煤矿安全生产监控系统的发展历程及发展方向

煤矿安全监控系统的发展历程

及发展方向

张军锋

摘要：对煤矿安全监测监控技术在我国的发展应用进行了介绍，分别阐述了煤矿安全监测监控系统的应用现状、作用、结构形式、选型原则等内容，并对其未来的发展趋势进行了展望，提出了相应的改进建议，以促进我国煤矿安全监测监控 技术的发展。

关键词：煤矿安全监测监控系统，结构形式，发展趋势

Abstract ：The paper introduces the development of the safety supervision and eontroUing systemof coal mines in China，respectively illustrates the applied survey，the role，the structural forms and the selection principles for the safety supervision and eontroning system in coal mines ， gives the prospects for its future development，and points out relative improvement suggestions，80 as to enhance the development of the safety supervision and controlling technique of coal mines in China． ‘ Key words：safety supervision and controlling system in coal mine，structural forms，development tendency

1． 概述

近年来，随着国家对煤矿安全生产的要求不断提高和企业自身现代化建设的需要，我国各大、中、小型矿井都陆续安装了煤矿安全监测监控系统。安全监测监控系统为各级生产指挥者和业务部门提供了环境安全参数动态信息，通过对被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供技术数据，便于提前采取防范措施；通过对被测参数实时有效的控制，及时实现自动报警、断电和闭锁，便于防止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材等提供决策信息。煤矿安全监测监控系统的应用对改善我国煤矿的安全状况，提高煤矿生产效率和现代化水平起到了重要作用。

2． 国内煤矿安全监控系统概况

2.1 国内政策环境

为全面提高企业安全生产水平, 国务院发布5关于进一步加强企业安全生产工作的通知6 ( 国发120102 23 号) , 强制推行先进适用的技术装备。煤矿、非

煤矿山要制定和实施生产技术装备标准, 须安装监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统等技术装备, 并于3 年之内完成。逾期未安装的, 依法暂扣安全生产许可证、采矿许可证。另外, 按照国务院5关于继续深入开展/ 安全生产年0 活动的通知6 ( 国办发120102 15 号) 和5关于进一步加强企业安全生产工作的通知6 的具体要求, 煤矿企业必须按照5煤矿安全监控系统通用技术要求( AQ6201- 2006)6 和5煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范6 ( AQ 1029 -2007) 的要求, 建设完善安全监控系统, 确保设备性能完好、系统灵敏可靠, 充分发挥其安全避险的预警作用。这些政策的出台, 将为煤矿企业的安全生产水平带来一次大的提升, 同时给设备制造商也带来巨大的商机。

2. 2 国内市场需求

截止2009 年底, 国内共有各类煤矿超过18000 座, 基本都已安装了煤矿安全监控系统。共有在建煤矿项目7039 个, 按规模划分, 120 万t / a 以上大型项目315 个、45~ 90 万t / a 中型项目614个、45 万t / a 以下小型项目6110 个。可见已装备数量和在建数量都相当之大。目前使用的安全监控系统多为2007 年以前安装, 部分系统的性能指标已不能满足新的安全范要求, 同时煤矿安全监控设备的安全使用寿命基本为3~ 5 年, 而瓦斯监测类设备的安全使用寿命多为1~ 2 年。因此, 预计每年在建及在产矿井更新改造的煤矿安全监控系统数量约占总量的20% 以上( 约为4000 套以上) , 各类监测仪器仪表超过40 万台

( 套) 。据此分析, 截至2013 年底, 全国在建、在产矿井更新改造以及基建矿井新配备安全监控系统的市场需求总量达15000 套以上, 市场总值达35 亿元以上。未来3 年内, 每年市场需求将达5000 套以上, 年市场总值达12 亿元以上。按国务院5关于进一步加强企业安全生产工作的通知6 ( 国发120102 23 号) 中/ 所有的非煤矿山必须在2013 年底前安装安全监测监控系统等技术装备0 的明确要求, 目前全国非煤矿山共计10万余个, 绝大部分都未安装安全监测监控系统等技术装备, 预计3 年内将新增市场需求总额达300 亿元, 未来市场需求空间巨大。

