安全监控系统智能化建设及未来展望

孙守辉 李治纬

（临矿集团新驿煤矿，山东 济宁 272000）

1 改造的必要性

为贯彻国家煤监局相关文件要求，新驿煤矿组织专家和技术人员对安全监控系统的情况做了自查，通过评估发现监控系统与国家新要求存在不少差距，为充分发挥安全监控系统的重要作用，提升煤矿安全保障能力，有必要对安全监控系统进行改造升级。

通过数字传输新技术的使用，提升安全监控系统的抗电磁干扰能力，构建多主并发、对等通信高速率、冗余数据传输平台，实现系统融合，增强大数据的分析、挖掘、应用，提高安全监控系统的可靠性、稳定性，将极大地提升新驿煤矿安全生产管理水平。

2 改造方案

新驿煤矿改造方案为在原有基础上进行升级改造，该方案避免了重复投资，充分利用了矿上现有的设备和线缆，部分价值高的设备由厂家免费升级，大大减少了工作量和投资。新系统采用的环网结构及具备的自诊断功能，减少了故障处理时间和维护人员数量，提高了工作效率；采用的激光甲烷传感器，降低了标校维护工作量；数字化传感器的使用，减少了甲烷误报警次数和断电次数，降低了停电事故影响时间，提高了生产效率；数字信号传输减少了线缆的重复敷设，降低了矿井生产成本。通过系统升级使安全监控系统数据更加真实可靠，为安全生产提供了有力的保障。多系统融合结合报警联动功能，实现了数据的综合分析和利用，进一步提高了煤矿的灾害预防能力及应急救援水平。

综上所述，新驿煤矿安全监控系统升级改造方案合理，可以实施。为临矿集团其他煤矿安全监控系统升级改造提供了宝贵的经验。

3 相关技术研发及实施内容

为提升矿井防灾抗灾能力，提高安全监控系统智能化建设，临矿集团公司通防处、大数据中心及新驿煤矿立足实际，不断探索及研究，重点针对安全监控系统传感器误报警、监控设备智能自诊断以及缩短安全监控设备巡检周期等一系列技术问题，率先实现安全监控系统智能化建设。目前系统运行稳定、可靠。建设前期，对安全监控系统改造建设项目进行全面论证，并将系统所有弊端及不足之处进行统计，全方位分析具体原因，制定科学、可靠、可行的改造建设方案，同时对方案进行论证和检验，为安全监控系统智能化升级改造提供了科学、可行的第一手资料。具体实施如下：

3.1 提高硬件自动化、智能化水平

（1）目前全国传感器的传输模式均为模拟信号传输，由于模拟信号保密性相对较差，电信号在沿线路的传输过程中会受到外界和其他系统内部的各种干扰，混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，通讯质量就越差，对信号传输影响也就越大，从而容易对传感器产生干扰，出现伪数据、误报警等现象的发生。集团公司通防处联合大数据中心、新驿煤矿和生产厂家，共同开发传感器、分站等硬件设备的嵌入式故障智能诊断芯片，提高安全监控系统设备的故障精准诊断。并实现自动修复功能，在自修复功能不能处理的情况下，为精准维修提供可靠的依据。目前新驿煤矿对安全监控系统中所有模拟量传感器进行全面数字化、智能化升级，将原来的频率传输升级为数字传输，避免了监控设备出现受现场环境干扰造成的数据传输误报等问题，同时实现传感器智能自诊断功能，当传感器出现故障或断线时自动分析故障原因。充分利用现有高端技术，利用甲烷气体对红外线的吸收原理采用激光元件代替原有的催化元件打造智能甲烷传感器。激光元件具有功耗小、精确度高、性能稳定可靠、免维护等优点，提高了井下作业现场瓦斯监测的精确度、灵敏度及可靠性。

