【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的是英國(guó)。英國(guó)煤炭研究院于 1976 年推出轟動(dòng)一時(shí)的以時(shí)分制為基礎(chǔ)的 MINOS 煤礦監(jiān)控系統(tǒng) ，并在膠帶傳輸、井下環(huán) 4境監(jiān)測(cè)、供電供水監(jiān)測(cè)和洗煤廠監(jiān)控等方面取得成功，形成了全礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的成功應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)了煤礦自動(dòng)化技術(shù)和煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的新局面。 到了 80 年代 ， 美國(guó)以其擁有的雄厚高新技術(shù)優(yōu)勢(shì)，率先把計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)等現(xiàn)代高新科技用于煤礦監(jiān)控 系統(tǒng)，使煤礦監(jiān)控技術(shù)躋身于高科技之列。這就形成了以分布式微處理機(jī)為基礎(chǔ)的第四代煤礦監(jiān)控系統(tǒng)。其中有代表性的是美國(guó) MSA 公司的 DAN6400 系統(tǒng)，其信息傳輸方式仍屬于時(shí)分制范疇，但用原來(lái)的一般時(shí)分制的概念已不足以反映這一高新技術(shù)的特點(diǎn)。 [2] 我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較晚， 20 世紀(jì) 80 年代初，原煤炭部組織了對(duì)國(guó)外煤礦監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模的考察和引進(jìn)工作 ，大大促進(jìn)了國(guó)內(nèi)監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。先后從波蘭、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和美國(guó)等（如 DAN6400V、 TF200、MINOS 和 Senturion200）引進(jìn)了一批安全監(jiān)控系統(tǒng)，裝備了部分煤礦；在引進(jìn)的同時(shí) ，通過(guò)消化、吸收并結(jié)合我國(guó)煤礦的實(shí)際情況，研制出 KJKJ4 等系統(tǒng)并通過(guò)了鑒定， 90 年代以來(lái)，緊跟世界監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展潮流，研制開(kāi)發(fā)出了一批具有世界先進(jìn)水平的監(jiān)控系統(tǒng)，如煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的 KJ90 系統(tǒng)、煤炭科學(xué)總院常州自動(dòng)化研究所的 KJ95 系統(tǒng)等，其主要特點(diǎn)是：監(jiān)控分站的智能化水平進(jìn)一步提高；具有網(wǎng)絡(luò)連接功能；系統(tǒng)軟件采用了 Windows 操作系統(tǒng)。同時(shí)，在 “以風(fēng)定產(chǎn)，先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控 ”12 字方針和煤礦安全規(guī)程有關(guān)條款指導(dǎo)下 規(guī)定了我國(guó)各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯 突出礦井必須裝備礦井 監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。因此，大大小小的系統(tǒng)生產(chǎn)廠家如雨后春筍般的不斷出現(xiàn)，為用戶(hù)提供了更多的選擇機(jī)會(huì)，并促進(jìn)了各廠家在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)意識(shí)。實(shí)踐證明，安全監(jiān)控系統(tǒng)為煤礦安全生產(chǎn)和管理起到了十分重要的作用。 綜合評(píng)價(jià)我國(guó)現(xiàn)有煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)及配套傳感器等設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，煤炭科學(xué)研究總院重慶分院的 KJ90、煤炭科學(xué)總院撫順?lè)衷旱腒JF202天地科技股份公司常州自動(dòng)化分公司的 KJ95 和北京瑞賽公司的KJ KJ2022 等系統(tǒng)無(wú)論在軟硬 件功能、穩(wěn)定性和可靠性、專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)能力 、企業(yè)性質(zhì)和生產(chǎn)規(guī)模等方面基本代表了我國(guó)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平。 