【安防知识网】本着专业理念出发，笔者从一开始就以探讨煤矿安防应用作为本期专题出发点。但在采访过程中，愈发感受到 “煤矿安全”的重要性。其实“安防”为求“安全”，而对于煤矿这一保守且高封闭性的领域来说，“安防应用”只有依附于“安全生产”方能实现最大价值。

　　煤矿生产向来秉承八字原则：治理隐患，防范事故，为此不少厂家研发了众多安全监测系统和安防系统来实现这一目标。其中，煤矿安全监测系统对井下瓦斯含量、液压、液位、电压、电流、粉尘、水泵、通风机等关键设备进行全方位的监控;而安防系统除了利用防爆摄像机来监控井下巷道等生产情况外，更是将传统的人员考勤系统升级为人员定位的管理系统，全面保障人员安全。

　　按理说，有了这么多安全监测和安防系统“坐阵”，煤矿事故不应再有机会“入侵”，开采人员的人身安全更该毫发无伤。然而，2010年9月22日凌晨2时许，作为中国的产煤大省山西古交市屯兰煤矿发生特大瓦斯爆炸事故，其中当班入井436人，约77人遇难;2010年7月31日凌晨2时40分许，山西临汾翼城县的阳泉煤业集团一整合煤矿发生爆炸事故，致17人死，104人伤;再往前一点，2009年11月21日2时30分左右，黑龙江省人民政府批准的由鹤岗矿务局改制注册的国有独资企业，龙煤控股集团鹤岗分公司新兴煤矿发生爆炸事故，死亡人数 107人;其他大大小小的煤矿事故更是屡屡见报，爆炸的原因多属未健全完善的通风系统、可燃气体、或未按时抽采检验瓦斯浓度，导致瓦斯浓度超标引发瓦斯爆炸等。诚然，管理失职不可推卸，而安全监测和安防系统使用上的缺陷也不容忽视，天津天地伟业数码科技有限公司无人值守部经理付月文表示：“频发的大型恶性煤矿事故，大多因违规操作、违规生产导致瓦斯浓度超标，只有借助安防技术对煤矿生产进行技术支撑，做到提前预防、及时处警、快速处理，才能真正减少甚至避免事故的发生。”

　　本期，我们暂且撇开管理上的漏洞，就系统技术面和应用面来探讨为应对煤矿事故的头号杀手 “瓦斯/可燃气体爆炸”而研发的瓦斯/可燃气体监测系统，及为保障“人本安全”的人员定位系统，它们均是如何运作的?技术和使用上还有何需待完善得地方?

　　安防护身符：人员定位系统

　　人员定位系统，是为人员安全所设置的管理系统。它集井下人员考勤、跟踪定位、灾后急救、日常管理于一体，采用RFID远距离识别原理，将每个基站设置读卡点，下井人员和班组实行“一人一卡”制，该卡可视为“上岗凭证”或“坑道准入证”，更可视为下井人员的“护身符”。

　　晋城市久捷安防电子有限公司技术工程师陈瑞晨表示：“人员定位系统自2006年起开始应用于煤矿，目前多数煤矿均有安装。”煤矿生产单位将所属煤矿划分为几个区域，在井下坑道的每个区域中安装一定数量的信号收发器，而后煤矿生产单位向有关人员颁发并装备无线标识卡，一般安装在井下人员佩戴的安全帽内，并将每个区域下井人员所对应的基本信息，包括姓名、年龄、性别、所属班组、所属工种、职务、本人照片等录入到系统数据库中， 然后管理部门对该卡进行授权生效，授权范围包括：该员工可以有资格进入作业面的坑道，感应器的时效、失效、挂失等，以防止无关人员和非法人员进入坑道;进入坑道的人员必须佩戴装有无线标识卡的安全帽。当此人经过坑道的读卡器时远距离读卡，来识别和核对人员身份，集考勤与人员管理于一体。晋城久捷安防陈瑞晨表示：“一般20-50米左右就能远距离读卡，后通过GPRS无线传输将此人通过的路段、时间等信息传输至分站，各分站再通过网络传输将该站点的所有信息传输至控制终端，统一管理。”如果感应的无线标识卡号无效或进入限制通道，系统将自动报警给安全监控中心值班人员。