2.3 国内主要煤矿安全监控系统产品

我国煤矿安全监控系统经过了20 多年的发展, 产品逐渐成熟, 涌现出一批优秀的设备制造商, 有国家级的科研院所, 也有民营高科技企业。这些商在研发能力、生产规模、产品质量和专业服务能力等方面均具有较强实力。从产品质量、专业技术服务能力、企业实力和生产规模等方面来看, 有国家级研究机构生产的产品, 如KJ90N B 型煤矿监控系统, 由煤炭科学研究总院重庆研究院生产, 2009 年实现销售91 5 亿元, 其中矿用测控类产品产值约4 亿元; KJ95N 型煤矿综合监控系统, 由天地( 常州) 自动化股份有限公司( 煤炭科学研究总院常州分院) 生产,2009 年矿用测控类产品产值约为31 5 亿元; KJ4N型煤矿安全监控系统, 由北京瑞赛长城航空测控技术有限公司( 原航天工业部634 所) 生产, 2009年测控类产品实现销售约4500 万元。也有一些民营高科技企业, 如KJ70N 型煤矿安全监控系统, 由宜兴市三恒自动化仪表有限公司生产, 2009 年销售额约为

9000 万元; KJ73N 型煤矿安全监控系统, 由重庆梅安森科技股份有限公司生产, 2009年实现销售约11 1 亿元; KJ66N 型煤矿安全监控系统, 由北京仙岛新技术有限责任公司生产, 2009年实现销售约4000 万元; KJ101N 型煤矿安全监控系统,

由镇江中煤电子有限公司生产, 2009 年实现销售约5000 万元。这些企业基本代表了我国煤矿监控系统的行业技术水平。

3．煤矿安全监控系统组成

监测监控系统(简称监控系统) 是融计算机技术、通信技术、控制技术和电子技术为一体的综合白动化产品。它广泛应用于当今社会现代化工业和日常生活的诸多方面, 当将其作为一种安全防御技术设施应用到煤矿生产当中, 就称其为煤矿安全监控系统如图l 所示。

图1 安全监控系统

随着传感器技术、电子技术、计算机技术、和信息传输技术的发展及其在煤矿的应用, 为适应机械化采煤的需要,

矿井监控系统有早期的单一参数监控系

统, 发展为多参数单方面监控系统。这些多参数监控系统包括环境安全监控系统、水灾监控系统、煤与瓦斯突出监控系统等。

3.1 测控分站

测控分站, 简称分站。根据放置地点和防爆要求的不同, 有井下和地面分站之分。分站的主要功能是采集由传感器传来的环境安全参数、设备工况参数等信息, 并进行预处理。根据预先设置好的参数极限, 发出超限声光报警信号和断电、闭锁信号, 与中心站通过传输道进行通信, 传输被测量信息, 接受中心站的命令。井上、井下信息的交换必须加安全栅隔离。测控分站的核心是以单片机组成的微型计算机系统, 包括CPU,ROM,RAM,I/ 0 接口, 必须外设, 系统软件和应用软件。

1 ) 传感器

传感器是将被测的物理量转换为便于传输和处理的电信号, 经传输和测控分站连接, 为测控分站提供信息。有的传感器本身就是智能传感器, 输出为数字信号, 可以设置测控分站, 由传感器与中心站直接交换信息。

(2) 执行或控制装置

执行或控制装置是根据分站或中心站的命令, 进行状态转换和控制的装置, 主要包括声、光报警装置, 断电、闭锁装置等。报警装置的作用是根据安全参数的极限值, 发出声、光报警信号。断电、闭锁装置的作用是在安全参数超限时, 切断工作面工作设备的电源, 以免发生事故防止事故的扩大, 从而实现工作面电源的闭锁。

