煤矿生产安全及井下作业系统介绍 - 安防知识网

煤矿安防有别于通常概念上的安防系统，其重点保护的是安全生产问题。本文结合当前煤矿安防的实际应用，针对生产安全监测报警系统、视频监控管理系统、瓦斯巡检管理系统、入井人员考勤管理系统、井下人员定位系统、井下通讯系统等问题，来剖析煤矿安防的发展水平。

煤矿安防和人们通常所说的安防还是有区别的。常规的安防设计在于防范不法侵害，针对的是进行不法侵害的人；而煤矿安防更多的是关注工作环境的安全，多了一层和自然威胁抗争的色彩。

本文所要研讨涉及的煤矿安防是指煤矿生产场所，包括井上部分和井下部分，并主要包括生产安全监测报警系统、视频监控管理系统、瓦斯巡检管理系统、入井人员考勤管理系统、井下人员定位系统、井下通讯系统等等。

生产安全监测报警系统
煤矿生产安全监测报警系统是煤矿安防系统中最重要的子系统，其功能主要用来监控监测：①瓦斯浓度、风速、负压、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、烟雾、温度等环境参数；②风门开关、煤仓煤位、水仓水位、压风机风压、箕斗计数及各种机电设备开停状态；③电压、电流、功率、电度等电量参数；④胶带跑偏、胶带速度、轴承温度、机头堆煤等各种机电设备的运行状况。

煤矿生产安全监测报警系统能与胶带输送机控制保护集控系统、轨道运输监控系统、电力监测系统、选煤厂集控系统、水泵监控系统、火灾监测系统及人员监测系统等实现无缝集成连接，能实现煤矿生产及管理环节的自动化。

需特别注意的是，国家安监部门要求矿井全部建立并完善安全监测系统，并且要求重点煤矿实现矿务局（集团公司）内部联网，地方煤矿、乡镇煤矿要实现县（区）范围内联网，特别是对煤矿瓦斯的监测与控制。

尽管生产安全监测报警系统通常不为安防工程商所熟知，但是基于安防系统集成的要求，往往仍要求安防工程商在设计煤矿安防系统时能将生产安全监测报警系统放在最重要的地位，能与整个安防系统集成在一起，并在控制中心必须考虑到各种传感器参数的显示与管理，以及考虑信息远程传输的要求。

视频监控管理系统
1、前端设备的配置
<1>井上部分
视频监控主要部位是变电室、矿区大门、磅房、调度井口、工业广场、绞车房、翻煤机、主副上井口、火药库等场所，其作用是：
·矿区大门、工业广场等处的视频监控主要用于监控进出矿人员及货物信息，并与矿区周界防范系统实现报警联动；
·磅房的视频监控用于监控磅房的工作状况及车辆信息等；
·绞车房的监控摄像机用于监控主副绞车房内工作人员的操作记录，以及对意外事件能够及时做出反应；
·主副上井口的监控摄像机主要监控下井人员及货物的详细信息；
·火（炸）药库的监控摄像机用于监控火（炸）药库的安全。[nextpage]

在井上前端监控设备配置上，火（炸）药库需要使用防爆摄像机（与矿用井下防爆摄像机有所不同），其它部位可以根据现场情况使用各类摄像机，并选择各种合适的传输方式。在设计时要考虑绞车房可能会有较强的干扰。

<2>井下部分
视频监控主要部位在主副下井口、中央泵房变电所、井下配电室、罐笼卷扬机房、候车室、避难硐室、装卸煤处、皮带机头、刮板机、运输大巷、分水平、井下停车场、煤仓、掘进工作面、回采工作面等场所。

井下视频监控主要用于查看设备的运转情况，防范人为失误，以保证系统安全运行。井下视频监控还能成为生产安全监测报警系统的复核手段，二系统互为补充，图像复核可以为迅速处理险情，争取宝贵的时间。

在井下前端监控设备必须选用矿用防爆摄像机，其要求是为适合于井下低照度环境，需选用低照高清晰黑白摄像机，还需要特别注意的是，井下空气潮湿，还常有渗水现象，所以监控设备还必须具有防潮功能（参考图1）。

图1 矿用防爆摄像机
2、井下视频的传输方式
<1>光纤传输
光纤传输是井下最常用的传输方式，优点是抗干扰好，传输距离可以很长。缺点是井下熔接比较麻烦。在光端机的连接方式上，目前通常都使用多路点对点方式或者多路复用方式。为了节省光纤，也有使用级联方式。

<2>同轴视频线传输
同轴视频线传输是最传统最常见的传输方式，优点是短距离内比光纤传输要经济很多，连接也方便，缺点是抗干扰性不是很好，而且传输距离受到限制。当然为了解决传输问题，也经常采用对视频信号放大和补偿的方法来延长传输距离和提高抗干扰的性能。

