浅谈煤矿安全监控无限接入技术
时间：2021-02-10 12:04:42 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：研究的主要内容包括矿井无线传输特性、矿用移动通信系统传输频率的选择方案、井下典型环境电磁兼容性、电气防爆等。解决了煤矿井下无线移动通信系统的接入、防爆、组网等关键技术，并设计开发了示范性煤矿井下无线通信系统。
关键词：煤矿安全；无线接入；通信
1.引言
我国是煤炭生产大国，煤炭年产量居世界首位。然而我国煤矿监控系统还停留在集散式监控水平上，仍以主从式窄带低速通信体系结构、时分制通讯为主流技术，这些监控系统虽对改善我国煤矿安全生产状况起到了积极作用，但现有煤矿监控技术的体系结构、稳定性、可靠性、信息传输方式、无线接入技术、监控系统反应速度、互联互通、联控联动等方面的技术瓶颈日益突出，严重制约了煤矿现代化生产的需要和监控领域产业发展。并且现有安全监控系统，虽可做到实时、动态监测矿井基本安全参数和状况，但是监控技术仅仅是监测部分安全参数，对监测数据的分析和应用不够（比如瓦斯涌出动态参数），不能做到实时智能分析和监控，难以超前判识重大灾害事故可能发生的地点及波及区间，做到分级分区控制。本研究针对我国煤矿重大灾害安全监控系统存在的主要问题进行攻关，为煤矿重大灾害监测预警提供技术支撑。
1.1 煤矿安全监控系统研究现状及发展趋势
国外监测监控技术起步较早，发展较快，工业以太网+现场总线的监控系统体系结构已经相当成熟，并广泛应用于生产、安全监控领域。国外现场总线标准很多，其中德国的KOPPLER全矿井安全生产及环境监测监控系统采用PROFIBUS现场总线式控制技术，现场总线的拓扑结构基本使用环行结构，保证了信息传输，传输速率为9.375kbps，最大传输距离采用同轴电缆时为5000m，光缆时为27Km，可用中继器延长，最多可挂接127个站点。英国DAVIS DERBY公司ATE采矿专用的自动化控制及监测系统和MINOS煤矿监控系统采用CANBUS现场总线式控制技术，具有传输速度高（直接传输距离最远可达10km/5000bps）、响应时间快、巡回时间短等特点，现场总线的结构为线状结构。采用同样技术研制的皮带输送控制系统、工作面控制系统、泵站控制系统、风机控制系统、井下车辆人員跟踪系统在我国神华、兖州、淄博等矿区井下使用。加拿大：CONSPEC公司的SenTuion500环境监测监控系统；美国Honeywell公司的全矿井安全监测监控系统采用分站式控制技术，分布式网络化结构，传输采用RS485方式。
我国煤矿监控系统从80年代初期开始陆续引进不同时期的国外监测系统，近二十年来，已完成了从引进、消化吸收到自主开发的过程。目前国内煤炭行业普遍推广应用的是国产系统，如KJ4、KJ90、KJ95、KJ66等。近年来国内相继研制出的一批煤矿监控系统和地面工业集中控制系统，出现集环境安全监测监控、煤矿生产监控、皮带监控、瓦斯抽放泵站监控、信息管理于一体的多功能综合性监测监控系统，技术水平有较大提高。但是我国煤矿监控系统还停留在集散式监控水平上，仍以主从式窄带低速通信体系结构、时分制通讯为主流技术，主要有RS485、FSK和DPSK几种通讯方式。这些监控系统虽对改善我国煤矿安全生产状况起到了积极作用，但现有煤矿监控技术的体系结构、信息传输方式、监控系统反应速度等方面的技术瓶颈日益突出，严重制约了煤矿现代化生产的需要和监控领域产业发展，主要表现为：①目前的监控系统传输网络体系结构亟待升级，安全和生产动态信息的传输缺乏宽带、快速、可靠的通讯平台。