　　目前人员定位系统厂家众多，如北京蓝卡的KJ373型煤矿人员管理系统就是其中一例。其采用2.4G微波长距识别技术、计算机网络通讯技术及防爆技术，可实现对入井人员的实时监测、跟踪定位、轨迹查询、考勤管理、报表查询、紧急搜救等功能，及时掌握下井人员的准确位置，为煤矿安全生产及紧急救援提供实时信息。

[nextpage]　　功能丰富受追捧

　　2010年9月，国家安全监管总局、国家煤矿安监局在《关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》中明确规定：2010年底前中央和国有重点煤矿企业的所有煤矿全部建设完善井下人员定位系统;2011年底前所有煤矿全部安装井下人员定位系统。那么如此受国家重视的人员定位系统在煤矿中究竟有何能耐?

　　先不妨听听天地伟业付月文对人员定位系统的作用评价：“以前人员下井只是在工作薄上做登记，或者打卡，发生事故根本无法预知其所在位置;而RFID人员定位系统通过对煤矿坑道远距离移动目标进行非接触式信息采集，可实现对人、车在不同状态(移动、静止)下的自动识别，实现目标的自动化管理。”

　　具体总结，人员定位系统的核心功能略有以下几点。

　　1、准确完善的人员管理

　　· 可了解任一时间井下某个地点的人数和身份;

　　· 系统可随时查询一个或多个人员现在的井下实际位置;

　　· 记录有关人员在任一地点的到/离时间和总工作时间等系列信息，可督促和落实重要巡查人员(如：瓦斯检测人员)是否按时、到点的进行实地查看，或进行各项数据的检测和处理，从根本上尽量杜绝因人为因素而造成的相关事故;

　　· 实现多点共享，可同时在不同地点查看各基站信息 。

　　2、丰富的地图功能

　　具有放大、缩小、移动、标尺测距、视野控制、中心移动、土层控制、地图打印等功能。

　　3、禁区报警功能

　　对于指定的禁区，如果有人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人员。

　　4、人员轨迹查询

　　可查找某个人在某个时间段内所经历的路径，并在图中画出线路轨迹。

　　5、人员下井考勤能力

　　可对出/入井人员进行统计，实现下井人员考勤记录，建立人员出入井的各种信息报表(如：下井时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等)。

　　6、灾后急救信息

　　一旦发生各类事故，能立刻掌握出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。

　　7、车辆及设备管理

　　车辆的出入统计、定位及其他重要设备的具体位置井下人员定位系统工程安装情况。

　　据了解，人员定位系统的技术已近成熟，未来的发展只能将定位点做的更精细，晋城久捷安防陈瑞晨表示：“因煤矿下面的信号比较薄弱，人员定位系统的读卡器安装点一般多选在有信号覆盖的区域，方可通过GPRS无线传输各点信息，这导致人员定位系统目前还不能实现手机定位，未来实现所有区域无线信号覆盖，就能把人员定位做的有如GPS定位一样，具体到某个人实时地点都能掌握的地步。”

[nextpage]　　安全进行时：瓦斯监测系统

　　上节提到2010年9月国家安全监管总局、国家煤矿安监局下发的通知，其中还规定：2010年底前，全国所有煤矿建设完善矿井监测监控系统，实现对煤矿井下瓦斯、一氧化碳浓度等的动态监控，为煤矿安全管理提供决策依据。确实，作为“煤矿头号杀手”的瓦斯爆炸，如果在瓦斯浓度超标前就能及时检测到，并做好防患措施，那么就能真正将事故扼杀在萌芽时，而瓦斯/可燃气体安全监测系统就担任着此重要角色。

