極易發生水、火、瓦斯、煤塵、頂板等自然災害。處在這樣的客觀環境中,煤礦監控系統的監測技術就成為安全生產的核心問題,只有準確地監測到礦井下各種與安全生產有關的參數實時數值及變化情況,才能采取有效的方法實現對生產過程的正常控制,確保井下生產安全。


     2、煤礦監控系統的基本工作原理


     由傳感器對煤礦井下各種環境參數、重要設備運行狀態進行實時檢測,并對檢測到的各種參數進行收集處理。這種監測是通過安裝在井下的各種傳感器采集環境參數,再將這些參數先傳輸至井下工作站進行預處理,然后經傳輸線路傳到地面中心站,中心站按照監控軟件事先定義好的指令將傳來的數據進行分析處理,發送給井下分站,由分站執行控制信號,如切斷電源,打開應急通道等。同時,中心站實時存儲井下發送來的各類數據,生成數據庫和報表。對超過規定值的要進行提示、報警,必要時將數據庫中的部分數據壓縮打包,通過局域網上傳給上一級主管部門,主管部門再將這些數據傳到省、市安全生產監察部門,實現多方位監管。由于煤礦環境惡劣,準確地監測各種環境參數成為防止事故發生的最根本防線。


    3、監控系統主要的監測內容


     煤礦安全監控系統主要對井下的環境和生產進行實時監控,主要內容包括:
     (1)環境監測:檢測礦井下各種有害有毒氣體及工作面上的作業環境。如:甲烷氣體濃度、一氧化碳、氧氣濃度、風速、負壓、溫度、巖煤溫度、頂板壓力、煙霧濃度等,實時數字量顯示。
     (2)生產監測:監測井上、井下主要生產環節的各種生產參數和重點設備的運行狀態參數,如:煤倉煤位、水倉水位、供電電壓、供電電流、功率等模擬量;水泵、提升機、局扇、主扇、膠帶機、采煤機、開關、磁力啟動器運行狀態和參數等,實現自動和人工控制。
     以上這些參數任何一個出現異常,都會影響礦井的安全生產,所以必須借助計算機、各類傳感器、信號傳輸與處理系統進行集中監測與控制,并在瓦斯、一氧化碳等參數出現超限或發生井下煙霧及其它故障時發出報警,進行區域斷電控制。


      4、井下分站與監測傳感器

     (1)井下分站
     煤礦監控系統根據設備廠家的不同而略有差別,但從其功能方面來說基本都具備以下幾個方面:開機自檢和本機初始化、通信測試、分站控制(如:實現斷點儀、風電瓦斯閉鎖、瓦斯管道監測、環境監測)、死機自動復位。

     地面中心站可對井下分站進行初始化和參數設置。如:傳感器配接通道號、量程設置、斷電點設置、報警上、下限設置等。分站本身具備超限報警功能。分站接收中心站對本站指定通道輸出控制繼電器實施手動操作和異地斷電。

    (2)監控系統配接的各種傳感器

     傳感器是一種能把特定的被測量信息(包括物理量、化學量、生物量等)按照一定規律轉換成某種可用信號輸出的器件或裝置。它由敏感元件、轉換元件和其他輔助電路組成。敏感元件直接感受被測對象的待測信息(非電量)部分,轉換元件能將敏感元件所感受到的信息直接轉換成電信號,并通過信號調節電路進行輸出。

     傳感器的穩定性和可靠性是煤礦監控系統能正常工作的重要保證。目前用于煤礦監測監控系統的傳感器主要有:
     a. 環境參數傳感器:瓦斯、一氧化碳、風速、負壓模擬量傳感器。
     b. 生產參數傳感器:各種溫度參數、煤倉煤位、水倉水位、電流電壓、用功功率等模擬量傳感器。
     c. 設備狀態傳感器:還有用于機電設備開停、饋電狀態、風門開關狀態等開關量傳感器。


