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【摘 要】 随着科技进步和煤炭开采自动化程度的提高，煤矿监测监控技术已逐步渗透到采、掘、机、运、通、办公管理各个环节，为煤矿安全生产和高产高效发挥了重要的作用。随着现代通讯技术和计算机技术的发展，高性能的煤矿监测监控系统在我国有着广阔的前景。本文探讨了煤矿安全监控系统的现状与发展。
【关键词】 煤矿；安全；监控系统；现状；发展
我国监测监控技术应用较晚，20世纪80年代初，原煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作，大大促进了国内监控技术的发展。从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿。在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出适合我国安全生产要求的监控系统，在我国煤矿已大量使用。
90年代以来，紧跟世界监测监控系统的发展潮流，随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了一系列煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。其主要特点是：测控分站的智能化水平进一步提高，具有网络连接功能，系统软件采用了Windows操作系统。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。
一、 煤矿安全监控系统的组成
系统概述：主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、矿尘浓度、风速、风压、湿度、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要风机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等功能的系统。
具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成的系统。
1、中心站
（1）中心站系统组成：一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络联接等。
（2）中心站软件功能：监控主机服务器可以进行数据存储、报警、显示、打印，同时可以在监控中心设置“各矿瓦斯数据监视大屏”，对井下各分站进行监测监控。
2、井下分站
（1）开机自检和本机初始化。
（2）通信测试。
（3）分站设程控：实现断点仪、风电瓦斯闭锁、瓦斯管道监测和一般的环境监测。
（4）死机自复位并且通知中心站。
（5）接收地面中心站初始化本分站参数设置：如传感器配接通道号、量程、断电点、报警上限和报警下限等。
（6）分站自动识别配接传感器类型。
（7）分站本身具备超限报警。
（8）分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作和异地断电。
3、通信接口
井下瓦斯等信息采用分时多路复用技术传输，信息的传输是井下监控分站的信息交换过程。信息传输的主要表现为：信息下发是由地面主机产生的，传输到井下的监控仪处理后，执行各种反馈任务。
4、传感器
传感器的稳定性和可靠性，是煤矿安全监控系统能否正确反映被测环境和设备参数的关键。具体来讲，煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理并取得数据的一种系统。
二、我国煤矿安全监控系统的现状
1、通信协议不规范
由于现有生产厂家的监控系统的通信协议均互不兼容，没有一个符合矿井电气防爆等特殊要求的总线标准，从而造成不同厂家的设备无法兼容，无法共享传输电缆。因此，通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、受制于人和不能随意进行软、硬件升级改造。
2、安全监控系统体系结构亟待升级
随着计算机技术和网络技术的发展，采用工业以太网+现场总线（CANBUS等）组建监控系统的技术已经非常成熟，大多数煤矿的矿井安全监控系统网络仍然采用主从式体系结构、时分制通讯和低速总线巡检的传统方式，巡检周期长（25s）、传输速度慢（2400bps），易通讯误码、故障率高，灾害隐患信息容易漏报、误报，时效性也差。煤矿安全监控系统基础设施脆弱，安全和生产动态信息与其他信息共网传输，没有可靠的、专业的、独立的系统平台技术支持。
3、监控系统配套传感器种类不全、技术性能差
目前用的瓦斯传感器，采用的是热催化检测原理的传感器，反应速度慢（30s）、可靠性、稳定性极差、传感元件使用寿命短，很难满足矿井瓦斯灾害防治的技术要求。矿用红外或光学等其他瓦斯传感器的研制，一直受到防尘、防潮技术难题的困扰，在矿井中的应用效果差。
