三大智能系统让死神远离煤矿

　　中国是世界上最大的煤炭消费国和生产国。随着国民经济的快速增长，煤炭需求量的不断攀升，超负荷生产已成为采煤行业增加产出的主要手段之一。国家安全生产监管局的数据显示，约有1/3的国有煤矿生产负荷过重，这不仅增加了事故隐患，也为煤炭企业的可持续发展带来了压力。近两年来，煤炭供应紧张，引起了大大小小几万家企业争抢煤炭资源的矿业权，因监管不力造成的各级安全事故也不断发生。如何利用现代化的信息技术从根本上解决煤矿安全隐患问题，从而使得各级煤矿主管部门切实承担起监督管理的职能，成为煤矿采掘业现代化进程的重中之重。

　　信息化程度是伴随着企业生产的需求而逐步提高的。目前煤炭行业信息化整体水平不高，煤矿安全事故不断发生，其中的一个重要原因是煤矿企业安全生产信息手段落后，矿井安全监测、监控体系不健全。煤炭企业信息化有着其自身的特点，与其他生产型企业相比增加了更多的内容，首先是生产过程的监测监控，比如提升系统的监测监控，还有井下的采煤机、掘进机的控制管理，这些管理控制过程因为要在井下完成，所以比在地面上采集数据更为困难。许多煤矿除瓦斯监控设备外，还有井下生产监测监控系统，比如对温度、电力、压力、提升、运输等监测尚不完全。煤炭行业信息化发展并不平衡，国有重点企业的信息化建设规模和意识要远远好于一般企业。因此煤炭行业企业已经慢慢意识到：用先进技术改造传统行业是未来企业的发展方向，而实现安全生产、不断提高管理水平是目前亟待解决的问题。只有采用先进的信息化技术和手段才是解决问题的有效途径，信息化是提高企业核心竞争力的有力手段。

　　鉴于重大型事故频繁发生，国家颁布了一系列的法律法规等来规范企业的安全生产，如安全生产年活动，随着这一活动的推动，安全生产引起了社会各界的高度关注，“安全发展，预防为主”的主旋律在全社会唱响。同时，煤矿行业安全生产事故的防范中，安防产品开始显现多方面的应用需求，如：基于防爆、防倒塌等方面的危险源监测、视频监控、跟踪定位、防灾预警的技术和产品。从近年来安防在安全生产领域的应用情况来看，安防在安全生产领域的应用还较少，目前还处于初级阶段，提供的大都是通用化的安防产品和解决方案，尚不能真正满足生产安全管理对日常生产、事故预防、应急响应和安全事故的事后处置的要求。在煤矿行业已经意识到安全防范的重要性，并正在大力建设安防系统。

　　数字煤矿管理系统的特殊之处

　　煤矿是一个特殊行业，环境复杂，对系统中的各部分都有很高的要求，有很高的门槛，特别是通信部分，是整个系统的骨架，必须采用最先进、最稳定、还能适合露天或井下这种场景的通信手段，才能保证整个系统的稳定高效运行，随着通信技术的不断进化，煤矿行业所采用的通信传输手段也跟着更新换代。

　　数字煤矿包括数字煤矿地面资源规划和数字煤矿地下工程系统，数字煤矿地面资源规划主要由涉及企业的人、财、物及其过程(如财务、供应、销售等) 的管理信息系统、基于3S (地理信息系统GIS 、全球定位系统GPS、遥感(含数字摄影测量) RS) 技术和计算机网络技术建立起来的服务于煤矿的空间信息基础设施和信息系统组成，并在此基础上建立全矿的地面管理、服务与决策支持信息系统。数字煤矿地下工程系统部分是以矿井地质、测量等数据作为空间定位的基础信息数据及采煤、开拓掘进、运输、提升、通风安全、排水、动力供应、通讯、照明等若干个子系统为空间内容的基本信息数据形成空间信息数据库，在此基础上建立全矿的井下生产技术管理、服务与决策支持信息系统。

　　煤矿无线智能通信系统

　　 基于SCDMA技术的煤矿无线通信系统是专门为煤炭行业企业用户定制的以无线为主的专网应用系统，它是在煤矿安全生产标准指导下，通过对基于公网的SCDMA1800M系统进行安全改造后，专业应用在煤矿企业的无线通信信息系统。系统保留了原有SCDMA系统的所有功能，并针对煤炭行业信息化通信的需求，提供了一整套具有特色业务的解决方案，满足煤炭企业安全生产对信息化网络的要求。