     5、煤礦監控系統應用中存在的問題

     盡管在煤礦安全監控方面下了很大的功夫,但頻發的礦難,還是讓我們不得不承認,在安全生產的監測方面仍然存在著很多的問題。


     監測數據的缺失與失準
     由于監測傳感器的質量問題或監測點設置不科學,一些重要的井下環境參數沒有得到準確的測量結果。傳感器的精度通常代表著傳感器工作的可靠程度,它以下列公式表述:
     公式中:A—傳感器的精度</P>
     △A—測量范圍內允許的最大誤差</P>
     Yfs—滿量程輸出值</P>
     這個精度實際上是通過在相當短的時間內連續重復測量多次其結果的分散程度。在對國產傳感器測試中,我們發現所測量的數據偏離較大,很難滿足安全生產需要的精度。此外,在使用壽命、調校周期、零點漂移等方面,與國外產品相比有很大差距。
     瓦斯是礦難中最可怕的殺手,國內許多礦井都安裝了瓦斯濃度監測系統,可以對井下多個位置進行連續24小時的瓦斯測量。但是,由于井下的瓦斯分布是不均勻的,這種點位的測量無法實現對一個區域空間瓦斯濃度進行全方位的測量。當某一個位置的瓦斯濃度的監測數據并未超限時,而相鄰區域的瓦斯卻有可能已經達到危險程度,這就是由于傳感器安裝位置不科學帶來的事故隱患。</P>

     在煤礦監控系統中,傳感器是第一道防線,它提供防止事故發生最基礎的數據。在傳感器的選擇上,不能價廉者勝,一定要關注產品的長期穩定性和可靠性。這是直接關系到勞動者生命安全的問題,必須對此有清醒的認識。


     監控數據的傳輸延遲

     由傳感器采集的各種井下數據,需要及時上傳到井下工作站和井上控制中心,以保證在最短的時間內對出現的事故苗頭采取控制措施。但是,由于監測信號的不穩定和傳輸帶寬有限等原因,造成了信號傳輸在一定程度上的延遲。導致對煤礦瓦斯濃度變化的數據不能及時監控到,致使瓦斯爆炸事故的發生。今后,光纖通信會大規模引入煤礦監控系統中。從地面中心站到井下分站的信號采用光纖傳輸,可根除礦井上下機電設備的電磁干擾,降低系統遭受雷擊等外來因素破壞的可能性,提高系統的穩定性。     


     通信協議不規范

     全國煤礦現有的監控系統設備由多家生產,各家幾乎都是采用自己專用的通信協議,很難做到不同系統的兼容。這已經成為煤礦監控系統改造、擴容、升級配套的一個制約因素。當某一系統出現故障并不能及時修復時,很難用其它廠家的產品替代,只能讓系統帶病工作,埋下了安全隱患。造成這種局面的根本原因是行業缺少統一的標準。


     技術人員缺乏及技術水平偏低

     在我國,采煤現場的技術人員普遍人數不足,且技術水平及工作責任心都有待提高。如現場傳感器需要每隔一段時間進行一次校正,以確保采集數據的準確性,但在實際中往往由于技術人員缺乏,傳感器不能按照規定時間進行調試,使得現場檢測數據出現誤差,增加了事故發生的風險。</P>

    6、煤礦監控系統的改進措施
     鑒于國家對煤礦的安全生產的強力監管,各級領導對防止礦難的發生已經非常重視。雖然從加強安全管理制度方面能有一定成效,但是依靠科技手段來減少礦難的發生仍應該是主要措施。</P>
     對于國內煤礦現有的安全生產監控系統,要通過完善其系統功能讓其更好地發揮作用,以下幾項措施是切實可行的:</P>
     1.嚴把傳感器質量關,要堅持對安裝在井下的各類傳感器實行高密度的定期檢測、調校和標定,發現問題立即更換。對質量差、工作不穩定的傳感器產品要堅決清除。國家主管部門應組織力量研制新一代的高可靠性傳感器。由于新元器件的不斷出現,傳感器的生產工藝和制造水平也需要提高。除了提高測量精度、響應速度、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.逐步將點對點的線纜傳輸方式改為總線制,以保證工作面上個監測點的均勻分布,采集的信號準確可靠,并及時上傳。信號傳輸介質盡可能采用光纜,以克服井下機電設備工作時的電磁干擾。</P>
     3.對現有煤礦監控系統的主流產品進行整合,規范設備的通信協議,并抓緊制定科學、合理的政策法規及行業安全標準。在軟件應用方面,應組織開發能根據被測環境地點參數進行有效危險性判斷、分析、預測和提出決策的解決方案。
     4.在監控系統運行過程中,系統應具有智能化判斷和自檢功能,可對使用中的設備出現的故障進行分析。特別是對傳感器送來的監測信號,應可以實現根據與設定值的分析對比,分析判斷這個信號是真實可靠性,出現問題及時報警。
     5. 加強視頻監控系統的建設,將井下的視頻圖像及時采集并上傳至地面中心站。值班人員要隨時觀察井下人員的工作狀態。同時,監控圖像要存貯保存兩周以上,以確保一旦發生事故后能根據圖像分析判斷事故的原因,制定相應的救援措施。



作者:李鴻博    

轉自:中國安防網

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