在地面，采用工业以太网络+现场总线组建监控系统的技术已经非常成熟，而我国煤矿监控系统网络仍然采用主从式窄带通讯体系结构、时分制通讯和低速总线巡检的传统方式，巡检周期长（达30s）、传输速度慢（2400bps），故障率高，灾害隐患信息容易漏报、误报，时效性也差；②监控系统配套设备种类不全、技术性能差；③煤矿安全生产综合监控系统开放性差、智能分析决策技术水平低。由于没有统一的通信协议和接入技术，生产监控、安全监控和各类灾害监测子系统设备之间不能互联互通，数据、语音、图像不能有效集成。监控系统只能对原始数据进行简单转换、存储、显示和打印，有限的数据资源“挖掘”、分析深度不够，灾害隐患判别和应急救援决策的信息量不足，不能及时发现重大灾害隐患。况且煤矿在用的安全生产监测监控系统中大多数仅处于只能监测不能控制的状态，与日益发展的生产技术不相适应。安全生产技术与装备不能完全实现联动、联控和综合智能监控；④矿井各种监控系统独立运行，不能互连互通，不能实现矿井重大灾害发生或生产环节关键设备异常后的联动应急控制。另外，现有煤矿安全监控与预报系统均没有标准化程度高、兼容性好、抗干扰能力强的无线接入能力，从而造成便携式安全监测仪器无法将监测数据实时传输与处理，影响着瓦斯等重大灾害的监测与预报。
综上所述，煤矿安全生产监测监控系统向宽带、快速的以太网+现场总线技术方向发展已成为不争的事实。特别是现场总线控制系统具有全开放性、全数字化、双向传输、互可操作性与互用性、现场设备智能化、功能自诊断、系统结构的高度分散、对现场环境的适应强、节省布线及控制室空间等优点。
2无限接入技术路线及成果
技术路线；新一代矿井安全监控系统研究路线，是通过研究全矿井综合监控信息传输网的拓扑结构，开发主干信息传输交换设备；通过智能分站和适用于煤矿环境的通用桥接（网关）技术的研究，使各种监控设备能方便地接入高速主干传输网；采用反激变换拓扑和脉宽调制控制技术开发开关型本安电源；通过综合监控系统异常联动控制研究，实现灾害预警系统和其它安全生产监控系统的异常情况下的联动控制；通过矿井综合监控信息集成平台软件，实现全矿井各监控子系统信息的有效集成、分析处理、协调控制等，并与矿管理信息网通过防火墙实现无缝连接，达到现代化矿井所需的管控一体化目标。
创新点；通过以太环网平台、本安环网交换机、通信网关、配套监控分站、控制软件等关键技术的研究，开发出了高可靠性、快速反应和宽带传输的新一代煤矿安全监控系统，该技术属国内领先水平。
研究成果；研究了高可靠性快速反应监控系统中的一系列关键技术，开发出了支持矿井工业以太环网平台的矿用本安环网交换机设备、通讯网关、配套监控分站、大容量本安电源设备等，研究出了新一代安全监控系统，该系统主要技术性能指标如下：系统主干传输速率1000M，电口10/100M自适应，分支总线波特率2400～5000bps，系统反应速度在12s以下、系统连续运行无故障时间达到2个月，开发的大容量本安电源达到了5V/2A。
3结论
新一代安全监控无限接入技术，推动了煤炭行业科技进步，为煤矿高产高效提供科技保障，彻底改变我国煤炭行业长期以来以灾害发生后应急为主的事故防治模式，减少了我国煤矿事故的发生，提高煤炭行业的安全水平，有效的保障矿井及工人生命财产安全。同时还逐步改善着煤矿的社会形象，为我国煤炭行业可持续发展及和谐矿区建设提供了技术保障，它必将在未来的煤矿安全生产中，发挥不可替代的作用。
（作者单位：黑龙江能源职业学院）
