煤矿安全监控系统存在的主要问题及防范措施

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  [摘 要]安全监控系统是煤矿预防自然灾害、有害气体等事故方面的重要防范措施。由于监控系统对井下监控设备状态的实时监测,同时具备超限声光报警、断电、闭锁等功能,使得其在预防矿井灾害、瓦斯事故中发挥了重要作用。安全监控系统在运行过程中由于系统不稳定、操作失误等方面的原因使安全监控系统在运行过程中经常会出现故作,本文针对安全监控系统存在的主要问题并提出相应的防范措施。
  [关键词]安全监控 存在问题 防范措施
  中图分类号:X924.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)11-0052-02
  由于监控系统在煤矿预防自然灾害、有害气体等事故方面的重要作用,是确保煤矿安全的重要手段和方法。煤矿安全监控是综合性技术,涉及到计算机、电子技术、通讯、物理、化学、电工等多种学科,与矿山采、掘、机、运、通等生产环节密切相关,功能复杂,技术难度高,要求相关人员具有较高的技术素质和责任心。由于部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上,使监控系统不能够长期、稳定、无故障地运行,严重威胁煤矿的安全生产。要保证监控系统正常稳定的运行必须在传感器技术、电子技术、信息传输技术、计算机软硬件技术方面不断提高和更新还要加强管理,提高作业人员的素质。
  1、系统和监控探头误报警
  煤矿很多监控系统在实时监测中,会不定时地出现一个或几个峰值,因持续时间极短,极易造成断电仪无动作,也就是俗称的“误报警”。其危害在于影响对采掘工作面实际瓦斯涌出情况的正常判断及瓦斯隐患的及时处理,从而导致瓦斯超限事故的发生。
  1.1 产生误报警的原因
  1)系统抗干扰能力差,由于煤矿井下条件的复杂化,矿井机械化程度逐步提高,导致了井下大功率设备的大量使用以及变频技术的推广应用,而这些设备、技术的使用所产生的强电场、强磁场也是造成煤矿安全监控系统抗干扰性弱的直接原因。
  2)传感器故障,由于传感器处于煤矿井下环境恶劣,碰撞、进水等情况极易造成传感器发生故障,从而使系统显示数值突然升高,再瞬间恢复到原来值。如不及时对发生问题的传感器进行维护与调校,可至其显示的数值发生漂移、精度下降。
  3)通讯线路故障,其表现为:瓦斯数值陡然升高,报警超限时间往往也只有几秒钟;传输到地面监控中心的数据时断时续。造成其原因为:由于现场工作人员无意间撞击到监测电缆接头处或延接、回收线路引起;传感器电缆或主通讯电缆发生故障。
  4)瓦斯传感器复电后数值瞬间冲高。其表现为数值冲高后又立即下降,持续时间一般为20 s内。发生这类现象的前提条件是:井下监测设备临时停电后,对其恢复送电后的一瞬间产生。通过询问厂家技术人员了解,部分电气设备在突然复电的情况下,过高的电压电流会引起监测传感器数值突然冲高的现象。
  1.2 防范措施
  1)高可靠性的传感器是煤矿安全监控系统稳定运行的保障,提高传感器的可靠性应与厂商及研制单位共同研究、分析现场资料,对实际使用过程中存在的问题进一步改善设计及生产工艺环节,提高传输质量,从原理上解决稳定性差的问题。
  2)严格按照《煤矿安全规程》和《煤矿安全质量标准化标准》的要求,定期做好瓦斯传感器的日常维护、调校与检定,确保其完好率和准确性。推广应用新型设备和技术,淘汰老化设备,降低在硬件方面发生误报的几率。
  3)完善相关的管理制度与操作流程、操作工序,建立健全考核制度,加强各操作人员的岗位培训,最大限度地杜绝人为因素。加强监测系统通讯线路的定期检查和维护,确保监测监控系统传输的可靠性、稳定性。
