＊趙金芳

（窯街煤電集團有限公司職業(yè)教育中心 甘肅 730080）

智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)通過實時采集、分析和處理大量數據，利用模型和算法進行準確的預測和判斷，能夠提供煤礦內空氣質量和通風狀態(tài)的實時監(jiān)測、數據分析和預警功能。該系統(tǒng)主要由傳感器網絡、數據采集與處理技術、智能算法和中央控制系統(tǒng)組成。通過部署在煤礦內的傳感器實時采集關鍵參數，傳輸至中央控制系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和數據處理，以便及時識別潛在的危險和異常情況。本文對煤礦的安全通風智能監(jiān)測控制系統(tǒng)進行了詳細分析，本系統(tǒng)的應用可以有效預防事故發(fā)生，并全面保障礦工的安全。

1.煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的煤礦安全監(jiān)測方式往往依賴于人工巡視和經驗判斷，存在盲區(qū)和延遲，無法及時發(fā)現和預警潛在危險。而智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時采集、分析和處理大量的數據，基于模型和算法進行準確的預測和判斷，大大提高了煤礦安全管理的效率和準確性。結合了先進的傳感技術、數據采集與處理技術及智能算法，實現對煤礦通風系統(tǒng)的實時監(jiān)測、數據分析和預警功能，其主要目標是確保煤礦內的空氣質量和通風狀態(tài)達到安全標準，并為煤礦管理者提供準確的數據支持，以便及時采取必要措施保障礦工的生命安全[1]。其核心是傳感器網絡，通過部署在煤礦內的傳感器實時采集關鍵參數，將采集到的數據傳輸至中央控制系統(tǒng)，進行實時監(jiān)測和數據處理，利用數據分析和智能算法，對傳感器數據進行實時分析、模型建立和預測，以便及時識別潛在的危險和異常情況。當監(jiān)測數據超出預設的安全范圍時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報，提醒煤礦管理人員采取必要的措施。此外，系統(tǒng)還能生成詳細的監(jiān)測報告和統(tǒng)計數據，幫助管理者了解煤礦通風系統(tǒng)的工作情況，并進行合理的調整和優(yōu)化。

2.煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設計原則及依據

(1)設計的原則

煤礦環(huán)境復雜，存在高溫、高濕、多塵等惡劣條件，因此監(jiān)測系統(tǒng)必須確保能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，系統(tǒng)的傳感器必須具備高精度、高穩(wěn)定性，并且能夠長時間運行而不受干擾。同時，系統(tǒng)應具備備份和冗余機制，確保數據采集和傳輸的可靠性，以免單點故障導致監(jiān)測中斷或數據丟失，并且及時地對相關數據進行處理和分析。同時，系統(tǒng)要有實時預警功能，能夠及時發(fā)現潛在的危險和異常情況，并向相關人員發(fā)送警報，以便及時采取必要措施保障礦工的安全。煤礦的規(guī)模和布局可能會發(fā)生變化，通風系統(tǒng)的參數和結構可能會有所調整，其可擴展性的能力就顯得非常重要，要能夠根據實際需要靈活添加或調整傳感器和監(jiān)測節(jié)點，接口和協議要保持開放性，以便與其他監(jiān)測設備和系統(tǒng)進行集成，實現更高級的數據分析和決策支持。

(2)設計的依據

煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設計依據主要來源于《煤礦安全規(guī)程》（國家安全生產監(jiān)督管理總局令第87號）、《礦井通風安全裝備配置標準》（GB/T 50518—2020）和《國務院辦公廳關于完善煤礦安全監(jiān)察體制的意見》（國辦發(fā)〔2004〕79號）等相關法規(guī)和標準，這些規(guī)定要求煤礦應配備通風監(jiān)測設備，對氧氣濃度、甲烷濃度、風速、風向等關鍵參數進行實時監(jiān)測，這些參數的監(jiān)測可以提前預警潛在的危險，及時采取措施保障礦工安全。在設計過程中，需要參考該標準對傳感器、數據采集設備和監(jiān)控系統(tǒng)的技術要求，確保傳感器的精度和穩(wěn)定性，以及設備適應煤礦特殊環(huán)境的能力，遵守規(guī)定合理布置監(jiān)測裝置，確保操作規(guī)范、維護及時，并采取適當的數據管理措施，確保系統(tǒng)能夠滿足法規(guī)和標準的要求，提供準確、可靠的煤礦通風監(jiān)測服務。

3.煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的分類及組成

(1)系統(tǒng)的分類

從功能上看，可以將其分為通風監(jiān)測系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)兩類。通風監(jiān)測系統(tǒng)主要用于實時監(jiān)測煤礦內的通風參數和空氣質量，包括傳感器網絡、數據采集設備和中央控制系統(tǒng)。傳感器網絡布置在煤礦內的關鍵位置，數據采集設備負責將傳感器數據傳輸至中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)通過數據分析和預警算法，對監(jiān)測數據進行實時分析、模型建立和預測[2]。智能監(jiān)控系統(tǒng)是在通風監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上進一步增加了監(jiān)控和控制功能，通過與通風設備和其他礦井安全設備的集成，實現對整個煤礦安全系統(tǒng)的智能監(jiān)控，不僅能夠監(jiān)測通風參數和空氣質量，還能監(jiān)測瓦斯抽采、火災報警、人員定位等設備和系統(tǒng)的狀態(tài)。同時，系統(tǒng)能夠根據預設的規(guī)則和算法，對監(jiān)測數據進行自動分析和判斷，并據此發(fā)出警報或采取控制措施。