（2）目前国内安全监控系统主干网多采用RS485信号模式，由于矿井分站多、距离远，且该模式传输速率相对较低等原因造成系统巡检周期较长，读取数据较慢，直接影响地面对井下作业现场环境的及时掌握与判断。通过研讨采用工业以太网数据多通道并发巡检机制，可以同时对井下分站设备进行分组巡检、多路并发，能够彻底解决传统巡检方式带来的弊端，可以将巡检周期由原来的16s缩短到现在的5s之内。同时将异地断电时间由之前巡检周期26s控制在10s以内，巡检周期大大缩短。大大提高了现场作业环境中各类数据上传速度。确保地面实时准确地了解掌握现场的各种气体变化情况。

3.2 提高系统软件智能分析决策判断能力

（1）临矿集团公司及新驿煤矿通防专业技术人员配合、协助厂家技术人员，结合煤矿灾害事故发生机理及基于神经网络算法的逻辑判断，对系统功能进行优化，进行必要的数学建模，建立传感器标校、区域性断电、分级报警、逻辑报警、火灾及瓦斯涌出预警等标准模板，充分利用大数据管理模式实现对分级报警、逻辑报警、火灾及瓦斯涌出预测预警、应急联动等智能分析决策。实现安全监控系统、通讯系统、人员定位系统及广播系统充分融合，避免了众多子系统“各自为政”的情况，通过对有用数据的深入挖掘，真正达到“1+1大于2”的目的。当出现瓦斯、一氧化碳报警时监控系统自动与通讯系统、人员定位系统及语音广播系统进行联动报警，及时有效地通知现场作业人员紧急撤离。同时为集团公司和山东煤监局大数据平台建设提供稳定可靠的数据接口。

（2）目前安全监控系统、通讯系统、人员定位系统、语音广播系统等各系统相对独立，各系统信息需要分别从不同电脑上进行调取和查询，调度应急指挥管理相对被动。集团公司通防处和大数据中心、新驿煤矿与厂家共同开发三维数据联动平台，将人员定位、语音广播、安全监控、通讯等系统统一在同一平台显示，并且实现了三维立体效果，提高了调度应急指挥管理能力。

4 关键技术

（1）采用RS485数字传输技术及工业环网技术。

（2）模拟量传感器及分站接口数字化改造及数字化传输技术。

（3）多系统集成融合及融合数据分析与智能决策判断技术。

（4）煤矿灾害事故的发生机理及基于神经网络算法的逻辑判断与数学建模技术。

（5）采用先进的激光红外对甲烷气体吸收原理技术。

（6）监控分站容量扩展及备用电池续航翻倍技术。

（7）传感器嵌入式智能诊断芯片技术。

5 效果分析

（1）通过对安全监控系统智能化建设，大大提升了安全监控系统运行速度及管理水平，使矿井安全监控系统运行故障率大幅下降。监控系统抗电磁干扰能力得到显著增强，系统数据失真、误报警现象基本杜绝，灾害预测预警的能力也得到显著提升。

（2）通过数字传输新技术的使用，构建高速率多主并发、对等通信等特点的巡检模式，大大缩短了设备巡检周期，提高了系统的运行速度及准确性、稳定性和可靠性。

（3）实现多系统融合，增强了大数据的分析、挖掘与应用能力，提高了安全监控系统的可靠性、稳定性，极大地提升了矿井安全生产管理水平。

（4）监控分站容量的扩展减少了监控分站数量的投入，传感器的数字化改造降低了功耗，一条传输电缆可以带4～5台传感器，减少了监控电缆的投入，降低了故障率和维护成本。监控分站的备用电池续航翻倍，提高了系统运行的可靠性。

（5）传感器和监控分站的故障智能诊断与自评估、自修复功能，实现了故障精准判断与修复，提高了工作效率。

6 存在的不足及未来展望

在多网多系统融合方面，不但与人员位置系统、通讯系统、语音广播系统等融合，还要与瓦斯检查员巡检系统融合，并采用地面统一GIS融合平台，在平台中各系统之间按照一定逻辑进行对比分析。地面融合在数据抓取与系统控制方面可靠性差，需要与多个系统生产商沟通协调获得融合系统的统一协议和开放数据接口。未来将考虑开发多系统集成智能分站，实现井下分站多系统一体化集成融合。