煤矿井下安全监控系统技术改进探讨时玉明

煤矿井下安全监控系统技术改进探讨时玉明

时玉明

黑龙江龙煤矿山建设有限公司黑龙江鸡西158100

摘要：对煤矿安全监控系统的结构组成进行了分析，然后指出现阶段煤矿井下安全监控中存在传感器的监测质量不高、总线通讯方式存在一定的缺陷以及变频干扰影响严重等问题，提出了使用ZigBee便携传感器、使用CAN总线及降低变频器谐波影响的改进方法，有一定的参考价值。

关键词：监控系统；井下作业；安全检测

煤矿安全监控系统构成

煤矿安全监控系统的结构示意如图1所示，由图1可知，安全监控系统主要包括井下安全监控系统与地面安全监控系统两部分。井下安全监控系统以矿用分站为主，是井下信息的接收和处理单元，矿用分站分别同V风速、T温度、CH4甲烷、F粉尘、CO一氧化碳、P负压等环境参数传感器以及风筒、风门机电设备开/停等开关量传感器进行配接，从而完成对当前矿井生产区域的各类数据采集，达到对井下生产环境安全检测和监控的目的。地面安全监控的主站设备则以信息采集处理中心为主，主要由传输接口、监控主机与备用机、监测管理软件以及监视器、信号避雷器和打印机等共同构成，其主要功能为将由井下上传的相关监测控制信息及时发送至煤矿生产的各个部门，从而对井下作业环境展开全面分析与综合判断，以此来确保煤矿生产的安全。

1煤矿井下安全监控系统存在的问题

1.1传感器监测效果较差

井下瓦斯大都是在开采时溢出的，其中尤以工作面的瓦斯含量最高，然而，因工作面布线以及安装等工作存在较大难度，当前多数企业并未在工作面设置瓦斯监测装置，而只是在回风巷中安装固定式的瓦斯探头，故现有煤矿井下固定位置的传感器在瓦斯检测方面存在着较大的局限性。此外，被安置在固定关键位置的传感器也并不具备良好的自诊断功能，且调校周期相对较长，从而导致传感器的核心催化元件出现传输故障，而在实际井下作业过程中，此种情况又通常易被工作人员和管理人员忽视，从而造成系统井下监控数据的准确性和有效性严重失真。

1.2总线通信方式缺陷

结合当前我国煤矿企业安全监控系统的实际应用状况，了解到大部分安全监控系统采取的都是封闭式检测系统互补，企业自行订立了信息交换标准以及通信协议，但却没有明确的信息使用规范，其中，煤矿生产企业应用最广泛的就是串行总线信息传输，串行总线包括RS485和RS232两种，加之FSK调制解调方式完成井下信息传输，虽然这种方式应用较为普遍，但是，其中仍存在许多缺点和不足，如：既定安全监控系统采用了主从式传输办法，很难满足各监控站的通信要求，也很难完成地面主站设备的信息传输需要，还会受地面电缆和主设备的影响。总之，总线系统数据通信方式存在数据传输效率低、信息传输延时、命令相应慢等问题；这种总线方式一旦发生通信线路中断或异常，就会造成井下数据无法上传，严重影响系统的实时性和灵活性，造成了极大的井下作业隐患，不利于煤矿井下作业安全。

1.3变频干扰影响严重

在煤矿井下作业中，电磁干扰也是比较严重的，而且干扰源比较复杂，尤其是近年来变频器的使用越来越多，在电磁干扰的影响下就使井下安全监控系统出现误报警等情况，进一步造成瓦斯超限预报的错误情况，最终引发了误断电问题。电磁辐射的存在使得变频器附近的信号受到干扰，井下安全监控系统不能正确进行信号检测。结合实际情况可知，目前变频器干扰主要是以下情况：第一，现阶段很多变频器中都使用了晶闸管等非线性整流器件，而这些非线性整流器件的使用会形成谐波，此时变频器就会因为谐波的存在而干扰其他设备，使得安全监控系统中的信号波形出现畸变，也就是使电压畸变率处在10%～40%，影响了信号采集以及传输质量；第二，变频器的输出部分使用的是绝缘栅双极型晶体管等，这样在输出能量的过程中还会产生很强的电磁辐射，对周边电器元件造成很大干扰。

2煤矿井下安全监控系统的技术改进

2.1采用ZigBee便携传感器

ZigBee技术的开发应用实现了对煤矿井下采集数据的直接上传，有效提升了监控数据传输的及时性和有效性，有利于实施煤矿井下安全隐患检测工作的开展，满足煤矿安全监控系统技术发展要求。结合便携式传感器的主要具体应用技术分析可知，便携式传感器采用了无线发送和定时输出两种供电模式，将这项技术用到采煤机上，以采煤机电源直流电源供电，可以作为煤矿井下主要电源的供应，利用无线通信技术实现井下采掘信息的传递。无线传感器数据采集功能的实现离不开ZigBee技术的支持，该技术还有利于推动远程数据采集和数据信息传递，煤矿井下生产数据传递可以经过地面数据采集预处理系统，实施有效的井下安全监测，安全技术人员可以通过局域网浏览器更好地完成煤矿井下的安全采集工作。

2.2CAN总线的应用

与传统的串行通信总线相比，CAN总线具有良好的差错控制力，不仅能够支持高速率长距离的信号传输，还具有相对完善的规范与协议。CAN总线主要由DSP内嵌控制器以及具有总线驱动与高速光电隔离驱动的发射器CTM1040构成，结构较为简单，且可靠性较强，能够较好地满足煤矿井下安全监控的相关需求。CAN总线在煤矿井下安全监控系统中的应用优势如下：（1）CAN总线采用多种工作方式，在网络中的任意节点处均能够主动向其他节点发送数据信息，同时，以系统实时性为出发点将信息的发送划分为不同的优先级，当发生总线冲突时，能够有效减少总线仲裁的时间；（2）CAN总线以短帧结构为主，并具备支持CRC循环冗余校验的硬件设备，受外部干扰较小且总线的占用时间较短，当信息发送产生错误时，能够支持自动重发，而当节点本身存在严重错误时，还可进行自动退出总线的操作；（3）CAN总线的传输介质以双绞线和同轴电缆为主，其传输速率最高可达1Mbit/s，其单条总线至多可接110个节点，并经由CAN/RS232网桥对其节点数进行扩充。

2.3有效降低变频器谐波影响

变频器谐波的应用有着极为重要的作用，它可以

降低煤矿井下作业的安全危害，变频器谐波有利于降低外界干扰，阻碍变压器的不良影响，实现多相脉冲整流引入，加强变频器谐波的传导干扰。将12相与18相脉冲整流电压畸变率总结如下，见表1。

由表１可知，两种脉冲整流电压畸变率主要分布在10％～15％和3％～8％两个区间范围内，通过脉冲整流电压的干扰和保护来维持井下安全监控系统的安全性和稳定性。

结束语

我国煤炭事业的发展首要条件就是煤炭地质勘查工作的提升，只有不断的解决煤炭地质勘查技术存在的问题，研发出更多新型的煤炭地质勘查技术，才能真正提高我国煤炭地质勘查的效率，从而对煤炭开采工作打下良好的基础，促进社会经济的繁荣发展。

参考文献

[1]乔峥.煤矿井下安全监控系统技术改进探讨[J].煤炭与化工.2016(10)

[2]刘喜斌.煤矿井下安全监控系统的技术改进[J].黑龙江科学.2017(12)