浅析煤矿监控系统与通信技术现状与发展方向

摘要：本文从煤矿安全监控、煤矿井下人员位置监测、煤炭产量远程监测、全矿井移动通信、无人值守远程监控技术及系统等几个方面介绍了煤矿监控与通信技术现状，以及煤矿监控与通信技术的发展方向。

关键词：监控系统通信技术发展方向

中图分类号：TN91文献标识码： A

煤炭是我国的主要能源，近年来，我国煤矿安全生产形势逐年好转，事故起数、死亡人数、百万吨死亡率均大幅下降。由于赋存条件差、灾害严重、地方小煤矿多等原因外造成我国煤矿安全生产压力大。随着煤矿机械化、自动化、信息化程度的提高，大大改善了煤矿生产作业环境和煤矿抵御自然灾害的能力。煤矿安全监控系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一，在煤矿瓦斯防治、灾害预警和事故调查中发挥着重要作用。但我国煤矿在监控系统与通信技术方面存在很多不足，与发达国家之间还存在很大的差距。

1、煤矿监控与通信技术的现状

1.1全矿井通信技术与系统

研究发现了一些矿井无线传输规律及特性，分析总结了矿井移动通信的特殊性和需求。针对矿井无线传输衰减大、发射功率受限、设备体积小、抗干扰能力强、抗故障能力强、防护性能好、电气防爆、电源电压波动适应能力强等特点，提出多基站矿井移动通信系统网络结构，提出矿井移动通信与应急通信系统性能要求和方法。矿井移动通信系统在煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援中发挥着重要作用。

1.2煤矿井下人员位置监测技术、标准与系统

针对GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道、矿井无线传输衰减大、电气防爆等特点，提出了煤矿井下人员位置监测系统主要技术要求和测试方法：

(1)识别卡与分站之间的无线传输距离不小于10m 。

(2)识别卡位移速度不得小于5m/s。

(3)识别卡并发数量不得小于80个。

(4)系统漏读率不得大于10。

(5)识别卡数量应不小于8000个等。

提出了煤矿井下人员位置监测系统装备要求：各个人员出入井口、采掘工作面等重点区域出入口、盲巷等限制区域应设置分站。基于RFID的煤矿井下人员位置监测系统，宜设置2台以上分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。巷道分支处应设置分站，巷道分支的各个巷道应设置分站或天线，以便判别携卡人员的运动方向。煤矿井下人员位置监测系统在遏制超定员生产，防止人员进入危险区域，事故应急救援，及时发现未按时升井人员，领导下井带班管理，特种作业人员管理，井下作业人员考勤，持证上岗管理等方面发挥着重要作用 。

1.3煤炭产量远程监测技术、标准与系统

根据遏制煤矿超能力生产等需求，提出了煤炭产量监测信息远程传输通信协议、每小时产量文件数据格式、系统工作异常文件数据格式、初始化参数文件数据格式；提出了监测与显示要求、超产监测与显示、时产量监测与显示、系统工作状态监测与异常显示；提出了基于有功功率监测、基于图像监测和计量装置工作状态监测的防作弊方法。煤炭产量远程监测系统是加强了煤炭产量监测与管理、遏制煤矿超能力生产的重要工具之一。

1.4无人值守远程监控技术与系统

为减少煤矿井下作业人员，避免或减少重、特大事故发生，研制成功煤矿供电监控系统、排水监控系统、胶带运输监控系统、轨道运输监控系统、胶轮车运输监控系统等，实现了煤矿井下机电硐室、压风机房、水泵房、带式输送机等无人值守远程监控。

2、煤矿监控与通信技术的未来研究方向

2.1 煤矿一体化通信技术与系统

为满足煤矿生产调度与应急通信的需求，需要研究煤矿一体化通信技术与系统。研究有线与无线一体化通信技术，生产调度与应急通信一体化技术，语音、视频及短信多媒体通信技术。研制具有如下功能的煤矿一体化通信系统：