  4)井下安装的监测监控设备应配有专用电源与专用开关,可保障其供电的可靠性、稳定性。同时加强监测监控设备的日常巡检,对于出现故障的设备及时升井进行检查、调校和送检。
  2、数据采集传输故障
  随着传输信息技术的不断发展和成熟,“系统”走进了千家万户矿井,为我们获取知识和信息提供了高效的便捷方式,进而在一定程度上为建设自动化矿井奠定基础。通常情况下,煤矿井上、井下环境参数及有关生产环节的机电设备运行状态等,都是通过煤矿安全监控系统进行监测的,对采集到的数据通过计算机进行分析和处理,并且控制局部生产环节或生产过程,通常情况下,该系统由传感器、执行器、信息传输装置、中心站的硬件及软件等共同组成,其中信息的传输部分是中心站与井下各测点联系的通道,如果信息传输装置中的任何部分发生故障,井下各测点的实时监测和监控就会受到直接的影响。因此,对井下通讯故障的原因进行研究和探讨,在一定程度上对于尽快排除故障、及时有效的消除事故隐患具有重要的作用。
  2.1 数据传输故障的原因
  1) 噪声侵入接口与过程通道,以及静电噪声或电磁干扰传输线路等,进而在一定程度上引发信息传输时发生故障。通常情况下,这些噪声借助导线、电磁耦合、空间等进行传输,进而侵入的各种电磁干扰。如何消弱或避开干扰,这就要了解这些干扰是如何侵入到系统内以及它们在传输媒介中又是如何对系统进行干扰的。?各种规格的通讯电缆往往被大多数矿用安全监测监控系统作为传输的媒介。我们知道,在由电容、电阻、电感组成的集中参数网络中,电场绝大多数能量集中在电容中;磁场绝大多数集中在电感上;电磁能耗绝大多数消耗在电阻上,并转换为热能。而在传输线路中,就大不相同了,電场能和磁场在传输线的任意长度的任意一段上普遍存在着,同时也有一定的能量发生转化,例如电磁能转变为热能等。由于,电容、电感、电阻和绝缘电导等广泛存在于任意一段路线上,所以,在传输线路上,不论干扰从何处侵入,在一定程度上都会对井下各测点信息进行正常传输产生影响。通常情况下,这些干扰有与信号源回路串联的串联干扰,即正太干扰,这种干扰主要来自:长线路传输的互感、分布电容、50HZ的工频等,还有共态干扰等。   2) 干扰信号严重影响数据的传输和数据的准确性。受工作环境的影响和制约,煤矿现场主要位于井下,井下测点的特点是:测点多、地点分散、传输距离远,通常情况下,各测点与中心站之间的距离往往达到几公里。通讯电缆穿越这段距离,其所经之处的敷设环境发生很大的变化,通过不同的途径,各种干扰不断地侵入传输路线,进而在一定程度上影响各测点的信息传输的稳定性。在敷设传输线路的过程中,在某些地方,传输线路与一些动力电缆,以及一些传输信号电线等共同敷设,由于环境因素的影响和制约,这些线路之间的距离不可能太远。并且,在一定程度上这些动力电缆或传输线路都会发生有间歇性的电晕放电现象,同时伴随着高频振荡,信息的长距离传输肯定会受到这些间歇性的电晕放电和高频振荡的干扰。敷设的传输线路旁边有电焊机作业时,产生的火花也是较强的干扰源,另外,自然界中的雷电等同样属于较强的干扰源。无论是电焊机产生的火花,还是自然界中的雷电,在一定程度上都会对传输线路产生干扰,与辐射产生的干扰相比,这些干扰要严重许多。通过容性耦合或感性耦合,电磁场干扰在这些干扰源的影响下被直接辐射到系统内部,进而在一定程度上干扰和影响信号传输系统正常传输和处理井下各测点传输的信息。在安装系统的过程中,如何减少传输线路遭受外部损害这是安装之初考虑的重点,但是没有考虑消弱或避开外界干扰因素的问题,在敷设主通讯线路时与大巷的动力线之间的距离较小,并且系统屏蔽线的接地发生故障,在一定程度上使得这方面原因造成的信息传输故障所占的比例较大。