5 我國(guó)煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 目前，我國(guó)有 20 余家生產(chǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的公司或研究所，其產(chǎn)品主要是監(jiān)測(cè)環(huán)境安全參數(shù)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警或斷電控制，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控限于對(duì)設(shè)備的開(kāi) /停狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與煤炭生產(chǎn)全過(guò)程實(shí)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控差距還較大。在軟件技術(shù)上應(yīng)研究開(kāi)發(fā)能根據(jù)被監(jiān)測(cè)環(huán)境地點(diǎn)的參數(shù)進(jìn)行有效的危險(xiǎn)性判別、分析和提出專(zhuān)家解決方案，在事故情況下，指示最佳救災(zāi)和避災(zāi)路線 ，為搶救和疏散人員、器材提供決策。同時(shí)系統(tǒng)軟件應(yīng)向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，按統(tǒng)一的格式向外提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。 發(fā)展覆蓋面更廣，監(jiān)測(cè)監(jiān)控參數(shù)更多的軟件系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)綜合自動(dòng)化奠定良好基礎(chǔ)，是我國(guó)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展任務(wù)之一。 、品種齊全的礦用傳感器 目前，國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的配套傳感器，主要存在兩大問(wèn)題：一是品種不齊全，用于監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)的傳感器較多，而用于監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備工作運(yùn)行狀況參數(shù)的傳感器少；二是現(xiàn)有的傳感器不同程度存在精度差、可靠性不高的缺陷。特別是用于瓦斯綜合治理和災(zāi)害預(yù)測(cè)的甲烷傳感器，一直存在使用壽 命短、工作穩(wěn)定性差和調(diào)校 期頻繁的缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著礦井瓦斯的支持檢測(cè)。 在研制新型傳感器是應(yīng)高起點(diǎn)、高智能化，應(yīng)充足利用微處理器的優(yōu)點(diǎn)，做到自診斷、自校正、自調(diào)零、配置標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)傳接口，統(tǒng)一傳感器的傳出信號(hào)制，以提高傳輸?shù)目煽啃?、?shù)據(jù)出來(lái)的簡(jiǎn)單性和傳感器的互換性。 發(fā)展配套齊全、高可靠性的礦用傳感器是監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。 現(xiàn)有廠家的監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用各自專(zhuān)用的通信協(xié)議，互不兼容。目前，信息傳輸系統(tǒng)的兼容性已成為裝備監(jiān)控系統(tǒng)的各集團(tuán)公司、礦井 進(jìn)一步引進(jìn)和擴(kuò)充系統(tǒng)功能的制約因素。 有些礦井 為了安全生產(chǎn)的需求，在系統(tǒng)存在嚴(yán)重問(wèn)題和得不到 技術(shù)服務(wù)的條件下，不得不選擇其他的系統(tǒng)。由此，通信協(xié)議不規(guī)范的后果是造成 設(shè)備購(gòu)置重復(fù)、不能隨意進(jìn)行軟件升級(jí)改造。制定統(tǒng)一的專(zhuān)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)促進(jìn)礦井監(jiān)控技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)的推廣應(yīng)用具有十分重 6要的意義。 