浅论煤矿安全环境监测监控系统

摘要：煤矿安全环境监测监控系统在煤矿安全生产中有着重要地位。

关键词：煤矿安全 环境监测监控 系统

0 引言

监测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自动化产品，当将其作为一种安全预防技术设施应用到工业生产和社会生活中时，就称其为安全监测监控系统。在我国的工业安全事故中，煤炭工业的安全事故较为频发且性质严重，尤其以生产矿井瓦斯爆炸事故最为突出。为此，国家有关安全生产监督管理部门专门制定了“先抽后采，监测监控，以风定产”的十二字指导方针，由此可见，煤矿安全环境监测监控系统在煤矿安全生产中的重要地位。

1 煤矿安全环境监测监控系统组成

根据所述及概念，监测监控系统的功能一是“测”，即检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数等；二是“控”，即根据检测参数去控制安全装置、报警装置、生产设备、执行机构等。若系统仅用于生产过程的监测，当安全参数达到极限值时产生显示及声、光报警等输出，此类系统一般称为监测系统；除监测外还参与一些简单的开关量控制，如断电、闭锁等，此类系统一般称为监测监控系统。

煤矿安全生产监测控系统层次上一般是分为两级或三级管理的计算机集散系统，一般包含测控分站级和中心站级。每个测控分站负责某几路传感器信号的采集和某个执行机构的控制，实现了采集、控制分散；中心站负责数据的处理、储存、传输，实现了管理的集中。中心站与分站和计算机网络之间的通信、传感器到测控分站的数据传输、测控分站到执行或控制装置信号的传输，是通过传输信道实现的。

监测系统一般由地面中心站，井下工作站，传输系统三部分组成。地面中心站一般有传输接口装置和若干台计算机，电源，数据处理及系统运行软件，存贮、打印、显示等装置组成。为了计算机稳定工作，一般还配备了机房恒温调节，不间断电源等辅助设施。

井下分站和传感器构成井下工作站。井下分站的作用是，一方面对传感器送来的信号进行处理，使其转换成便于传输的信号送到地面中心站；另一方面，将地面中心站发来的指令或从传感器送来应由分站处理的有关信号经处理后送至指定执行部件，以完成预定的处理任务，如报警、断电、控制局扇开启等；并向传感器提供电源。

传输系统是用来将井下信息传输至地面和将地面中心站监控指令传输至井下分站的信息媒介。信道，信息传输的通道，监测系统大多采用专用通讯电缆作为信道。

传感器与分站之间一般采用直接传输方式。我国国家标准规定传感器的输出信号应满足以下几种信号：模拟量信号有三种，频率输出（5～15HZ）；电流输出为0～5mA；电压输出为0～100mV；开关量信号输出一般有±0.1mA、±5mA和200～1000HZ等。