3.2 中心站

中心站的关键设备是主机, 采用高可靠性的计算机, 如工控机等作为主要部件。主机一般设置2 台, 采用冷备份或热备份的方式, 互为备用。主机的作用是系统的生成、系统的管理以及进行数据处理和输出, 并进行必要存储, 必要时对关键设备实现控制。就其技术而言, 测控系统是传感器技术、通信技术、计算机技术、控制技术、网络技术等信息技术的综合。

4． 煤矿安全监控系统发展历程

自20世纪60 年代以来, 随着信号传输技术的发展, 煤矿安全监控技术已经历了四个发展阶段。

第一阶段, 煤矿安全监控系统主要采用空分制信号传输方式, 典型系统有法国的CT 16 3 / 4 0 煤矿监测系统、波兰的CMM 一20、CMC 一1 系统和中国的AUI 系统。

第二阶段, 煤矿安全监控系统主要采用频率区分信道的频分制信号传输方式, 大大减少了信号传输电缆的芯数, 典型系统有西德的TF Z0 0 系统。

第三阶段, 煤矿安全监控系统主要采用分时区分信道的时分制信号传输方式, 其通信规程比较严格、抗干扰能力强、传输电缆与测试点数无关、结构简单、配置灵活。典型系统有英国的MI NOS 系统、美国的DAN5 40 0 系统和中国的KJ4。

第四阶段, 煤矿安全监控系统采用分布式微处理器技术为基础, 以开发性、

集成性和网络化为特征, 信号的传输方式还是属于时分制范畴, 典型系统有加拿大参透里昂6 0型系统、中国的KJ6 6 和KJ9 0 等系统

5. 煤矿安全监测监控系统的发展趋势

监控系统的发展趋势，是向多媒体化方向发展。具体表现在以下几方面：1) 发展覆盖面更广，监测监控参数更多的软硬件系统，为实现煤矿生产综合自动化奠定良好基础；2) 充分利用微处理器的优点研制新型传感器，做到自诊断、自校正、自调零、配置标准远传接口，统一传感器的输出信号制，以提高传输的可靠性、数据出来的简单性和传感器的互换性；3) 制定统一的专业技术标准，对促进矿井监控技术发展和系统的推广应用具有十分重要的意义；4) 构成统一完整、功能先进的计算机网络系统，真正实现更大范围的煤矿资源共享，实现全面化的网络管理。

6. 结语

近年来我国煤矿安全监测监控系统的研制开发、推广使用、维护管理经验和存在的问题，对系统的软件技术和功能、硬件及接口技术的可靠性和兼容性、传感器技术的稳定性和可靠性、企业安全生产信息化管理技术的发展提出了展望。随着煤炭工业的发展和相关工业的进步，煤炭工业将会逐步进入一个新的阶段，现代化会逐渐走向煤矿。在安全管理上也将有很大的进步，安全监测监控技术也将有以下改进：1) 煤矿安全监测监控技术理论将会更加成熟，更先进更实用的监测监控设备将会被开发出来。2) 煤矿安全监测监控设备的生产将逐渐进入正规化，在扩大生产规模、降低价格的同时更注意现场环境及其应用对象，尽量做到生产出的设备是面向对象的而不是面向功能的。3) 除了在硬件上和监测理论上有很大的进步外，在软件上也须有较大的发展，这将在很大程度上简化矿井安全管理，保证矿井的安全生产。

参考文献：

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[2] 杨玲玲，宋磊，张文杰 .煤矿安全监测监控系统的应用及发展 [J]-山西建

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[3] 胡继红. 煤矿安全监控系统存在的问题与发展方向 [J]-中国煤炭.2010年

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[4] 朱雄, 赵立永, 张全柱. 煤矿安全生产监控系统的发展历程及应用研究

[中国会议]- 煤矿自动化与信息化——第21届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第3届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集（上册）。2011年 6月。

作者简介：

张军锋，男，学士，西安科技大学·电气与控制工程学院·自动化