<3>射频调制传输
射频调制传输是最近很热门的井下传输方式，优点是传输距离虽不如光纤，却比同轴电缆要长。抗干扰性能不如光纤，却比同轴视频线要好。各分支电缆都能很方便地通过分支分配器插接到主干电缆上来，这在连接上就比光纤传输要方便。缺点是需要配置调制解调器，而且在大路数复用的情况下系统调试难度较高。[nextpage]

目前在实际的工程中也有将井下现有的泄漏电缆作为射频传输系统的主干电缆，当然仍然属于射频调制传输方式的范畴。

<4>网络传输
矿用网络服务器现在已不是新鲜产品，但是现在还没有通过矿用产品安全标志认证的网线，这样，井下采用网络传输目前看来还是需要慎重考虑的。

<5>双绞线传输
现在还没有通过矿用产品安全标志认证的网线仍是制约双绞线传输器在井下使用的因素之一，由于很多煤矿都有已经布设好的备用矿用电话线路，也有工程商试图使用矿用电话线，大家都清楚，这样做的效果当然不会理想。

<6>无线传输
现在主要被用于传送皮带、罐笼等路线平直的上下井通道上，并受复杂地形的影响。若要被用于其他场所则必须加相当多的中继接力，所以在整个井下都用无线传输目前看来还有很多困难。至于将视频信号数字化后调制成射频信号，然后通过无线射频路由器上传的方式也存在这种问题。

<7>电力线载波
有工程商在探讨采用电力线载波的方式来传输井下视频，问题是井下变压器比较多，而且电流相当不稳定，恐怕在使用上尚需斟酌。

综合来看，笔者还是较推荐使用光纤和同轴视频线在井下互补的传输方案。

3、井下设备的安装与布线
安装前端矿用防爆摄像机的几点注意事项：
·在井下安装摄像机环境情况往往不理想，巷道顶部是弧形且极不规则；
·在前端设备安装之前一定要安排先测瓦斯浓度；
·前端取电可以从防爆灯引，也可直接从AC127V干变取电；
·掘进面不允许熔接光缆。需熔接之前先测瓦斯浓度。
煤矿布线，井上线缆采用悬挂的方式布线，井下布线则采用沿巷道侧面打墙钉，用电缆挂线的方式。除去常规的布线要求，此外尚有三点大家值得注意：
·井下情况复杂，敷设以安全稳定，施工、维修方便为原则；
·线路宜避开易使线缆受到损伤的地方，减少与其它管线等障碍物的交叉为原则；
·在工作面附加的光缆，应以不影响采矿施工为原则。

4、后端控制部分的构建
煤矿视频监控系统的控制中心和其它行业的视频监控系统控制中心相比较，无论是UPS设备，电视墙或者DLP大屏幕显示等都没有本质上的不同。

现在大多数煤矿都已经或正在构建了一个以光纤为传输媒介的千兆以太局域网，以实现语音和视频的快速传输，这也为网络视频监控的应用提供了良好的条件。[nextpage]

煤矿视频监控系统的控制中心往往就是煤矿的安全生产调度中心，所以方案规划时必须作通盘考虑。视频监控管理系统的控制主机和自动化相关主机通过以太网交换机连接起来，接入内部局域网和广域网，实现远程浏览和控制。至于视频监控系统采用什么控制主机，无论是DVR还是NVS，只要能满足性能可靠，网络功能强大的基本要求，都是没有问题的，笔者在此就不班门弄斧地空谈网络监控的优势和特点了（参考图2）。

图2 煤矿数字化图像监控系统示意图

瓦斯巡检管理系统
瓦斯巡检管理系统是基于煤矿矿井瓦斯监测和安全检查的要求，目的是为了克服瓦斯检查员空班和漏检现象，其技术是在成熟的常规的电子巡更巡检系统上发展起来的、新兴的矿用安防子系统。在原理上，和通常我们所看到的电子巡更巡检系统并没有本质的区别，这里笔者就从略了。

巡检路线是根据井下现场情况来确定，它取代了传统的手写瓦斯台帐报表，由数字化采集而来的数据实现了精确化智能化管理，从而以更直观的形式表现各种数据值的变化情况，并处理成各类数据分析图表并可以上传局域网，管理部门随时都能了解瓦斯检查员在井下的巡检情况。如有异常数据，可以和生产安全监测报警系统联动发出提示警报。

入井人员考勤管理系统与井下人员定位系统
从理论上来说，入井人员考勤管理系统和井下人员定位系统应该是两个不同的子系统，但是基于目前的现有技术方案，我们不得不把它们放到一起来讨论。这是因为入井人员考勤管理系统是为了克服入井人员管理困难，以能及时掌握井下人员的动态分布及作业情况，是在成熟的射频标识考勤系统上发展起来的新兴矿用安防子系统。至于射频标识考勤系统的结构组成，相信笔者就不必再饶舌了。而目前的井下人员定位系统尚没有更成熟的方案，大多是利用考勤系统的分站来定位，由于是在地下，利用全球卫星定位系统来定位是不可能的。