  目前,树型分布式网络结构是国内多数煤矿安全监控系统网络结构的主流,对于这样的网络结构来说,其特点是:节省传输电缆;但是这种网络结构也存在着自身的缺点,其缺点主要表现为:难以匹配传输阻抗,并且多路分流,在这种情况下,当信号发送功率一定时,那么接收端的信号功率就比较小;信噪比较低,进而在一定程度上降低了抗干扰能力。正是因为树型分布式网络结构自身固有的特点,系统分支多少、分支位置、线路长度、端接阻抗、分站发送电路截止时等直接影响信号的传输质量,同时系统的传输质量受到漏电流等诸多不确定因素的影响和制约,并且对各分站之间产生很大的影响,整个系统信号的正常通讯当系统中某一分支、某一点的传输线路出现短路或短路故障时就会受到影响。还有就是传感器等质量不过关,抗高浓冲击性能差,抗中毒性能差,载体催化元件制作工艺水平低,元件一致性差,也会造成系统信号传输的不正常。
  2.2 数据传输故障的预防措施
  1) 系统传输线路和系统接地系统在日常维护中需要加强,对于传输线路中出现的任何异常现象都要及时准确地掌握,并且在一定程度上能够正确、及时的处理,系统实时信息传输方面的故障将会大大的减少。因此,井下现场各处线路敷设的具体情况需要我们随时的掌握。对井下现场的各处开关、变更的动力设备位置、各种动力及电源线的位置调整情况等都有准确的了解,信号传输线路要根据具体的变化情况做出及时的调整。?进一步加强现场管理和维护水平。做好传输线路的维护管理工作,在一定程度上确保线路的完好性。对于常用的树型结构系统来说,信号受端接阻抗的严重影响,整个系统都会因一个地方发生短路故障而受到影响。因此,在井下现场进行包干作业的人员每天巡查的过程中,传输线路的各个接头是巡查的重点,及时修复那些遭受意外傷害,发生破损的传输线路,进而在一定程度上确保各处接线、内接头的良好性,以及绝缘的良好性;监测监控工作人员在安装、维护及使用过程中,要防治传感器、传输线的进水和碰撞,预防短路现象,发生误报警,传输信息不准确等事故。系统的接地问题,以及通讯电缆和设备的屏蔽问题也是需要注意的。虽然在维护系统的过程中,为了提高系统的抗干扰能力,通过改变系统设备的电路有点不太切合实际,但是,通过注意系统的接地问题,以及通讯电缆和设备的屏蔽等问题,系统的抗干扰能力在一定程度上可以大大的提高,同时对于提高系统传输信息的稳定性,也具有重要的作用。
  2) 交流电网是一种严重的干扰源,这是一个常识性的内容,在一定程度上,为了抑制或消除电网传递中出现的电压波动和系统周围动力设备的变频干扰,通常情况下,通过专用电路供电措施,将系统供电电路与其它动力电路进行分离,为了确保系统主控计算机及相关设备的稳定运行,需要借助精密净化交流电源、UPS不间断电源等有效手段进行保证。?在系统接地方面,交流地与信号地公用的现象要尽量避免,这是因为电源地线的两点之间,在一定程度上会形成毫伏级甚至数伏的电压。这些电压往往会对小信号电路产生严重的干扰,所以隔离交流地是有必要的,电源接地与信号接地混用的现象更是不能发生。通过屏蔽地,在一定程度上可以解决传输线路的分布电容,以及外来电磁场的干扰问题。因此屏蔽层接入大地,通常会取得较好的效果,但是,需要注意的是要确保电缆屏蔽层的完整性,尽快修补好破损的屏蔽层,并且屏蔽层要单独使用一个接地盒子,进而在一定程度上避免在屏蔽层内形成地环路,使屏蔽层中间出现电流流动,产生干扰。
  3、主备机监测数据不同步
  3.1 矿井监控中心微机操作人员在增加、删除、修改监测点数据时,往往忽视对备机监测点数据进行同步修改,造成监控系统主机、备机上监测点数据不同。如果监控主机出现磁盘损坏或操作系统不能正常启动等故障,将不能按标准规定的在5min之内完成切换。
