淺論煤礦安全環(huán)境監測監控系統

摘要：煤礦安全環(huán)境監測監控系統在煤礦安全生產(chǎn)中有著(zhù)重要地位。

關(guān)鍵詞：煤礦安全 環(huán)境監測監控 系統

0 引言

監測監控系統是融計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和電子技術(shù)為一體的綜合自動(dòng)化產(chǎn)品，當將其作為一種安全預防技術(shù)設施應用到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì )生活中時(shí)，就稱(chēng)其為安全監測監控系統。在我國的工業(yè)安全事故中，煤炭工業(yè)的安全事故較為頻發(fā)且性質(zhì)嚴重，尤其以生產(chǎn)礦井瓦斯爆炸事故最為突出。為此，國家有關(guān)安全生產(chǎn)監督管理部門(mén)專(zhuān)門(mén)制定了“先抽后采，監測監控，以風(fēng)定產(chǎn)”的十二字指導方針，由此可見(jiàn)，煤礦安全環(huán)境監測監控系統在煤礦安全生產(chǎn)中的重要地位。

1 煤礦安全環(huán)境監測監控系統組成

根據所述及概念，監測監控系統的功能一是“測”，即檢測各種環(huán)境安全參數、設備工況參數、過(guò)程控制參數等；二是“控”，即根據檢測參數去控制安全裝置、報警裝置、生產(chǎn)設備、執行機構等。若系統僅用于生產(chǎn)過(guò)程的監測，當安全參數達到極限值時(shí)產(chǎn)生顯示及聲、光報警等輸出，此類(lèi)系統一般稱(chēng)為監測系統；除監測外還參與一些簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)量控制，如斷電、閉鎖等，此類(lèi)系統一般稱(chēng)為監測監控系統。

煤礦安全生產(chǎn)監測控系統層次上一般是分為兩級或三級管理的計算機集散系統，一般包含測控分站級和中心站級。每個(gè)測控分站負責某幾路傳感器信號的采集和某個(gè)執行機構的控制，實(shí)現了采集、控制分散；中心站負責數據的處理、儲存、傳輸，實(shí)現了管理的集中。中心站與分站和計算機網(wǎng)絡(luò )之間的通信、傳感器到測控分站的數據傳輸、測控分站到執行或控制裝置信號的傳輸，是通過(guò)傳輸信道實(shí)現的。

監測系統一般由地面中心站，井下工作站，傳輸系統三部分組成。地面中心站一般有傳輸接口裝置和若干臺計算機，電源，數據處理及系統運行軟件，存貯、打印、顯示等裝置組成。為了計算機穩定工作，一般還配備了機房恒溫調節，不間斷電源等輔助設施。

井下分站和傳感器構成井下工作站。井下分站的作用是，一方面對傳感器送來(lái)的信號進(jìn)行處理，使其轉換成便于傳輸的信號送到地面中心站；另一方面，將地面中心站發(fā)來(lái)的指令或從傳感器送來(lái)應由分站處理的有關(guān)信號經(jīng)處理后送至指定執行部件，以完成預定的處理任務(wù)，如報警、斷電、控制局扇開(kāi)啟等；并向傳感器提供電源。

傳輸系統是用來(lái)將井下信息傳輸至地面和將地面中心站監控指令傳輸至井下分站的信息媒介。信道，信息傳輸的通道，監測系統大多采用專(zhuān)用通訊電纜作為信道。

傳感器與分站之間一般采用直接傳輸方式。我國國家標準規定傳感器的輸出信號應滿(mǎn)足以下幾種信號：模擬量信號有三種，頻率輸出（5～15HZ）；電流輸出為0～5mA；電壓輸出為0～100mV；開(kāi)關(guān)量信號輸出一般有±0.1mA、±5mA和200～1000HZ等。

2 煤礦安全環(huán)境監測監控系統技術(shù)指標

根據安全監測監控系統的組成，其主要技術(shù)指標，主要是以組成系統的各個(gè)子系統的技術(shù)指標為特征。

2.1 測控分站 容量：是輸入、輸出量的個(gè)數及類(lèi)型。例如，模入8，開(kāi)入4個(gè)接點(diǎn)信號、4個(gè)電流形式信號等；開(kāi)出4個(gè)TTL電平、4個(gè)繼電器觸點(diǎn)輸出等。

接配傳感器：是指所接配傳感器的種類(lèi)、型號、測量范圍、輸出信號形式、供電電壓、精度等。

檢測精度：是反映分站性能優(yōu)劣的主要指標之一，一般用滿(mǎn)量程的相對誤差來(lái)表示。數值越小，則檢測精度越高。

另外，還有分辨率、轉換時(shí)間、傳輸距離等指標。

2.2 中心站 主機型號及配置：CPU型號，內存容量，硬盤(pán)容量，軟驅數量、規格，配置外設的種類(lèi)、型號、數量等，另外，還有備用主機的情況。

容量：即系統可帶分站的數量，例如，井下100個(gè)分站，地面10個(gè)分站。

傳輸速率：數字傳輸的波特率，例如，600bit/s，1200bit/s。波特率越高，傳輸效率越高。

另外，還有傳輸距離、可靠性等指標。

2.3 系統信息管理軟件 開(kāi)放性好：組態(tài)軟件數據庫提供了開(kāi)放數據訪(fǎng)問(wèn)接口，可以實(shí)現數據庫的二次開(kāi)發(fā)。