4、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
由于没有统一的技术标准和通信协议，生产监控、安全监控和各类災害监测子系统之间不能互联互通，数据、语音、图像不能有效集成。各类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，缺乏专家级的软件分析，灾害隐患判别和应急救援决策的信息量不足，不能及时、提前预测发现重大灾害隐患。
5、诊断功能有待加强
作为管理维护监控系统的辅助手段，部分系统只能对系统的通讯状况诊断，不能详细地判断故障的性质和故障点，而实际工作中要求能判断出分站、传感器或电缆故障之间或短路报警与真实超限之间区别，为维护人员提供故障的类型和方位，以便于迅速处理故障。 6、 现有监控系统不具备煤矿事故决策支持系统的功能，无法对煤矿事故进行预报、预警及向用户提供避免事故的对策和方案。矿井终端监控设备缺黑匣子功能，因而也不能对事故起因分析提供有效依据。
三、煤矿安全监控系统的发展趋势
1、网络化
随着煤矿规模化生产程度和监控要求的不断提高，矿井范围越来越大，由单纯的参数数据监控发展到数据、语音、图像混合监控，要求通讯网络具有良好的开发性、较大的传输带宽和距离以及多种数据传输方式（数据通信、视频语音通讯等）。现场总线技术在煤矿监控系统中广泛应用，扩展了监控系统的功能，信号传输为时分制或调频信号，由于受现场恶劣环境和电缆带宽的限制，只能传输数字语音信号，通信速率偏低，难于满足现场图像视频多媒体信息的实时传输要求，目前图像监视采用单独的工业电视系统。随着工业以太网技术的迅速发展，它不仅应用于监控系统的监控级，而且已经开始用于现场设备网络。通过基于嵌入式的网络协议转换器将现场总线（与现场设备相连的支路网络）和工业以太网（与管理层相连的主干网络）有机结合应用于监控系统中，充分利用两者的优势，建立基于现场总线和工业以太网的煤矿实时监控综合信息系统，将现场监控层、信息传输层和信息管理层连成一个完善的监控网络，融合各种信息（参数数据、语音信号、图像视频等），共享系统资源和信息，实现整个煤矿矿区或更大范围的监测、控制、管理，这是煤矿监控技术发展的必然趋势。
2、智能化自检功能
系统故障自检功能向智能化发展，具有对故障的智能分析、判断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况，做到系统常见的软件和硬件故障都能通过自检功能进行判断，从而缩短故障处理时间，更好地保障矿井安全生产。
3、规范通信协议
现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，互不兼容。目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步引进和扩充系统功能的制约因素。有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不选择其它的系统。因此，通信协议不规范的后果是造成设备购置重复、不能随意进行软硬件升级改造。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、传感器技术得到改善
將开发出高品质的传感器。国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调控期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。
目前，国产监控系统的配套传感器，主要存在两大问题：一是品种不全，用于监测环境参数的传感器较多，而用于监测生产设备工作运行状况参数的传感器少；二是现有的传感器不同程度存在精度差、可靠性不高的缺陷。特别是用于瓦斯综合治理和灾害预测的甲烷传感器，一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的支持检测。
在研制新型传感器时应高起点、高智能化，应充分利用微处理器的优点，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。发展配置齐全、高可靠性的矿用传感器是监控系统发展的趋势
5、安装简便
随着技术的日益成熟和煤矿采区的日益延伸，监控设施安装日益延长，为日后的安装和维护带来了诸多不便，因此数据传输无线化将是趋势。既能提高安装速度，又能缩短维护检修时的时间，提高监控系统效率。
四、总结
安全监控系统已在大部分煤矿企业中得了广泛的应用。该系统的使用，可以及时有效地提供各种数据，为管理层能及时、准确的进行决策提供了科学依据，可以有效地减少安全事故的发生，避免事故的扩大，对矿井的安全生产起到了积极的意义。
参考文献：
[1]张晋宏.浅谈煤矿安全监控在煤矿企业中的重要性[J].煤炭技术.2014（01）
[2]张明科，白贵.浅谈煤矿综合安全系统[J].电气防爆.2013（03）
[3]程国栋.煤矿安全监测系统的研究与实现[J].技术与市场.2013（06）