既然这个方案是在成熟的射频标识考勤系统上发展而来，那么解决入井人员考勤管理上是不会有问题的了。遗憾的是，与加强管理入井人员相比，煤矿方面更关心的是井下人员的实时位置，以便一旦事故发生，迅速抢救井下人员。但是在这个方案中，人员定位是通过考勤分站来实现，并通过人员定位管理软件来形成人员运动线路轨迹。也就是说，一方面人员的位置精确度局限于考勤分站的布置和数量，另一方面，人员没有主动定位能力，如果考勤分站的上行线缆或电源线缆遭到破坏，系统就完全瘫痪了，起不到预想的定位作用（井下视频监视系统在事故救援中也有这个问题）；换言之，日常管理已无问题，营救定位尚有不足，有待于未来新技术方案的出现。

另有公司提出的无线射频路由器定位方案在原理上和射频标识方案很接近，缺点是只能根据事先设定的区域实现区域定位，在定位精度上尚不及射频标识方案。

目前还有公司试图开发基于蓝牙(Bluetooth)技术的定位系统，其扩展性虽然可能比射频标识方案更好，但是在定位上还是必须依靠中继分站，在使用性能上并不比射频标识方案更好，而日常管理功能更要逊色一筹。[nextpage]

井下通讯系统
先进、健全的井下通讯系统不但可以用于煤矿生产的组织和管理，而且可以有效地组织指挥所有井下人员按指定路线安全撤离，对于防止安全事故的发生和事故营救具有相当大的意义。

首先，矿用防爆电话是最传统和常见的井下通讯系统。其次，新出现的矿用防爆呼叫对讲系统则是将成熟的防爆呼叫对讲系统移植到煤矿井下，但是应用上仍然有一定局限性。至于超低频短消息系统，则由于具备相当强的穿透性，在事故发生后组织人员自救上具有很大的实用意义。

目前，在井下的卷扬机房、变电站、水泵房等长期固定的作业地点一般都安装了矿用防爆电话。但是为了在安全生产条件相对较差、危险性又较大的采场、掘进面等生产周期短、移动性大的作业场所实现通信的目的，矿用小灵通和井下无线对讲系统就应运而生了。

矿用小灵通是新兴的新型井下通讯系统。它是将UT斯达康公司制造的公用小灵通系统经过防爆处理，取得防爆合格证和煤安认证后用于煤矿井下。系统可实现井下手机与手机之间，井下手机与调度电话之间，井下手机与地面手机之间，井下手机与地面固定电话间的双向通话。其满足了管理人员、安全检察人员、电机车司机、工程施工人员对通信的需求，做到井上与井下之间信息随时传递，使地面与井下真正成为一个整体的通讯系统，极大地改善了井下的通讯条件，为煤矿安全、提高工作效率提供了便捷的通信手段。其井下基站还可以和射频标识考勤定位分站共用防爆外壳，节省布线成本。遗憾的是，井下情况复杂，矿用小灵通目前的通话质量还不是很理想。

井下无线对讲系统和矿用小灵通有些类似，它是将无线对讲机经过防爆处理，取得防爆合格证和煤安认证后用于煤矿井下。中继传输则依靠井下中继站和泄漏电缆。优点是通话质量比矿用小灵通要好，更适于工业管理应用，但却不能象矿用小灵通那样实现矿区移动通信与社会移动通信公用网的连接。

结语
煤炭行业的安全问题是非常复杂的，它关系到企业的经济效益，也关系到生产者的利益。在全国，尤其是煤矿体制放开以后，有的矿区已装备有现代化安全设备，而也有的矿区完全没有任何安全设备，造成管理难度很大。事实上，即便是在那些安装了全套最新型的现代化安全设备的煤矿中，安全设备的使用也是大有问题。

很多煤矿都经常出现矿工们不愿使用安全设备的情况，比如把瓦斯报警传感器用布包住，原因是一旦发现检测指标超标，生产就要停顿，工人们怕收入受到影响；又比如矿工偷偷割断视频监控系统的传输线缆，甚至暴力破坏矿用摄像机，原因是井下含氧量低，人比较容易疲劳，常有工人想休息又怕请假收入受到影响。基于这种情况，工程商在设计施工方案时，就必须事先考虑系统设备遭到人为破坏性损伤后的维修要求。

对于煤矿安防项目而言，设备选型始终要把安全性、可靠性放在第一位。没有通过矿用产品安全标志认证的产品是不能在煤矿井下使用的。无证产品尽管便宜，但万一诱发事故，算上善后的费用和刑事责任实在是说不上省钱。尽量选用在煤矿工程中有较多业绩的知名老品牌制造商，这样在设备安全性可靠性上均有保证。井下拆装布线不便，若选用不成熟的新技术工程商还需细细斟酌。