　　SCDMA方案不仅能够提供超大容量的语音以及稳定可靠的窄带及宽带数据通信业务，而能够同时提供无线调度、短消息、人员定位等多种企业增值业务，充分满足煤矿调度指挥、安全监控以及移动办公的需要。同时作为拥有自主知识产权的技术，方案可以根据煤炭企业的特殊要求量身定做业务，具有极强的可扩展性。SCDMA煤矿信息化解决方案中所涉及的系统产品与公网设备完全兼容，SCDMA公网中的全系列产品也可以直接在方案中应用，煤炭行业用户不仅可以享受到SCDMA公网用户所具有的丰富的业务和多样的终端，而且可以获得煤矿特定业务的支撑。方案采用堆叠式组网模式，在保护企业原有投资的前提下，完全可以按照煤炭企业需求逐步搭建。煤炭企业按需投资，平滑构建信息化通信平台，降低了投资风险，确保企业资产的增值，另一方面也提高了效益。

　　SCDMA煤矿信息化方案充分发挥无线通信的优势，信号一直延伸到矿井工作面，终端移动性强。地面监控中心通过SCDMA网络能够随时与携带SCDMA终端的井下工作人员进行通信，并具有强拆无阻塞通话应答、录音、选呼、组呼和全呼等功能，即便在煤矿出现事故时也能保证通信畅通。 地面监控中心通过SCDMA网络能够准确定位井下所有工作人员的精确位置，并将位置信息转化成感兴趣的信息，例如通过SCDMA终端号码判断使用者的身份。

　　而覆盖井下的SCDMA网络给瓦斯、生产、设备等监控、监测系统提供了数据传输的无线通道。将井下各设备的监控分站通过RS232/485与SCDMA无线数传模块连接后，各种监控数据就能实时传输到地面监控中心。监控中心的控制信号也可以通过该网络实时送到井上进行设备的自动控制和操作。

　　采用SCDMA煤矿无线通信系统不仅可以满足煤炭企业正常生产的要求，而且结合企业信息化的需求，提供了语音和数据一体化的信息平台，解决了煤矿井下无通信技术和业务的困难，能够实现井下生产自动化，并提供出现紧急情况时的应用通信手段。

　　煤矿瓦斯智能监测系统

　　瓦斯智能监测系统，采用瓦斯传感器对瓦斯浓度进行智能监测，当瓦斯浓度超过1%时，系统发出报警信号，后端监控中心人员可即刻采取应对措施，如加大排风量或暂停开采。该系统主要监测的对象有：甲烷(瓦斯)CH4浓度、一氧化碳CO浓度，二氧化碳CO2浓度等。其中主要的检测工作包含以下几方面：工作面监测参数检测，包括开停控制、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、粉尘浓度、风速和风门等；通风机、压缩机运行状态参数检测，有开停状态、振动量、轴承温度、电机电流、负压等；变电所电力参数检测，包括功率、电压、电流、开关状态与控制等；皮带机运行状态参数检测，含开停控制、煤位、烟雾浓度等；泵房控制器检测控制，有水泵开停控制、水位监测等。

　　接触燃烧式瓦斯传感器

　　催化燃烧式气体传感器利用其氧化燃烧特性，来检测空气中可燃气含量，即可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。故只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应速度。

　　半导体式瓦斯传感器

　　半导体瓦斯传感器利用半导体表面吸着瓦斯时导电率会变化而做成，所采用的半导体材料多数是SnO2，ZnO，Fe2O3等。电导度随着有无附着瓦斯而改变，如新鲜空气通过检测器时电流极稳定，但是当瓦斯气体如甲烷、丙烷等接触到检测器表面时，由于瓦斯浓度的升高，检测器阻抗立即降低，电流出现变化，故只要测定电流值，就可检测瓦斯浓度。

　　热阻体瓦斯传感器

　　利用热阻体组件的热传导式瓦斯检测方式是可靠度极高的瓦斯传感器。热阻体瓦斯检测器有如下困难：必须将热阻体组件的长期变化降到可忽视的程度，使得瓦斯检知用组件和补偿用组件的热损失必须不影响其实用性；加上热阻体式瓦斯检知装置在常温常压时，因水蒸气的热传导率较高，所以此系统易受湿度的影响，虽然可检知不燃性瓦斯，但却不易测定热传导的瓦斯，故此类传感器在煤矿中的应用并不多。