[4]袁超.煤矿安全监测技术现状和发展展望[J].科协论坛（下半月）.2013（04）
【关键词】 煤矿；安全；监控系统；现状；发展
我国监测监控技术应用较晚，20世纪80年代初，原煤炭部组织了对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作，大大促进了国内监控技术的发展。从波兰、法国、德国、英国和美国等引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿。在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出适合我国安全生产要求的监控系统，在我国煤矿已大量使用。
90年代以来，紧跟世界监测监控系统的发展潮流，随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了一系列煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。其主要特点是：测控分站的智能化水平进一步提高，具有网络连接功能，系统软件采用了Windows操作系统。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用。
一、 煤矿安全监控系统的组成
系统概述：主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、矿尘浓度、风速、风压、湿度、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要风机开停等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等功能的系统。
具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，由主机、传输接口、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成的系统。
1、中心站
（1）中心站系统组成：一般选用工控微型计算机或普通微型计算机、双机或多机备份。主机主要用来接收监测信号、校正、报警判别、数据统计、磁盘存储、显示、声光报警、人机对话、输出控制、控制打印输出、与管理网络联接等。
（2）中心站软件功能：监控主机服务器可以进行数据存储、报警、显示、打印，同时可以在监控中心设置“各矿瓦斯数据监视大屏”，对井下各分站进行监测监控。
2、井下分站
（1）开机自检和本机初始化。
（2）通信测试。
（3）分站设程控：实现断点仪、风电瓦斯闭锁、瓦斯管道监测和一般的环境监测。
（4）死机自复位并且通知中心站。
（5）接收地面中心站初始化本分站参数设置：如传感器配接通道号、量程、断电点、报警上限和报警下限等。
（6）分站自动识别配接传感器类型。
（7）分站本身具备超限报警。
（8）分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作和异地断电。
3、通信接口
井下瓦斯等信息采用分时多路复用技术传输，信息的传输是井下监控分站的信息交换过程。信息传输的主要表现为：信息下发是由地面主机产生的，传输到井下的监控仪处理后，执行各种反馈任务。
4、传感器
传感器的稳定性和可靠性，是煤矿安全监控系统能否正确反映被测环境和设备参数的关键。具体来讲，煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理并取得数据的一种系统。
二、我国煤矿安全监控系统的现状
1、通信协议不规范
由于现有生产厂家的监控系统的通信协议均互不兼容，没有一个符合矿井电气防爆等特殊要求的总线标准，从而造成不同厂家的设备无法兼容，无法共享传输电缆。因此，通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、受制于人和不能随意进行软、硬件升级改造。
2、安全监控系统体系结构亟待升级
随着计算机技术和网络技术的发展，采用工业以太网+现场总线（CANBUS等）组建监控系统的技术已经非常成熟，大多数煤矿的矿井安全监控系统网络仍然采用主从式体系结构、时分制通讯和低速总线巡检的传统方式，巡检周期长（25s）、传输速度慢（2400bps），易通讯误码、故障率高，灾害隐患信息容易漏报、误报，时效性也差。煤矿安全监控系统基础设施脆弱，安全和生产动态信息与其他信息共网传输，没有可靠的、专业的、独立的系统平台技术支持。
3、监控系统配套传感器种类不全、技术性能差
目前用的瓦斯传感器，采用的是热催化检测原理的传感器，反应速度慢（30s）、可靠性、稳定性极差、传感元件使用寿命短，很难满足矿井瓦斯灾害防治的技术要求。矿用红外或光学等其他瓦斯传感器的研制，一直受到防尘、防潮技术难题的困扰，在矿井中的应用效果差。
4、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
