煤礦平安監控技術.1系統組成及工作原理1.1定義煤礦平安監控系統用來監測甲烷濃度、一氧化碳濃度、二化碳濃度、氧氣濃度、風速、風壓、溫度、煙霧、饋電狀態、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主通風機開停等，并實現甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制等。.1.2組成系統一般由傳感器、執行機構、分站、電源箱〔或電控箱〕、主站〔或傳輸接口〕、主機〔含顯示器〕、系統軟件、效勞器、打印機、大屏幕、UPS電源、遠程終端、網絡接口電纜和接線盒等組成，如圖1所示。.礦井平安生產監控系統.1.3工作原理傳感器將被測物理量轉換為電信號，并具有顯示和聲光報警功能〔有些傳感器沒有顯示、或沒有聲光報警〕。執行機構〔含聲光報警及顯示設備〕將控制信號轉換為被控物理量。分站接收來自傳感器的信號，并按預先約定的復用方式遠距離傳送給主站〔或傳輸接口〕，同時，接收來自主站〔或傳輸接口〕多路復用信號。分站還具有線性校正、超限判別、邏輯運算等簡單的數據處理能力、對傳感器輸入的信號和主站〔或傳輸接口〕傳輸來的信號進行處理，控制執行機構工作。.電源箱將交流電網電源轉換為系統所需的本質平安型直流電源，并具有維持電網停電后正常供電不小于2小時的蓄電池。傳輸接口接收分站遠距離發送的信號，并送主機處理；接收主機信號、并送相應分站。傳輸接口還具有控制分站的發送與接收，多路復用信號的調制與解調，系統自檢等功能。主機一般選用工控微型計算機或普通微型計算機、雙機或多機備份。主機主要用來接收監測信號、校正、報警判別、數據統計、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、輸出控制、控制打印輸出、聯網等。.1.4特點煤礦井下是一個特殊的工作環境，有易燃易爆可燃性氣體和腐蝕性氣體，潮濕、淋水、礦塵大、電網電壓波動大、電磁干擾嚴重、空間狹小、監控距離遠。因此，礦井監控系統不同于一般工業監控系統，礦井監控系統同一般工業監控系統相比具有如下特點：(1)電氣防爆。一般工業監控系統均工作在非爆炸性環境中，而礦井監控系統工作在有瓦斯和煤塵爆炸性環境的煤礦井下。因此，礦井監控系統的設備必須是防爆型電氣設備，并且不同于化工、石油等爆炸性環境中的工廠用防爆型電氣設備。

.(2)傳輸距離遠。一般工業監控對系統的傳輸距離要求不高，僅為幾千米，甚至幾百米，而礦井監控系統的傳輸距離至少要到達10千米。(3)網絡結構宜采用樹形結構。一般工業監控系統電纜敷設的自由度較大，可根據設備、電纜溝、電桿的位置選擇星形、環形、樹形，總線形等結構。而礦井監控系統的傳輸電纜必須沿巷道敷設，掛在巷道壁上。由于巷道為分支結構，并且分支長度可達數千米。因此，為便于系統安裝維護、節約傳輸電纜、降低系統本錢宜采用樹形結構。.(4)監控對象變化緩慢。礦井監控系統的監控對象主要為緩變量，因此，在同樣監控容量下，對系統的傳輸速率要求不高。(5)電網電壓波動大，電磁干擾嚴重。由于煤礦井下空間小，采煤機、運輸機等大型設備啟停和架線電機車火花等造成電磁干擾嚴重。(6)工作環境惡劣。煤礦井下除有甲烷、一氧化碳等易燃易爆性氣體外，還有硫化氫等腐蝕性氣體，礦塵大、潮濕、有淋水、空間狹小。因此，礦井監控設備要有防塵、防潮、防腐、防霉、抗機械沖擊等措施。.(7)傳感器〔或執行機構〕宜采用遠程供電。一般工業監控系統的電源供給比較容易，不受電氣防爆要求的限制。礦井監控系統的電源供給，受電氣防爆要求的限制。由于傳感器及執行機構往往設置在工作面等惡劣環境，因此，不宜就地供電。現有礦井監控系統多采用分站遠距離供電。(8)不宜采用中繼器。煤礦井下工作環境惡劣，監控距離遠，維護困難，假設采用中繼器延長系統傳輸距離，由于中繼器是有源設備，故障率較無中繼器系統高，并且在煤礦井下電源的供給受電氣防爆的限制，在中繼器處不一定好取電源，假設采用遠距離供電還需要增加供電芯線。因此，不宜采用中繼器。.通過上面對礦井監控系統的分析，可以看出，礦井監控系統不同于一般工業監控系統。因此，直接用一般工業監控的理論和技術解決礦井監控的問題是行不通的。不是不符合電氣防爆要求，就是傳輸距離太近，或網絡結構不適合用于礦井監控系統，或不能進行總線供電，或節點容量太小等等。因此，有必要研究適合礦井監控系統的理論和技術。