表1 三种类型的瓦斯传感器对比

　　瓦斯安全监测系统，采用瓦斯传感器对瓦斯浓度进行监测，当瓦斯浓度超过1%的浓度时，系统发出报警信号，后端监控中心人员可即刻采取应对措施，如加大排风量或暂停开采。该系统主要监测的对象有：甲烷(瓦斯)CH4浓度、一氧化碳CO浓度，二氧化碳CO2浓度等。据天地伟付月文介绍，其中主要的检测工作包含以下几方面。

　　· 工作面监测参数检测：开停控制、瓦斯浓度、一氧化碳浓度、温度、粉尘浓度、风速和风门等;

　　· 通风机、压缩机运行状态参数检测：开停状态、振动量、轴承温度、电机电流、负压等;

　　· 变电所电力参数检测：功率、电压、电流、开关状态与控制等;

　　· 皮带机运行状态参数检测：开停控制、煤位、烟雾浓度等;

　　· 泵房控制器检测控制：水泵开停控制、水位监测等。

　　传感器是主角

　　开滦(集团)有限责任公司技术中心高级工程师程玉祥表示：“瓦斯安全监测系统的性能好坏主要取决于传感器。”传感器作为瓦斯泄漏的检出及浓度的测定，一般可分为接触燃烧式、半导体式、热传导式热阻体式三种(表1)。

　　1、接触燃烧式瓦斯传感器

　　催化燃烧式气体传感器利用其氧化燃烧特性，来检测空气中可燃气含量，即可燃性气体(H2、CO、CH4等)与空气中的氧接触，发生氧化反应，产生反应热(无焰接触燃烧热)，使得作为敏感材料的铂丝温度升高，电阻值相应增大。空气中可燃性气体浓度愈大，氧化反应(燃烧)产生的反应热量(燃烧热)愈多，铂丝的温度变化(增高)愈大，其电阻值增加的就越多。故只要测定作为敏感件的铂丝的电阻变化值(ΔR)，就可检测空气中可燃性气体的浓度。但是，使用单纯的铂丝线圈作为检测元件，其寿命较短，所以，实际应用的检测元件，都是在铂丝圈外面涂覆一层氧化物触媒。这样既可以延长其使用寿命，又可以提高检测元件的响应速度。

　　2、 半导体式瓦斯传感器

　　半导体瓦斯传感器利用半导体表面吸着瓦斯时导电率会变化而做成，所采用的半导体材料多数是SnO2，ZnO，Fe2O3 等。电导度随着有无附着瓦斯而改变，如新鲜空气通过检测器时电流极稳定，但是当瓦斯气体如甲烷、丙烷等接触到检测器表面时，由于瓦斯浓度的升高，检测器阻抗立即降低，电流出现变化，故只要测定电流值，就可检测瓦斯浓度。目前此传感器较受欢迎。

　　3、 热阻体瓦斯传感器

　　利用热阻体组件的热传导式瓦斯检测方式是可靠度极高的瓦斯传感器。热阻体瓦斯检测器有如下困难：必须将热阻体组件的长期变化降到可忽视的程度，使得瓦斯检知用组件和补偿用组件的热损失必须不影响其实用性;加上热阻体式瓦斯检知装置在常温常压时，因水蒸气的热传导率较高，所以此系统易受湿度的影响，虽然可检知不燃性瓦斯，但却不易测定热传导的瓦斯，故此类传感器在煤矿中的应用并不多。

[nextpage]　　安防+安全，联盟是王道

　　严格来说，瓦斯安全监测系统并不属于安防的“范畴”，但北京蓝卡软件技术有限公司总经理庄明华表示：“单纯撇开煤矿安全谈煤矿安防是不正确的”。究其原因，开滦集团程玉祥认为：“煤矿安防必须联手安全系统，才能真正让事故防患和事后营救的工作处理的更妥当。”