2 煤矿安全环境监测监控系统技术指标

根据安全监测监控系统的组成，其主要技术指标，主要是以组成系统的各个子系统的技术指标为特征。

2.1 测控分站 容量：是输入、输出量的个数及类型。例如，模入8，开入4个接点信号、4个电流形式信号等；开出4个TTL电平、4个继电器触点输出等。

接配传感器：是指所接配传感器的种类、型号、测量范围、输出信号形式、供电电压、精度等。

检测精度：是反映分站性能优劣的主要指标之一，一般用满量程的相对误差来表示。数值越小，则检测精度越高。

另外，还有分辨率、转换时间、传输距离等指标。

2.2 中心站 主机型号及配置：CPU型号，内存容量，硬盘容量，软驱数量、规格，配置外设的种类、型号、数量等，另外，还有备用主机的情况。

容量：即系统可带分站的数量，例如，井下100个分站，地面10个分站。

传输速率：数字传输的波特率，例如，600bit/s，1200bit/s。波特率越高，传输效率越高。

另外，还有传输距离、可靠性等指标。

2.3 系统信息管理软件 开放性好：组态软件数据库提供了开放数据访问接口，可以实现数据库的二次开发。

安全性良好：所有的设计方案都充分考虑了系统的安全性，使用采集系统对监控系统的影响达到最小。

数据容量大：采用虚拟内存管理技术，理论上数据存储是无限制的（受硬盘空间和内存大小的影响）。

另外，还有响应速度、运行是否稳定、扩展性是否强、兼容性好等衡量指标。 2.4 防爆及防爆标志 根据国家标准的规定，爆炸危险环境用电设备分为2类。有瓦斯爆炸危险的矿井使用的电气设备为I类，除瓦斯矿井以外的爆炸危险场所使用的电气设备为II类。II类电气设备又分为A、B、C三级，这是根据使用场所的爆炸性混合物最大试验安全间隙或最小点燃电流来分的。II类电气设备还按最高表面温度的不同，分为T1-T6共6组。防爆型设备在外壳上的总标志为：“Ex”。

防爆型电气设备按防爆结构的不同，可以分为以下几种类型：增安型、隔爆型、本质安全型、通风充气型、充油型、无火花型、特殊型等等。

3 煤矿安全环境监测监控系统的种类

监测系统按工作侧重点分为环境监测系统和工况监测系统两大类。每种系统又可能包含若干子系统。如环境监测系统可能配备瓦斯突出预报子系统、顶板监测子系统；工况监测系统可能配有综采监控、胶带监控等各类子系统。

环境监测系统一般侧重于监测采掘工作面、机电硐室、采区主要进回风道等自然环境的参数，其主要功能为监测低浓度沼气（4%以下）、高浓度沼气（4%～100%）、一氧化碳、二氧化碳、氧气、温度、风量、风速、负压、矿压、地下水、通风设施、煤尘、烟雾等参数，除实时显示检测数据外，还应按《煤矿安全规程》的要求及各矿井实际情况，在一定地点及工作场所设置报警（灯光、音响）和执行装置，以便防止和预报灾害。

工况监测系统一般侧重于监测机电设备，其主要监测参数有采区产量、井下煤仓煤位、采煤机机组位置、运输机械、提升机械监控、设备故障监测及效率监测等等。但生产工况监测信息并非全部要传输到集中监控系统之中。

一些大的监控系统通常包括环境监测与工况监测两大功能，适应性更为广泛。

4 煤矿安全环境监测监控系统的结构

煤矿安全生产监控系统的系统结构分为集中式和分布式。

4.1 集中式 集中式控制是一种中心计算机直接控制被控对象的系统。其特点是信息采集、分析处理、信道管理，控制功能均由地面中心站计算机完成。数据传输量大、负担繁重，中心站计算机是系统关键性节点，当中心站和传输通道发生故障时，将导致整个系统的瘫痪。

集中式控制系统大多为星型结构，其特点是结构简单，将多个节点连接到一个中心节点即可；增加、扩展节点十分方便。中心节点是整个系统的“瓶颈”，该系统的可靠性很大程度上取决于中心节点。

4.2 分布式 分布式多级计算机控制系统，简称DSSC系统，是实时控制系统中广为采用的一种控制系统。所谓分布式多级计算机系统，就是由分布在不同地点，以协作方式互相配合进行工作的多计算机系统。一般在几个地方设置执行简单任务的低档计算机，而较复杂的任务则集中由中、高档计算机去执行。

煤矿监测监控分布式系统多用树型结构来实现。树型结构拓扑简单，适合于矿井安装施工；信息单一，系统的规模易于扩展，易于构成多级分布式系统。地面中心站只须用一根电缆直通井下，井下各分站都并联在这根主传输电缆上。这种结构方式，分站连接十分方便灵活，可根据矿井现场情况灵活配置。由于分站与分站之间并联连接，因此，任一分站的故障对其它分站无影响，分站的可靠性较高。但在首末分站距离较远时阻抗难以匹配。

构成分布式计算机系统除了树型结构还有星型、公共总线型、环型等结构形式。它们之间的区别仅在于通讯过程中数据流的路径和方式不同。