雖然現(xiàn)在許多礦建立了局部的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了本礦井的資源共享，但大多還處于一礦一系統(tǒng)，與外界幾乎沒(méi)有聯(lián)系，其功能和任務(wù)也極其簡(jiǎn)單。今后的發(fā)展趨勢(shì)是各生產(chǎn)礦井與礦物局、各礦物局與本省乃至全國(guó)煤礦系統(tǒng)構(gòu)成統(tǒng)一完整、功能先進(jìn)的計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)更大范圍的煤礦資源共享。 7第 2 章 安全監(jiān)測(cè) 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置要求 1. 礦井空氣成分的監(jiān)測(cè) 礦井空氣成分的監(jiān)測(cè)主要是檢測(cè)礦井空氣中的污染物的濃度 。 對(duì)煤礦來(lái)說(shuō)，這些污染物通常是指 CH CO、 CO NO、 NO2 等。 在礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中甲烷 傳感器占的比例最大。對(duì) CH4 進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，目的就是當(dāng)風(fēng)流中 CH4 含量值增加到非常值時(shí)，立即發(fā)出警報(bào)，以撤出人員，切斷該區(qū)域電源等。由于有了可靠的監(jiān)測(cè)手段，某些國(guó)家已放寬了風(fēng)流中 CH4 含量的極限值。如，波蘭 在應(yīng)用連續(xù)監(jiān)測(cè) CH4 和風(fēng)速的技術(shù)裝備后，已把工作面入風(fēng)流的 CH4 濃度上限量放寬到 1%，而在設(shè)置屏蔽電纜的工作面則放寬到 2%。 CO 是劇毒氣體，它不僅會(huì)危害到工人的身體健康，而且還是礦井發(fā)生火災(zāi)的預(yù)兆，因而必須對(duì) CO 進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。 CO2 雖不是有毒氣體，也不會(huì)發(fā)生爆炸，但礦內(nèi)空氣中的 CO2 含量的增高卻會(huì)導(dǎo)致礦井空氣中的氧含量的降低，因此 CO2 氣體也是監(jiān)測(cè)的對(duì)象。 礦塵不僅會(huì)對(duì)工人的身體健康帶來(lái)嚴(yán)重的危害，而且具有爆炸性的煤塵還是礦井安全的重大威脅，因而對(duì)礦井進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)是很有必要的。 但由于目前 監(jiān)測(cè)空氣中粉塵的 傳感器 技術(shù)尚不成熟，目前還無(wú)法對(duì)礦塵進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測(cè)，只能采取定期測(cè)定的辦法來(lái)評(píng)價(jià)礦井空氣中礦塵的濃度。（備注： 英國(guó)目前有一種可在井下連續(xù)測(cè)塵的單獨(dú)測(cè)塵儀器西姆斯林 II（ SimsinII），這種儀器有可能與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)而對(duì)礦井空氣中的礦塵濃度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。 ） 2. 礦井空氣物理狀態(tài)的監(jiān)測(cè) 直接影響礦井空氣物理狀態(tài)的主要物理因素是溫度、濕度和風(fēng)速。風(fēng)速除會(huì)影響到礦井微氣候外，還決定著進(jìn)入礦井空氣中的有毒有害氣體及其他雜質(zhì)的量。較大的風(fēng)速可以保證 礦井的風(fēng)量，一 方面 達(dá)到稀釋 CH4 濃度的目的；另一方面， 較 大的風(fēng)速產(chǎn)生的紊流 能使巷道邊緣積聚的瓦斯被吹散 。但是過(guò)高的風(fēng)速卻會(huì)使 礦塵飛揚(yáng)，影響礦工健康，對(duì)于有煤塵爆炸性危險(xiǎn)的礦井則更是不利因素 。 因此對(duì)風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)是非常重要的 。 隨著煤炭生產(chǎn)的發(fā)展，礦井深度越來(lái)越大，機(jī)械化程度也越來(lái)越高，加上其它原因，礦井生產(chǎn)環(huán)境中出現(xiàn)了高溫?zé)岷?。高溫 熱害一方面損害了礦工的身體健康，另一方面大大降低了勞動(dòng)生產(chǎn)率，因此治理礦井高溫?zé)岷κ堑V井通風(fēng)工作者 一個(gè)重要課題 。 對(duì)礦井高溫?zé)岷M(jìn)行處理，就必須摸清通風(fēng)系統(tǒng)中熱源地點(diǎn)，系統(tǒng)高溫變化趨 勢(shì) 。 因而在高溫礦井中，設(shè)置必要數(shù)量的溫 8度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度就顯得十分必要了。 