基于無線移動技術(shù)的煤礦井下瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

劉永剛

摘要：瓦斯是古代植物在堆積成煤炭的過程初期，由纖維素和有機(jī)質(zhì)在厭氧菌的作用下，分解而成無色、無味的氣體，當(dāng)在井下進(jìn)行采煤作業(yè)時，達(dá)到一定的濃度后，就會使人缺氧而窒息，甚至發(fā)生燃燒或爆炸。本文中介紹的無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，可以將井下移動的便攜武檢查儀進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過人員的移動不斷地監(jiān)控各個區(qū)域、各個時間節(jié)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?，并將?shù)據(jù)自動上傳至主計(jì)算機(jī)，當(dāng)出現(xiàn)瓦斯超標(biāo)時，計(jì)算機(jī)就會自動閉鎖進(jìn)行控制，或者發(fā)出警報(bào)，通過煤礦井下無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的分析，闡述其優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)煤礦技術(shù)型創(chuàng)新提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煤礦井下；無線移動；瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)

瓦斯是威脅煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國的高瓦斯礦井占全體礦井的50%左右，瓦斯事故所造成的人員傷亡總?cè)藬?shù)，占礦難總傷亡人數(shù)的60%以上，并且在所有礦難中，瓦斯事故幾乎接近于七成，因此所有煤礦的瓦斯監(jiān)控，都是煤礦安全管理部門的核心監(jiān)控項(xiàng)目，是所有安全工作中最重要的組成部分。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了實(shí)時監(jiān)測煤礦井下的瓦斯?jié)舛?，各個煤礦采用了各種瓦斯監(jiān)控的方法，用以保證井下正常的生產(chǎn)活動。

1.傳統(tǒng)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題及不足

傳統(tǒng)的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要分為兩大類：一類是固定式監(jiān)控，所采用的檢測設(shè)備是瓦斯傳感器；另一類是移動式監(jiān)控，所采用的監(jiān)測設(shè)備為個人便攜式瓦檢儀。

1.1固定式瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

固定式瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)主要的組成部分有：瓦斯傳感器、地面監(jiān)控系統(tǒng)、井下監(jiān)控系統(tǒng)等，固定在煤礦井下的瓦斯傳感器，將井下監(jiān)測的實(shí)時數(shù)據(jù)通過井下監(jiān)控系統(tǒng)，將監(jiān)測的信息傳遞到地面的控制中心，以實(shí)現(xiàn)井下瓦斯的全天候監(jiān)控，固定式的瓦斯監(jiān)控設(shè)備采用的是有線連接的方式，雖然監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠，但是還存在很多弊端。

第一、固定式瓦斯監(jiān)控體系存在監(jiān)控盲區(qū)；

第二、瓦斯傳感器后期維護(hù)問題；

第三、人為破壞。

1.2移動式瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

移動瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)與固定傳感器不同的是，由瓦檢人員攜帶便攜式的瓦斯檢測儀，進(jìn)入到生產(chǎn)區(qū)域，進(jìn)行流動性檢查，當(dāng)進(jìn)入到一個瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)的區(qū)域內(nèi)，瓦斯檢測儀就會發(fā)出聲光警報(bào)，瓦檢人員需要立即通知井上調(diào)度中心，采取相應(yīng)的安全措施，便攜式瓦斯檢測儀體積小、使用方便，但是同樣存在很多問題。

第一、監(jiān)測點(diǎn)隨意性較大；第二、監(jiān)測到的數(shù)據(jù)不能聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測、不能自動上傳，即使把數(shù)據(jù)上報(bào)到調(diào)度中心，數(shù)據(jù)的滯后性也很明顯；第三、人為因素明顯，在監(jiān)測過程中，對于人員素質(zhì)的要求很高，如果大量不利的人為因素出現(xiàn)，必然會導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。

2.無線移動瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)組成及工作原理

針對固定式（固定瓦斯傳感器）及移動式（便攜式瓦斯檢測儀）監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷，由此產(chǎn)生了無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)。它是通過無線通信技術(shù)，將便攜式瓦斯檢測儀中的數(shù)據(jù)實(shí)時的傳遞給調(diào)度中心，完成全區(qū)域監(jiān)控。在實(shí)際組成煤礦井下整體瓦斯監(jiān)控體系時，首先需要解決煤礦井下無線信號大面積覆蓋的問題，其次要形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)平臺，充分利用無線移動技術(shù)，將井下便攜式瓦檢儀實(shí)時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，上傳到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行全程監(jiān)控。無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：終端監(jiān)測儀、無線收發(fā)器、定位裝置、數(shù)據(jù)通信接口以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)幾個方面。

為了保障上傳的瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)與井下位置保持一致性，也就要確定監(jiān)測點(diǎn)的位置，需要在井下無線信號覆蓋的地方加裝定位裝置，定位器不斷的發(fā)出位置信息，與無線瓦檢儀傳遞的數(shù)據(jù)一起反饋給地面；同時地面計(jì)算機(jī)也可以通過操作系統(tǒng)向井下人員發(fā)送報(bào)警信息，通過聲音、閃光、震動等形式，提醒井下工作人員，現(xiàn)在的瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)超標(biāo)，為井下人員的撤離及井上人員的救援提供參考。