(2)系統(tǒng)的組成

煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是一種用于保障煤礦安全生產的關鍵設備，通過實時監(jiān)測煤礦的通風系統(tǒng)運行狀態(tài)和環(huán)境參數，提供預警和監(jiān)控功能，以確保煤礦內的空氣流通和氣體濃度控制在安全范圍內。該系統(tǒng)主要由傳感器、執(zhí)行器、監(jiān)控分站、電源、傳輸接口、主機、打印機、大屏幕、電纜和接線盒等組成。傳感器是系統(tǒng)的核心組件之一，用于感知煤礦內部環(huán)境溫度、濕度、氣體濃度等參數的變化；監(jiān)控分站作為系統(tǒng)的控制中心，接收來自傳感器的數據，并根據預設的規(guī)則和參數進行分析和處理，負責監(jiān)測煤礦內部環(huán)境的變化，并實時傳輸數據給主機；電源提供系統(tǒng)所需的電能，確保各個組件正常工作；傳輸接口用于連接傳感器、監(jiān)控分站和主機之間的數據傳輸；主機是整個系統(tǒng)的核心控制單元，負責接收和處理來自監(jiān)控分站的數據，并進行分析、存儲和顯，具有實時監(jiān)控功能，可以提供各種報表和數據分析，輔助決策和管理[3]；打印機用于輸出各種監(jiān)測數據、報表和報警信息，以便后續(xù)的分析和記錄。大屏幕作為顯示設備，可以實時展示煤礦內部環(huán)境參數的變化和監(jiān)測結果。電纜和接線盒用于連接各個組件，保證信號的傳輸和電力的供應，主要起到連接和固定的作用，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。這些組成部分協同工作，為煤礦提供全面、準確、可靠的安全監(jiān)測和管理。

(3)系統(tǒng)的功能

該系統(tǒng)通過開機自檢和本機初始化功能確保設備和傳感器正常運行，要定時進行通信測試，確保與地面中心站的可靠通信連接。系統(tǒng)的分站具有自動控制功能，包括斷電儀、風電瓦斯鎖閉、瓦斯管道監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等，以確保電力供應、通風系統(tǒng)和瓦斯抽放的安全運行。支持地面中心站對分站進行參數設置，自動識別連接的傳感器類型，實現精確的數據采集。并有超限報警功能，分站接收到中心站的指令時，還可以實現手控操作和異地斷電功能，提供遠程控制便利。

4.監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的選型及布置

(1)系統(tǒng)設備的選型

在選擇煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設備時，需要考慮多個因素，確保設備具備高度可靠性和準確性，能夠及時發(fā)現煤礦通風系統(tǒng)中的異常情況，并能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行，下面列舉一些主流型號的設備：第一，溫濕度傳感器，可以監(jiān)測煤礦中的溫度和濕度情況，提供準確的數據用于通風系統(tǒng)調節(jié)[4]；第二，風速風向傳感器，用于測量煤礦中的風速和風向，可以幫助確定通風系統(tǒng)的運行情況，并及時發(fā)現風向異常；第三，氣體監(jiān)測儀，用于檢測煤礦中的有害氣體濃度，例如一氧化碳、二氧化碳等，及時報警以保證礦工的安全；第四，噪音監(jiān)測器，用于監(jiān)測煤礦中的噪音水平，及時發(fā)現超標情況，以保護礦工的聽力健康；第五，火災探測器，可以監(jiān)測煤礦中的煙霧和火焰，一旦發(fā)現火災跡象，立即發(fā)出警報并采取相應措施；第六，數據采集和傳輸系統(tǒng)，用于將各種傳感器獲取的數據進行采集和傳輸，將實時監(jiān)測數據傳輸到監(jiān)控中心進行處理和分析。

(2)系統(tǒng)設備的布置

①傳感器的布置要點及工作面?zhèn)鞲衅鞯牟贾?/p>

應在主要通風管道中布置差壓傳感器，均勻分布在管道的關鍵位置，用于監(jiān)測通風系統(tǒng)的風量和風壓情況，以便能準確地反映整個通風系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在礦井的工作面區(qū)域，需要布置多個傳感器來監(jiān)測關鍵參數，其中，溫度傳感器用于檢測工作面的溫度情況，以便及時采取措施防止火災事故的發(fā)生；瓦斯傳感器用于監(jiān)測工作面的瓦斯?jié)舛?，及時發(fā)現瓦斯積聚情況，防止瓦斯爆炸。此外，還需要布置風速傳感器，用于監(jiān)測工作面的風速，確保通風系統(tǒng)正常工作，保持空氣流通。在傳感器的布置過程中，需要考慮傳感器之間的距離和分布均勻性，避免出現監(jiān)測盲區(qū)，確保對整個工作面的監(jiān)測覆蓋。