  3.2 主备机监测数据不同步的预防措施,配备双机自动切换功能,不同生产厂家实现双机自动切换功能所采用的技术不尽相同。有的采用信息传输接口可以主备机同时采集、存贮监测数据,有的主、备机则不能同时运行系统软件,有的利用网络技术和同步软件实现,还有的利用监测数据服务器的多机备份系统实现。为了保持系统主、备机监测点数据同步,监控系统管理维护操作人员在变更监测点信息时,应根据系统自动切换功能的实际情况,决定是否对备机进行同步操作来保证监测点数据的同步。
  4、监测点更换名称后历史数据查询不准确   4.1 历史数据查询不准确原因分析
  按照《AQl029—2007》的规定煤矿安全监控系统应每3个月对数据进行备份,备份的数据介质保存时间不少于2 a。而在系统实际运行过程中,随着矿井采掘接替的不断变化,分站测点名称需要及时进行更改。通过对煤矿安全监控系统更改监测点名称后,查询到的历史数据均显示为当前监测点名称的监测数据,过去的测点数据则无法查询,不具有通过分析瓦斯历史数据指导矿井安全生产的意义。
  4.2 历史数据查询不准确预防措施
  优化数据结构。煤矿安全监控系统安装的数据库主要以SQL Server2000为主,为了方便查看与监测地点始终相对应的监测历史数据,因监测点不经常变化,数据库在进行数据结构设计时,采用了监测点和监测值两个表分别保存各自不同的数据,历史数据的查询通过两个表中传感器编号相关联生成视图得到。如果在测值表中加入监测点名称字段,则在查询历史数据时直接查询测值历史表即可,同时也不会出现测点名称与监测值不对应的情况。
  5、监控系统维护不到位、操作人员技能有待提高
  5.1 原因分析
  随着矿井开采范围不断增大,要安装的瓦斯传感器的数量却达数十个甚至上百个,而维护人员配置少,直接造成维护工作量大。加之现场设备维护队伍人员技术水平参差不齐,使得现有的煤矿安全监控系统完好率低,容易造成设备维护的误判、漏判现象。
  5.2 预防措施
  加强安全监控人员的技术水平,做好培训工作是管好、用好安全监控系统的基础。安全监控系统涉及计算机、通信、机电、通风等多种专业知识,涉及范围广,设备更新快,专业技术性较高。因此,安全監控人员在配置合理的情况下,均需经过安全监测、通讯技术和通风安全专业的培训。对于其它有关人员,如采掘区队长、采掘班队长、调度员、瓦检员、放炮员及有关机电工人等,应进行安全监控系统的管理和使用常识的教育,充分发挥其群管作用。此外,还应组织安全监控人员进行定期的新技术培训,以适应现代化煤矿安全监测技术日益发展的需要。
  6、结束语
  我国煤炭资源丰富,但开采条件复杂,自然灾害严重,安全监控系统是确保煤矿安全生产的眼睛,是保障煤矿安全生产的重要手段和措施。安全监测监控系统,是煤矿必须建设的六大系统之一,加强煤矿安全管理,实时监测井下各工作面和生产各环节,建立煤矿井下安全监测监控系统,形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道。煤矿在使用安全监控系统过程中还存在很多不足,如系统和监控探头误报警、数据传输故障、主备机监测数据不同步、监测点更换名称后历史数据查询不准确、监控系统维护不到位、操作人员技能有待提高等方面的问题。要确保煤矿安全生产,预防和防止各类灾害和事故的发生,煤矿在安全监控系统的管理和应用过程中,只有加强对监控软件系统和井下监控设备的日常管理工作,不断总结经验、摸索方法、加强从业人员的培训、提高技能、加强管理,才能确保煤矿安全监控系统正常、稳定的运行,对井下实时监测,确保煤矿安全生产和长治久安。
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