3.無線移動瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)功能

無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了井下信號的全方位覆蓋，有效解決了固定式瓦斯傳感器存在的監(jiān)控盲區(qū)問題，同時實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測，解決了傳統(tǒng)便攜式瓦斯檢測儀存在的數(shù)據(jù)滯后及人為現(xiàn)象嚴(yán)重的問題。各個監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可以及時上傳，由各個井下監(jiān)測分站將數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，其主要的系統(tǒng)功能有：

第一、瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時上傳，監(jiān)控區(qū)域覆蓋于整個煤礦井下。

第二、便攜式瓦斯檢測儀與井下監(jiān)測分站及井上調(diào)度中心形成聯(lián)網(wǎng)體系，可以第一時間將數(shù)據(jù)信息反饋給地面調(diào)度部門。

第三、監(jiān)測數(shù)據(jù)可以進(jìn)行自動的分析及保存，有利于井上分析處理相關(guān)問題，當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時，具有自動閉鎖及聲光報(bào)警等功能。

第四、具有一定的定位功能，方便地面調(diào)度中心對瓦檢員的井下移動軌跡，進(jìn)行相關(guān)的跟蹤，進(jìn)行移動線路間數(shù)據(jù)的相互對比，防止人為因素現(xiàn)象產(chǎn)生。

第五、無線移動瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)具有雙向通信功能，如果地面調(diào)度中心有緊急事件需要通知時，可以通過收發(fā)短信的形式，將信息發(fā)送到單個或整體的瓦斯監(jiān)測儀上，煤礦井下人員當(dāng)遇到突發(fā)事件時，也可以反向向地面調(diào)度中心發(fā)出求救信號，以獲得及時的救援。

4.無線移動瓦斯監(jiān)測儀關(guān)鍵問題分析

4.1煤礦井下信號覆蓋問題

煤礦井下的巷道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，巷道里面有錯綜復(fù)雜的分支、拐彎以及各個工作面，還有生產(chǎn)設(shè)備、皮帶車輛等障礙物的存在，所以要實(shí)現(xiàn)井下信號的全方位連續(xù)覆蓋，其實(shí)并不容易。首先要在大巷中設(shè)立瓦斯監(jiān)測分站，并且數(shù)量要進(jìn)行保障，同時這些分站的位置要相對固定，分站與分站之間用有線電纜進(jìn)行連接，作為信號處理的中轉(zhuǎn)站，從每個分站中引出多個無線信號收發(fā)器，充分分布于分站周邊的各個區(qū)域，如：工作面、掘進(jìn)面、分支巷道等，分站與無線信號收發(fā)器之間也采用有線電纜進(jìn)行連接，以方便后期無線信號收發(fā)器的日常維護(hù)。

當(dāng)無線信號收發(fā)器鋪設(shè)完成后，需要從無線收發(fā)器中引出多條信號電纜作為信號天線，沿著所需要覆蓋的區(qū)域進(jìn)行鋪設(shè)，有信號電纜的地方就有無線信號，總體來說只要人可以進(jìn)駐的地方，信號電纜就可以鋪設(shè)到哪，沒有區(qū)域的限制，同時信號也不會隨著巷道的分支及拐彎而受到影響。

4.2便攜式瓦斯檢測儀的定位問題

信號收發(fā)器可接收的范圍往往涉及幾百米的空間，在同一個范圍區(qū)域內(nèi)，有時有可能會出現(xiàn)多臺便攜式瓦斯檢測儀同時上報(bào)數(shù)據(jù)，因此需要對每一臺便攜式瓦斯檢測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)定位，這就需要通過定位裝置來得以完成，定位器是由電池供電的小型無線設(shè)備，通過事先在地面數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行輸入位置，它會不斷地向外發(fā)送其特有的位置數(shù)據(jù)信息，當(dāng)瓦檢員到達(dá)一個區(qū)域后，在它附近的定位設(shè)備就會向地面調(diào)度中心把當(dāng)前的位置信息及瓦斯數(shù)據(jù)信息一起進(jìn)行上報(bào)，并由地面上的瓦斯監(jiān)控計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理。

5.結(jié)語

通過以上的分析，我們發(fā)現(xiàn)無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)對個人便攜式瓦斯監(jiān)測儀進(jìn)行了統(tǒng)一集中的管理，整個系統(tǒng)在實(shí)時數(shù)據(jù)上傳方面及雙向數(shù)據(jù)通信方面有著無可比擬的優(yōu)勢，所以在2009年全國煤炭瓦斯防治工作會議中，將無線移動瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)定位為先進(jìn)適用技術(shù)。目前，煤礦井下的無線移動瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)完成了相關(guān)的開發(fā)及準(zhǔn)備工作，相關(guān)行業(yè)部門已經(jīng)得到了充分的認(rèn)證，并且已經(jīng)在一些大新型煤礦中得以實(shí)際運(yùn)用。該系統(tǒng)的推廣，必然會對煤礦瓦斯監(jiān)測及瓦斯事故預(yù)防提供積極方面的意義，對我國整個煤炭行業(yè)的安全生產(chǎn)提供堅(jiān)強(qiáng)的保護(hù)。