安全性良好：所有的設計方案都充分考慮了系統的安全性，使用采集系統對監控系統的影響達到最小。

數據容量大：采用虛擬內存管理技術(shù)，理論上數據存儲是無(wú)限制的（受硬盤(pán)空間和內存大小的影響）。

另外，還有響應速度、運行是否穩定、擴展性是否強、兼容性好等衡量指標。 2.4 防爆及防爆標志 根據國家標準的規定，爆炸危險環(huán)境用電設備分為2類(lèi)。有瓦斯爆炸危險的礦井使用的電氣設備為I類(lèi)，除瓦斯礦井以外的爆炸危險場(chǎng)所使用的電氣設備為II類(lèi)。II類(lèi)電氣設備又分為A、B、C三級，這是根據使用場(chǎng)所的爆炸性混合物最大試驗安全間隙或最小點(diǎn)燃電流來(lái)分的。II類(lèi)電氣設備還按最高表面溫度的不同，分為T(mén)1-T6共6組。防爆型設備在外殼上的總標志為：“Ex”。

防爆型電氣設備按防爆結構的不同，可以分為以下幾種類(lèi)型：增安型、隔爆型、本質(zhì)安全型、通風(fēng)充氣型、充油型、無(wú)火花型、特殊型等等。

3 煤礦安全環(huán)境監測監控系統的種類(lèi)

監測系統按工作側重點(diǎn)分為環(huán)境監測系統和工況監測系統兩大類(lèi)。每種系統又可能包含若干子系統。如環(huán)境監測系統可能配備瓦斯突出預報子系統、頂板監測子系統；工況監測系統可能配有綜采監控、膠帶監控等各類(lèi)子系統。

環(huán)境監測系統一般側重于監測采掘工作面、機電硐室、采區主要進(jìn)回風(fēng)道等自然環(huán)境的參數，其主要功能為監測低濃度沼氣（4%以下）、高濃度沼氣（4%～100%）、一氧化碳、二氧化碳、氧氣、溫度、風(fēng)量、風(fēng)速、負壓、礦壓、地下水、通風(fēng)設施、煤塵、煙霧等參數，除實(shí)時(shí)顯示檢測數據外，還應按《煤礦安全規程》的要求及各礦井實(shí)際情況，在一定地點(diǎn)及工作場(chǎng)所設置報警（燈光、音響）和執行裝置，以便防止和預報災害。

工況監測系統一般側重于監測機電設備，其主要監測參數有采區產(chǎn)量、井下煤倉煤位、采煤機機組位置、運輸機械、提升機械監控、設備故障監測及效率監測等等。但生產(chǎn)工況監測信息并非全部要傳輸到集中監控系統之中。

一些大的監控系統通常包括環(huán)境監測與工況監測兩大功能，適應性更為廣泛。

4 煤礦安全環(huán)境監測監控系統的結構

煤礦安全生產(chǎn)監控系統的系統結構分為集中式和分布式。

4.1 集中式 集中式控制是一種中心計算機直接控制被控對象的系統。其特點(diǎn)是信息采集、分析處理、信道管理，控制功能均由地面中心站計算機完成。數據傳輸量大、負擔繁重，中心站計算機是系統關(guān)鍵性節點(diǎn)，當中心站和傳輸通道發(fā)生故障時(shí)，將導致整個(gè)系統的癱瘓。

集中式控制系統大多為星型結構，其特點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，將多個(gè)節點(diǎn)連接到一個(gè)中心節點(diǎn)即可；增加、擴展節點(diǎn)十分方便。中心節點(diǎn)是整個(gè)系統的“瓶頸”，該系統的可靠性很大程度上取決于中心節點(diǎn)。

4.2 分布式 分布式多級計算機控制系統，簡(jiǎn)稱(chēng)DSSC系統，是實(shí)時(shí)控制系統中廣為采用的一種控制系統。所謂分布式多級計算機系統，就是由分布在不同地點(diǎn)，以協(xié)作方式互相配合進(jìn)行工作的多計算機系統。一般在幾個(gè)地方設置執行簡(jiǎn)單任務(wù)的低檔計算機，而較復雜的任務(wù)則集中由中、高檔計算機去執行。

煤礦監測監控分布式系統多用樹(shù)型結構來(lái)實(shí)現。樹(shù)型結構拓撲簡(jiǎn)單，適合于礦井安裝施工；信息單一，系統的規模易于擴展，易于構成多級分布式系統。地面中心站只須用一根電纜直通井下，井下各分站都并聯(lián)在這根主傳輸電纜上。這種結構方式，分站連接十分方便靈活，可根據礦井現場(chǎng)情況靈活配置。由于分站與分站之間并聯(lián)連接，因此，任一分站的故障對其它分站無(wú)影響，分站的可靠性較高。但在首末分站距離較遠時(shí)阻抗難以匹配。

構成分布式計算機系統除了樹(shù)型結構還有星型、公共總線(xiàn)型、環(huán)型等結構形式。它們之間的區別僅在于通訊過(guò)程中數據流的路徑和方式不同。