.2系統作用及使用2.1作用〔1〕當瓦斯超限或局部通風機停止運行或掘進巷道停風時，煤礦平安監控系統自動切斷相關區域的電源并閉鎖同時報警：①防止或減少由于電氣設備失爆、違章作業、電氣設備故障電火花或危險溫度引起瓦斯爆炸；②防止或減少采、掘、運等設備運行產生的摩擦碰撞火花及危險溫度等引起瓦斯爆炸；③提醒領導、生產調度等及時將人員撤至平安處。④提醒領導、生產調度等及時處理事故隱患，防止瓦斯爆炸等事故發生。

.〔2〕還可通過煤礦平安監控系統監控瓦斯抽放系統、通風系統、煤炭自燃、瓦斯突出等。〔3〕煤礦平安監控系統在應急救援和事故調查中也發揮著重要作用，當煤礦井下發生瓦斯〔煤塵〕爆炸等事故后，系統的監測記錄是確定事故時間、爆源、火源等重要依據之一。.2.2現存問題煤礦應按照?煤礦平安規程?和?AQ1029-2007煤礦平安監控系統及檢測儀器使用管理標準?安裝、使用、維護和管理系統。但局部煤礦傳感器裝備數量和地點不滿足上述規程和標準的要求，更沒有按照規程和標準調校和維護，甚至將傳感器報警濃度調高，不使用斷電控制功能等。

.筆者作為國務院煤礦事故調查專家組組長參加的河北唐山劉官屯煤礦“12.7〞特別重大瓦斯爆炸事故〔死亡108人〕、山西大同煤礦集團焦家寨礦“11.5〞特別重大瓦斯爆炸事故〔死亡47人〕、山西臨汾瑞之源煤礦“12.5〞特別重大瓦斯爆炸事故〔死亡105人〕、山西焦煤集團屯蘭礦“2.22〞特別重大瓦斯爆炸事故〔死亡78人〕、河南平頂山市新華四礦“9.8〞特別重大瓦斯爆炸事故〔死亡79人〕，事故礦均沒有按規程和標準要求安裝、維護和使用系統。有的傳感器裝備數量缺乏，有的安裝地點不正確，有的報警濃度、斷電濃度和斷電控制設置不正確，有的從不調校、有的不能正常運行、形同虛設。.例如：2021年2月22日發生死亡78人的特別重大瓦斯爆炸事故的屯蘭礦是事故礦中煤礦平安監控系統使用維護最好的煤礦，但仍存在著下述嚴重問題：〔1〕將回風巷甲烷傳感器報警值和斷電值調高至2.5%，如圖2所示。〔2〕將4臺電氣開關開關設置在微風的12403工作面1號聯絡巷，但不設置甲烷傳感器，如圖3所示。因此，?煤礦平安規程?〔2021年版〕第132條第二款修改為“井下個別機電設備設在回風流中的，必須安裝甲烷傳感器并具備甲烷超限斷電功能〞。.這就要求開關等電氣設備應設置在全風壓進風處，假設不能滿足，應設置甲烷傳感器，并具備甲烷超限斷電閉鎖功能。由于采煤工作面回風巷和掘進巷道已設置甲烷傳感器，因此，設置在采煤工作面回風巷和掘進巷道的電氣設備可不再單獨設置甲烷傳感器。〔3〕系統工作不穩定，事故前20分鐘內，監測信號中斷4次，如圖2所示。.圖2瓦斯監測數據屢次中斷、斷電值調為2.5%CH4.圖312403采煤工作面1號聯絡巷布置圖.2.3使用與維護要點〔1〕選用符合?AQ6201-2006煤礦平安監控系統通用技術要求?等，取得礦用產品平安標志準用證和防爆合格證的系統。〔2〕按照?煤礦平安規程?和?AQ1029-2007煤礦平安監控系統及檢測儀器使用管理標準?設計、安裝、使用、管理與維護系統。〔3〕甲烷、風速、風壓、風筒、風門、局部通風機開停、主通風機開停、饋電狀態等傳感器要按規定的數量和地點正確安裝與維護。.〔4〕根據被控對象的不同，正確連接甲烷斷電閉鎖和風電閉鎖。〔5〕根據工作面和回風巷等不同地點，正確設置報警濃度、斷電濃度、復電濃度和斷電區域。〔6〕每隔10天使用校準氣樣和空氣氣樣對甲烷傳感器進行正確調校，同時對甲烷斷電閉鎖和風電閉鎖功能進行測試。〔7〕甲烷超限報警、斷電、饋電異常、停風報警后，要及時采取停電、撤人等平安措施。.3相關標準及規程宣講3.1相關標準及規程有關煤礦平安監控系統的安裝、使用、維護與管理的標準和規程有?煤礦平安規程?第3章通風平安監控、?AQ1029-2007煤礦平安監控系統及檢測儀器使用管理標準?。.有關煤礦平安監控系統生產、設計、測試與檢驗的標準有?6201-2006煤礦平安監控系統通用技術要求?、?MT/T1004-2006煤礦平安生產監控系統通用技術條件?、?MT/T1005-2006礦用分站?、?MT/T1006-2006礦用信號轉換器?、?MT/T1007-2006礦用信息傳輸接口?、?MT/T1008-2006煤礦平安生產監控系統軟件通用技術要求?、?MT/T1079-2021礦用斷電控制器?、?MT/T1078-2021礦用本質平