②電纜的選用及使用方法

電纜要有良好的耐火性能，能夠在高溫環(huán)境下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，防止因電纜燃燒而引發(fā)火災，并有較強的耐磨性能，能夠承受煤礦環(huán)境中的摩擦和磨損，絕緣性達標可以有效地防止電纜中斷或短路，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。安裝電纜時應按照設計要求進行正確布線，避免電纜的交叉、壓扁或過度張拉，以免影響其傳輸性能，定期對電纜進行巡視和檢測，及時發(fā)現并處理電纜存在的磨損、老化或損壞等問題，確保系統(tǒng)的正常運行[5]。

③調度監(jiān)控室的布置

監(jiān)控室通常是位于煤礦的中心位置，以便能全面監(jiān)測和控制通風系統(tǒng)。為了清晰觀察關鍵區(qū)域和設備狀態(tài)，監(jiān)控室應具備良好的視野，并應在監(jiān)控室內設置一塊大屏幕顯示墻，才能實時了解各個通風區(qū)域的監(jiān)測數據、視頻監(jiān)控畫面及系統(tǒng)運行狀態(tài)，設有緊急報警設備和備用電源系統(tǒng)，配備先進的調度和監(jiān)控系統(tǒng)軟件，具備友好的用戶界面和易于操作的功能，以實時獲取和處理煤礦通風系統(tǒng)的相關信息。

④系統(tǒng)接地裝置施工

安裝接地電極時要在確定的位置挖掘足夠深的坑穴，并確保坑底與地下水位保持一定距離，以防止地下水的干擾。然后，將接地電極垂直插入坑穴中，并使用專用工具進行固定，確保與地面平齊。接地電極之間還需按照設計要求進行連接，確保良好的接地連通性。需要進行接地裝置的接線工作，根據設計方案和接線圖紙，選擇適當的電纜和連接器，對于接地電極與監(jiān)測設備之間的連接，需要將電纜按照規(guī)定的方式進行剝皮和絞線，并與相應的連接器進行連接。在接線過程中，要確保接頭牢固可靠，并使用絕緣材料進行絕緣處理，防止漏電和短路的發(fā)生。在施工完成后，需要進行接地裝置的檢查和測試，通過使用專業(yè)測試儀器，對接地電阻進行測量，確保其符合相關標準要求，還需要檢查接地裝置的連接處是否緊固可靠，接線是否正確無誤。

5.煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控的運行建議

(1)改進煤礦通風系統(tǒng)本身的性能

要不斷優(yōu)化通風系統(tǒng)的設計方案，確保其能夠覆蓋整個礦井區(qū)域，并能夠有效地分布氣流，加快新鮮空氣的供應，以減少有害氣體的積聚和熱量的累積。引入智能監(jiān)測和控制技術，實時監(jiān)測煤礦中的氣體濃度、溫度和濕度等參數，并能夠自動調節(jié)通風系統(tǒng)的運行、報警和緊急停機，可以考慮使用先進的氣體檢測裝置，如多參數傳感器和氣體泄漏探測器，以及智能化的數據分析和預測算法，提前發(fā)現潛在的安全隱患。

(2)對煤礦內部的監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)

礦井安全監(jiān)測子系統(tǒng)涵蓋了三個主要方面，包括安全監(jiān)控系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測系統(tǒng)和束管監(jiān)測系統(tǒng)。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)通過實時監(jiān)測和控制，確保礦井的安全運行；礦壓監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測礦井內的地質壓力和巖層變形情況，以便提前預警和采取相應的措施；束管監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)測礦井內的瓦斯?jié)舛取囟群蜐穸鹊葏?，以確保礦井內部的空氣質量符合安全標準。通過這些安全監(jiān)測子系統(tǒng)的有效運行，可以及時發(fā)現和解決潛在的安全隱患，確保礦工的生命安全和礦井的正常運行。

(3)提高煤礦通風管理工作

為了增強對煤礦通風的治理，首要任務是加強對煤礦通風及安全監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)管，從技術、裝備、人才等各個角度入手，尤其需重視對新型安全監(jiān)測設備的經費投入。建立完善的通風管理制度，確保責任分工明確、工作流程規(guī)范，并加強執(zhí)行力度，定期進行通風系統(tǒng)的檢查和維護，及時做好清潔、修復和更換風機、風道和排風口等設備維護工作，以保持通風系統(tǒng)的正常運行。實時監(jiān)測通風效果，使用傳感器和監(jiān)測設備對礦井內的氣流速度、氧氣含量和有害氣體濃度等進行實時監(jiān)測，并根據監(jiān)測結果及時調整通風系統(tǒng)的運行參數。

6.結束語

隨著科技的不斷進步，煤礦安全通風智能監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的設計已經取得了顯著的進展，后續(xù)可以著重于提高傳感器的精確性和可靠性，優(yōu)化數據分析和預測算法，實現更準確的預警和判斷，積極探索與其他智能設備和系統(tǒng)的集成，實現更高級的監(jiān)測和控制功能。