　　通风瓦斯系统

　　 由于矿井通风系统是一个动态的系统，尤其是矿井通风网络拓扑结构随着矿井生产的发展而变化，因此矿井通风系统的设计应由静态设计向动态设计方向发展。

　　通风瓦斯智能系统可以对辖区内所有矿井的瓦斯情况进行实时监控，以报表的形式显示每个瓦斯探头的工作状态，对异常情况进行报警。同时通过对于异常数据的分析，结合煤层情况及历史和近期的瓦斯状况，圈定重点监控区域，将设定的重点区域的瓦斯监测状况动态实时显示。同时监测矿井中各个风机的工作状态，保证瓦斯气体的正常疏散。

　　智能视频监控系统

　　目前，煤矿井下作业因为远离地面，地形复杂，环境恶劣，所以容易发生事故。利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对井下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防患于未然，也能为事后分析事故提供有关的第一手图像资料。因此远程视频监控系统是现代矿井安全生产监控系统的重要组成部分。

　　当前一些煤矿使用的视频监控系统都是早期的模拟监控，性能和稳定性不高。现在随着网络技术和计算机技术的发展，基于TCP/IP协议的IP网的应用得到广泛普及。高速宽带主干网的建成和各地区高速接入系统的迅速发展，促进了基于IP技术的各种视频通信应用,如网络远程视频监控系统的发展。所以在煤矿安全监控系统中引入现代网络远程视频监控系统将是一种趋势。

　　煤矿企业多数都建有一套闭路电视监控系统，采用的是模拟视频信号，具有很大的局限性：首先，有线模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于1000米时，信号容易产生衰耗、畸变、群延时，并且易受干扰，使图像质量下降，当用于井下复杂的工作现场时，效果不好；其次，有线模拟视频监控无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大，不便于系统的维护和升级；最后，有线模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，查询取证时十分烦琐。

　　现在很多煤矿使用网络视频监控系统，它的优点正好克服了模拟闭路电视监控的局限性：首先，数字化视频可以在计算机网络(局域网或广域网)上传输图像数据，基本上不受距离限制，信号不易受干扰，可大幅度提高图像品质和稳定性；其次，数字视频可利用计算机网络联网，网络带宽可复用，无须重复布线；另外，数字化存储成为可能，经过压缩的视频数据可存储在磁盘阵列中或保存在光盘中，查询十分简便快捷。

　　人员定位智能系统

　　人员定位智能系统，是为人员安全所设置的智能管理系统。它集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理于一体，采用RFID远距离识别原理，将每个基站设置读卡点，下井人员和班组实行“一人一卡”制，该卡可视为“上岗凭证”或“坑道准入证”，更可视为下井人员的“护身符”。

　　人员定位系统自2006年起开始应用于煤矿，目前多数煤矿均有安装。煤矿生产单位将所属煤矿划分为几个区域，在井下坑道的每个区域中安装一定数量的信号收发器，而后煤矿生产单位向有关人员颁发并装备无线标识卡，一般安装在井下人员佩戴的安全帽内，并将每个区域下井人员所对应的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片等录入到系统数据库中，然后管理部门对该卡进行授权生效，授权范围包括：该员工可以有资格进入作业面的坑道，感应器的时效、失效、挂失等，以防止无关人员和非法人员进入坑道；进入坑道的人员必须佩戴装有无线标识卡的安全帽。当此人经过坑道的读卡器时远距离读卡，来识别和核对人员身份，集考勤与人员管理于一体。

　　煤矿井下人员定位系统能够及时、准确的将井下各个区域人员及设备的动态情况反映到地面计算机系统，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便于进行更加合理的调度管理。当事故发生时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

　　结束语

　　随着国家煤矿行业体制改革的不断深化、现代信息技术的飞速发展，煤矿管理信息化将为煤矿工业的可持续发展提供良好的条件；煤矿行业的管理信息形式标准化、信息传递规范化以及信息内容系统化、安全生产监测监控自动化、是煤炭行业应用系统的必然趋势。

　　煤矿安全的重要性不可言喻，近年来发生的每一起煤矿事故足以让人痛心疾首减少煤矿事故为国家减少经济 损 失 的 同 时，更 重 要 的 是 保 证了煤 矿生产工作者的生命安全。加强煤矿安全防 范 的 同 时 ，也 要 注 入 新 鲜“ 血 液 ”，为煤矿安全把好重要的一关。

 

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