3. 通風(fēng)設(shè)備（設(shè)施）運(yùn)行狀況的監(jiān)控 通風(fēng)設(shè)備（設(shè)施）運(yùn)行如果出現(xiàn)異常，將會(huì)引起一些不良的后果 。 如，局部扇風(fēng)機(jī)的停止運(yùn)轉(zhuǎn)，可能會(huì)使掘進(jìn)工作面發(fā)生瓦斯積聚 。 [3]因此每個(gè)礦井都要根據(jù)自己的安全需要，把一些重要的通風(fēng)設(shè)備（設(shè)施）列入通風(fēng)安全的監(jiān)測(cè)范圍。 4. 其他監(jiān)控 在抽放利用瓦斯時(shí)，為保證人員及設(shè)施安全，還要在抽放泵輸入管路中和儲(chǔ)氣罐輸出管路中安設(shè)高濃度瓦斯、流量、壓差、溫度傳感器。在煤倉(cāng)處還要設(shè)置煤倉(cāng)煤位傳感器，對(duì)其煤位進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 以保證煤礦的安全生產(chǎn)。 [4] 監(jiān)測(cè)和傳輸設(shè)備選擇配置及測(cè) 點(diǎn)布置 要求 礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般由監(jiān)測(cè)傳感器﹑井下分站﹑信息傳輸系統(tǒng)和地面中心站等部分組成 。 通?？煞譃殚_(kāi)環(huán)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)和閉環(huán)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，前者為不利用監(jiān)測(cè)量去控制（調(diào)節(jié)）所關(guān)聯(lián)的井下設(shè)施和設(shè)備，只進(jìn)行一般的遙控的系統(tǒng)；后者則還需利用監(jiān)測(cè)量去控制（調(diào)節(jié)）所關(guān)聯(lián)的井下設(shè)施或設(shè)備。 1. 監(jiān)測(cè)傳感器 監(jiān)測(cè)傳感器是礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感知部分，它是用來(lái)測(cè)量系統(tǒng)所需測(cè)量的量或判斷設(shè)備﹑設(shè)施狀態(tài)的部件 。 其主要有甲烷傳感器﹑一 氧化碳傳感器﹑二氧化碳傳感器﹑氧氣傳感器﹑溫度傳感器﹑風(fēng)速傳感器﹑壓力傳感器及各種狀態(tài)（開(kāi)關(guān)）傳感器等。 傳感器的供電方式有兩種：一種是一個(gè)傳感器一個(gè)電源箱；另一個(gè)是集中供電的方式，即若干個(gè)傳感器工用一個(gè)電源箱，而這種電源箱大多和系統(tǒng)分站在一起 ， 井下使用的傳感器的供電電源必須是本質(zhì)安全型的。 傳感器模擬出的被測(cè)量的電信號(hào)分為電壓型﹑電流型和脈沖型 3 種。我國(guó)初期設(shè)計(jì)的傳感器的輸出制式還有電壓型，其中檔次分的較多 .目前常用的瓦斯檢測(cè)報(bào)警斷電儀，如 AYJ1 型或 AYJ2 型、 ABD21 型采用的都是脈沖型。 2. 井下分站 由傳感器輸出的統(tǒng)一制 式的信號(hào)必須進(jìn)入井下發(fā)送裝置才能進(jìn)入信息 9傳輸系統(tǒng)，這個(gè)發(fā)送裝置稱(chēng) 為井下分站 。分站的作用是 收集接入的各種傳感器送來(lái)的模擬信號(hào)并進(jìn)行整理；根據(jù)中心站的命令將各種監(jiān)測(cè)參數(shù)和設(shè)施、設(shè)備工作狀態(tài)參數(shù)發(fā)送給中心站；接收中心站的控制信息，執(zhí)行中心站的各種控制命令，控制所關(guān)聯(lián)的設(shè)備、設(shè)施 。 一些智能化程度比較高的分站，在系統(tǒng)電纜斷開(kāi)后，分站仍能繼續(xù)工作，如實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警、斷電、連續(xù)記錄監(jiān)測(cè)參數(shù)等 。 目前井下分站的發(fā)展趨勢(shì)主要是提高智能化程度 ， 一般來(lái)說(shuō)分站備有備用電源，在電網(wǎng)停電時(shí)仍能繼續(xù)工作 。 大 多數(shù)分站可以接入 48 個(gè)模擬量，輸出 23 個(gè)控制量 。 我國(guó)早期生產(chǎn)的各種瓦斯斷電儀，一些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如 MJC100A、 A1，采用一個(gè)傳感器一個(gè)分站的形式 ， 這種方式適用于中小型煤礦。 3. 信息傳輸系統(tǒng) 井下分站和地面中心站的連接部分 是信息傳輸系統(tǒng)，它直接影響著信息的傳輸質(zhì)量和系統(tǒng)的投資費(fèi)用 。 在電磁干擾大，環(huán)境潮濕，有易燃、易爆、腐蝕性氣體，空間小，有頂板冒落危險(xiǎn)的井下，對(duì)信息傳輸提出了特殊的要求，特別是傳感器分散分布，信號(hào)無(wú)法集中發(fā)送時(shí)，情況尤為突出。