(1)具有生产调度、报警联动、应急扩音通信、紧急呼叫、避险与逃生声光提示、位置监测等功能。

(2)具有语音、视频、短信等通信功能。

(3)具有移动和固定通信功能。

2.2无人工作面遥控技术

采掘工作面是煤矿事故多发地点。因此，要通过煤矿监控、通信与机械化，减少煤矿采掘工作面作业人员。目前采煤工作面能够做到工作面有人巡视条件下的回采巷道遥控和记忆割煤，但不能自动识别煤岩，不能实现工作面无人控制。因此，需要研究煤岩分界识别技术和仪器，研究液压支架、采煤机、刮板输送机精确定位技术，进一步提高监控的可靠性，实现无人工作面地面遥控。

2.3煤矿井下人员精确定位技术

煤矿事故应急救援急需煤矿井下人员定位系统，以便及时发现被困人员位置，争取救援时问。GPS信号不能覆盖煤矿井下巷道。目前，煤矿井下人员位置监测系统主要采用RFID、漏泄电缆等技术，实现了煤矿井下人员位置监测，在遏制超定员生产工作中发挥着重要作用。但这些系统不能实现人员精确定位，难以满足灾后救援的需求。因此，需要针对煤矿井下巷道特点，研究煤矿井下人员定位网络结构和定位算法等，研制具有精确定位功能的煤矿井下人员定位技术与系统，实现煤矿井下人员精确定位。

2.4煤矿重大灾害预警技术

煤矿重大灾害预警是保障煤矿安全生产的重要措施。现有煤矿安全监控系统具有瓦斯等实时监测、报警与断电功能，部分系统具有瓦斯、火灾、冲击地压等重大灾害预警功能，但预警准确率较低，难以满足煤矿安全生产需要。因此，迫切需要提高煤矿重大灾害预警准确率，研究基于煤矿安全监控系统的瓦斯、火灾、冲击地压等灾害预警技术

2.5煤矿井下生命探测技术

煤矿井下发生灾变后，生命探测技术和装置是加快搜救进度，减少人员死亡的有效手段之一。由于煤矿井下电气防爆，无线传输衰减大等特殊性，地面一些成熟技术难以直接在煤矿井下应用。这需要根据煤矿井下灾后环境特殊性，研究用于煤矿井下的生命探测与定位技术。研究能够穿透煤岩冒落物的矿用防爆超宽带生命探测雷达、矿用防爆超低频生命探测仪、矿用防爆便携式人员位置检测仪、矿用防爆光学生命探测仪、矿用防爆声学生命探测仪等。

2.6 本质安全光纤通信技术

以太网、光纤通信技术在煤矿井下应用，解决了监控数据、工业电视等宽带远距离传输问题。但激光引爆瓦斯的极限功率和能量的研究较少。需要研究光信号引爆瓦斯的极限功率和能量，以及复用方式等影响。

2.7传感器无盲区布置

为实时监测煤矿井下瓦斯浓度变化，避免瓦斯爆炸等重、特大事故发生，煤矿井下需布置大量的瓦斯等传感器。大量的瓦斯传感器不但会增加系统资金投入，还增加了系统维护工作量。因此，需要根据煤矿井下采掘布置、通风系统、风速、瓦斯分布和运移规律、瓦斯变化趋势、瓦斯爆炸界限、传感器响应时间、系统断电控制响应时问、供电系统、断电区域等，优化传感器设置地点、吊挂位置、最大间距、断电浓度、报警浓度、复电浓度等，实现传感器无盲区优化布置和分级、分区断电控制。

结束语：煤矿安全生产监控与通信是煤矿安全生产的重要保障，在煤矿安全生产，减少井下作业人员，重大灾害预警，隐患排查，安全避险，应急救援，事故调查，人员、设备和环境监管等方面发挥着重要作用，必将在今后建设安全高效、环境友好、资源节约的煤矿中，发挥更大和不可替代的作用。