由于没有统一的技术标准和通信协议，生产监控、安全监控和各类災害监测子系统之间不能互联互通，数据、语音、图像不能有效集成。各类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，缺乏专家级的软件分析，灾害隐患判别和应急救援决策的信息量不足，不能及时、提前预测发现重大灾害隐患。
5、诊断功能有待加强
作为管理维护监控系统的辅助手段，部分系统只能对系统的通讯状况诊断，不能详细地判断故障的性质和故障点，而实际工作中要求能判断出分站、传感器或电缆故障之间或短路报警与真实超限之间区别，为维护人员提供故障的类型和方位，以便于迅速处理故障。 6、 现有监控系统不具备煤矿事故决策支持系统的功能，无法对煤矿事故进行预报、预警及向用户提供避免事故的对策和方案。矿井终端监控设备缺黑匣子功能，因而也不能对事故起因分析提供有效依据。
三、煤矿安全监控系统的发展趋势
1、网络化
随着煤矿规模化生产程度和监控要求的不断提高，矿井范围越来越大，由单纯的参数数据监控发展到数据、语音、图像混合监控，要求通讯网络具有良好的开发性、较大的传输带宽和距离以及多种数据传输方式（数据通信、视频语音通讯等）。现场总线技术在煤矿监控系统中广泛应用，扩展了监控系统的功能，信号传输为时分制或调频信号，由于受现场恶劣环境和电缆带宽的限制，只能传输数字语音信号，通信速率偏低，难于满足现场图像视频多媒体信息的实时传输要求，目前图像监视采用单独的工业电视系统。随着工业以太网技术的迅速发展，它不仅应用于监控系统的监控级，而且已经开始用于现场设备网络。通过基于嵌入式的网络协议转换器将现场总线（与现场设备相连的支路网络）和工业以太网（与管理层相连的主干网络）有机结合应用于监控系统中，充分利用两者的优势，建立基于现场总线和工业以太网的煤矿实时监控综合信息系统，将现场监控层、信息传输层和信息管理层连成一个完善的监控网络，融合各种信息（参数数据、语音信号、图像视频等），共享系统资源和信息，实现整个煤矿矿区或更大范围的监测、控制、管理，这是煤矿监控技术发展的必然趋势。
2、智能化自检功能
系统故障自检功能向智能化发展，具有对故障的智能分析、判断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况，做到系统常见的软件和硬件故障都能通过自检功能进行判断，从而缩短故障处理时间，更好地保障矿井安全生产。
3、规范通信协议
现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，互不兼容。目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步引进和扩充系统功能的制约因素。有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不选择其它的系统。因此，通信协议不规范的后果是造成设备购置重复、不能随意进行软硬件升级改造。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、传感器技术得到改善
將开发出高品质的传感器。国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调控期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。
目前，国产监控系统的配套传感器，主要存在两大问题：一是品种不全，用于监测环境参数的传感器较多，而用于监测生产设备工作运行状况参数的传感器少；二是现有的传感器不同程度存在精度差、可靠性不高的缺陷。特别是用于瓦斯综合治理和灾害预测的甲烷传感器，一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的支持检测。
在研制新型传感器时应高起点、高智能化，应充分利用微处理器的优点，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。发展配置齐全、高可靠性的矿用传感器是监控系统发展的趋势
5、安装简便
随着技术的日益成熟和煤矿采区的日益延伸，监控设施安装日益延长，为日后的安装和维护带来了诸多不便，因此数据传输无线化将是趋势。既能提高安装速度，又能缩短维护检修时的时间，提高监控系统效率。
四、总结
安全监控系统已在大部分煤矿企业中得了广泛的应用。该系统的使用，可以及时有效地提供各种数据，为管理层能及时、准确的进行决策提供了科学依据，可以有效地减少安全事故的发生，避免事故的扩大，对矿井的安全生产起到了积极的意义。
参考文献：
[1]张晋宏.浅谈煤矿安全监控在煤矿企业中的重要性[J].煤炭技术.2014（01）
[2]张明科，白贵.浅谈煤矿综合安全系统[J].电气防爆.2013（03）
[3]程国栋.煤矿安全监测系统的研究与实现[J].技术与市场.2013（06）
[4]袁超.煤矿安全监测技术现状和发展展望[J].科协论坛（下半月）.2013（04）