　　无独有偶，近期国家安全监管总局、国家煤矿安监局实施了“煤矿6大系统计划”。决定2013年6月底前全国所有煤矿全部完成“六大系统”的建设工作，包括：监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统和通信联络系统。此计划也正式拉开了安防和安全联盟的序幕。而为了协助这些系统，将其功能发挥到淋漓尽致，安防厂家也纷纷推出了一系列的解决方案。

　　如北京华纬讯推出了可视化指挥调度系统。当事故发生时，政府领导和煤矿各级领导可在第一时间开启指挥调度，将事故现场的图像上传到指挥中心，供领导快速决策，相关部门启动应急程序，协助现场人员撤离，并且启动应急预案进行抢救，防止和减轻人员伤亡，降低财产损失。

　　另外，北京中科启信推出了Agilor分布式实时数据库的数据平台，采用Web Service技术，从监测前端环境和可燃气体的工控机上采集所有数据，包括瓦斯安全检测数据、人员定位系统数据、温湿度实时数据等，然后将各个点采集的数据统一发送到后端的管理平台上，通过对实时数据生成动态报表，进一步分析，达到事前告警，事后对历史数据挖掘取证的功能。

　　选购和维修机制

　　选购一套好的系统，对煤矿事故预防和营救工作有着事半功倍的效果，就人员定位系统而言，北京蓝卡庄明华表示：“人员定位系统稳定性和可靠性是首选原则，建议用户在选择该系统时尽量购买有‘煤安认证'的产品。”以致北京中科启信软件技术有限公司系统架构师连洪武同样表示：“选择通过‘煤安认证'的产品可以说是对自己负责和生命负责。”

　　此外，有些煤矿还安装了井下视频监控系统。前端一般采用防爆(隔爆)摄像机监控，既将可能点燃爆炸性气体混合物的部件全部密封在一个外壳内，其外壳能够承受通过外壳任何接合面或结构间隙，渗透到外壳内部的可燃性混合物在内部爆炸而不损坏产品，并且不会引起外部有一种、多种气体或蒸汽形成在爆炸性环境的点燃，保证可以清晰采集到井下视频图像的同时，不会因为设备本身的工作，引起爆炸事故，故防爆摄像机的选购也非常谨慎，天地伟业付月文表示：“防爆(隔爆)摄像机的选购，还是要看清须有“MA”(即煤安)标志和产品合格证书。”

　　对于系统的维修机制，开滦集团程玉祥表示：“多数煤矿公司有专门的技术队伍，对煤矿设备和系统进行维修和定期巡检，如果自身处理不了再找厂家维修。”而作为配合人员定位系统及视频监控系统使用的视频会议系统厂商之一的北京华纬讯电信技术有限公司售前技术工程师闰之表示：“用户在购买系统后，会派技术人员前往当地培训，至少培养2名左右的高级技师，来专门维护该系统，另外，还采取双机热备的方案，如给系统主机设备机，以防主机损坏时，备机继续工作。”

　　结语

　　随着煤矿六大系统的逐步安装与完善，如何有效管理和运作让它们的功能发挥到极致是当前亟需解决的问题之一，对此开滦集团程玉祥认为：“系统多了就会乱。如果将这些系统集成在一起，不仅便于管理，成本也会更低。”但北京华纬讯闰之提出了不同的看法：“多系统集成在一起固定好，可一旦发生事故，事故原因(到底是哪个系统出了错)的查找会变得更困难。”笔者认为，六大系统集成与否，并非一朝一夕能决定的，强化管理，各自取长补短，才是目前该做的第一步。

　　追溯源头，所有的举措无非是为了减少煤矿事故的发生几率，维护工作人员的生命安全。在此次采访中，所有厂家几乎一致认为：对于煤矿自身，未来可朝综合自动化、信息化发展，进行有人巡视，无人值守的开采工作。那么，待到煤矿各类系统健全，及自动化开采工作的全面实现，煤矿定将真正呈现“无人开采、安全工作”的新景象。