這就造成了礦井信息傳輸系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特殊性。信息傳輸系統(tǒng) 按結(jié)構(gòu)可分為放射狀、環(huán)狀和樹(shù)狀 3 種。 4. 地面中心站 礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分是地面中心站 。 地面中心站目前大多由計(jì)算機(jī)和信號(hào)傳輸接口部分組成。信號(hào)傳輸接口將井下傳來(lái)的信號(hào)解調(diào)送入計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)則通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)，向井下各分站進(jìn)行通訊聯(lián)系，發(fā)出指令，指揮各分站向中心站送回各種監(jiān)測(cè)量 。 地面中心站的計(jì)算機(jī)根據(jù)井下各分站送來(lái)的各種監(jiān)測(cè)信息處理的結(jié)果，必要時(shí)可向有關(guān)分站發(fā)出指令，指揮分站控制某種對(duì)象（如井下某地區(qū)瓦斯?jié)舛瘸?，切斷該地區(qū)的電源），操作人員也可根據(jù)計(jì)算機(jī)提供的清單，向計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，計(jì)算機(jī)通過(guò) 顯示屏顯示各種數(shù)據(jù)，既有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以了解過(guò)去某一階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，還可以知道發(fā)展趨勢(shì)。 計(jì)算機(jī)是整個(gè)礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心，目前可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，另一類(lèi)是分布式。前者把計(jì)算機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和處理的中心，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)成簡(jiǎn)單，易于管理；缺點(diǎn)是當(dāng)主機(jī)或傳輸系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓 。 后者是利用智能遠(yuǎn)程分站將數(shù)據(jù)的采集、處理分散進(jìn)行，一些可以通過(guò)本地分站就地處理的監(jiān)測(cè)對(duì)象就不必進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)遙測(cè)，而可以改變呼喚遙測(cè)，一些系統(tǒng)的分站有 病肢 切斷功能， 10 當(dāng)系統(tǒng)某部位出現(xiàn)故障時(shí)， 可以切斷 病肢 ，使系統(tǒng)其余部分正常工作 .分布式礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)適用于地域分散、負(fù)載分散、環(huán)境條件較差的情況，其優(yōu)點(diǎn)是在傳輸系統(tǒng)或主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)仍可進(jìn)行工作 。 [5] 要求 礦井使用瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的目的是為了通過(guò)采用新技術(shù)來(lái)改進(jìn)采掘過(guò)程中的安全狀況，改善礦井的環(huán)境與安全條件，提高生產(chǎn)率；保證礦井的生產(chǎn)計(jì)劃和工程的實(shí)現(xiàn)。 為此，系統(tǒng)的選擇主 要應(yīng)從如下幾個(gè)方面考慮。 1. 礦井災(zāi)害情況 如礦井瓦斯涌出量、煤層自然發(fā)火、沖擊地壓及地溫地?zé)岬葹?zāi)害及程度都是確定建立礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類(lèi)型的及程度都是確 定建立礦井瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)類(lèi)型的依據(jù)。 2. 礦井生產(chǎn)情況 要根據(jù)礦井生產(chǎn)能力的大小與生產(chǎn)系統(tǒng)復(fù)雜程度以及井下采掘工作面的數(shù)量、機(jī)電硐室數(shù)目、裝煤點(diǎn)數(shù)目、風(fēng)硐等一些需要監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的數(shù)量來(lái)確定瓦斯監(jiān)測(cè)系