煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備故障分析及維護(hù)方法

1、煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備故障分析及維護(hù)方法摘要：由于煤礦井下安全監(jiān)控設(shè)備所處復(fù)雜環(huán)境及傳輸線路影響，導(dǎo)致監(jiān)控 系統(tǒng)不時(shí)出現(xiàn)一些突發(fā)故障，從而影響礦井施工作業(yè)。隨著數(shù)字化礦山的推廣， 監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備采用數(shù)字化傳輸，并且根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用及維護(hù)情況，監(jiān)控系 統(tǒng)設(shè)備目前已具備輸入電壓檢測(cè)、重啟、注冊(cè)及總線數(shù)據(jù)幀錯(cuò)誤計(jì)數(shù)等自診斷功 能。但這些診斷并不能直接表明設(shè)備斷線故障原因，只能為其分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況，闡述相關(guān)診斷含義以及斷線故障分析方法，同時(shí)結(jié)合經(jīng) 驗(yàn)值及部分診斷參數(shù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，從而有效預(yù)防類似故障發(fā)生。關(guān)鍵詞：煤礦安全監(jiān)控；故障；維護(hù)引言目前，煤炭在我國(guó)能源消耗中還占據(jù)著主導(dǎo)

2、地位。工業(yè)化和信息化的技術(shù)相 互融合，主要追求是信息化帶動(dòng)工業(yè)化的發(fā)展，這也給煤炭行業(yè)帶來了前所未有 的發(fā)展機(jī)遇。信息融合技術(shù)作為一種結(jié)合多項(xiàng)學(xué)科的一種先進(jìn)技術(shù)，將會(huì)給我國(guó) 的煤炭開采和煤礦安全檢測(cè)帶來一場(chǎng)技術(shù)上的革命。因此，我們要跟上時(shí)代的步 伐，加快發(fā)展適合我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的裝備，使我國(guó)的煤炭行業(yè)的信息化水平不 斷提高，促進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)的發(fā)展。1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備故障1.1信號(hào)傳輸目前現(xiàn)行的安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集流程如下所示：地面中心站；信號(hào)傳輸介 質(zhì)；井下分站；信號(hào)傳輸介質(zhì)；傳感器；參數(shù)采集。在進(jìn)行安裝時(shí)，通常地面中 心站與井下分站之間進(jìn)行信號(hào)輸送時(shí)選用光纖作為介質(zhì)，可是安全監(jiān)控系統(tǒng)新版

3、 技術(shù)方案規(guī)定井下分站之間的信息傳輸需要采用環(huán)R技術(shù)，由寧弁卞工況環(huán)境比 較惡劣，而對(duì)f那些經(jīng)常移動(dòng)的分站而言，光纖傳輸維護(hù)比較繁瑣，主膂是由寧 光纖在井下熔接率比較低，同時(shí)由于光纖材質(zhì)比較硬，不能使用小圈纏繞、，且 不能大角度地拉扭，當(dāng)光纖裁剪比較短時(shí)，往往失去使用價(jià)值，緡出現(xiàn)故障之趕 后期維護(hù)工作量比較大。1.2線路問題干擾煤炭安全監(jiān)控系統(tǒng)良好的通信線路是保證安全監(jiān)控安全運(yùn)行的前提。例如， 如果分支場(chǎng)中的壓力桿松動(dòng)，傳感器連接被氧化，電纜線路被氧化，線路通信將 不穩(wěn)定，結(jié)果可能導(dǎo)致來自煤炭安全監(jiān)控系統(tǒng)的正確脈沖信號(hào)在傳輸過程中成為 故障信號(hào)。煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信息是以數(shù)字的方式收集的，如

4、果煤礦安全生 產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會(huì)出現(xiàn)許多無法解釋的假數(shù)字現(xiàn)象。2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備故障維護(hù)2.1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)故障自診斷功能煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備出現(xiàn)斷線故障雖然是小概率事件，但是此故障一 旦發(fā)生，排查工作往往需要投入大量的人力及物力。故障診斷技術(shù)是一種通過監(jiān) 測(cè)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況、分析設(shè)備故障原因并預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)設(shè)備未來狀 態(tài)的一種技術(shù)，其宗旨是運(yùn)用當(dāng)代一切科技新成果發(fā)現(xiàn)設(shè)備的隱患，以期對(duì)設(shè)備 故障防患于未然。因此，對(duì)于設(shè)備故障的原因及分析方法受到研究人員的關(guān)注， 通過采取有針對(duì)性的措施來分析、診斷、預(yù)防問題的產(chǎn)生。原有煤礦安全監(jiān)控系 統(tǒng)故障診斷功能主要包括分站、監(jiān)控終端設(shè)備

5、傳輸通斷和電源輸出電壓、電流監(jiān) 控功能，隨著智能化推廣，目前監(jiān)控系統(tǒng)又具備監(jiān)控終端設(shè)備輸入電壓、重啟、 注冊(cè)診斷及分站和監(jiān)控終端設(shè)備兩側(cè)總線異常、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)診斷功能。（1）監(jiān)控 終端設(shè)備輸入電壓的檢測(cè)監(jiān)控終端設(shè)備輸入電壓即為終端設(shè)備的供電電壓。由于 井下巷道較長(zhǎng)，終端設(shè)備到分站之間的距離較遠(yuǎn)，需要鋪設(shè)較長(zhǎng)的線纜，同時(shí)1 根線纜可帶載多個(gè)傳感器，那么傳輸線纜上的電流增大，則在線纜上產(chǎn)生的阻抗 壓降就越大，從而傳輸?shù)浇K端設(shè)備端的電壓就越低。終端設(shè)備的工作電壓范圍為 924.5V，如果終端設(shè)備電壓達(dá)到某一臨界值或者低于工作電壓，那么終端設(shè)備 就會(huì)產(chǎn)生多次重啟或者無法啟動(dòng)的現(xiàn)象。因此終端設(shè)備輸入電壓的檢

6、測(cè)對(duì)于傳感 器斷線故障分析至關(guān)重要。（2）監(jiān)控終端設(shè)備重啟、注冊(cè)故障診斷終端設(shè)備在 上電運(yùn)行后，要與分站建立通信連接；在建立通信后，首先會(huì)上傳一幀重啟診斷 信息；連接運(yùn)行正常后，如果通信總線由于某些原因通信中斷，在重新建立通信 后，會(huì)上傳一幀注冊(cè)診斷信息。2種不同的診斷分別代表終端設(shè)備的電源和總線 故障。（3）監(jiān)控分站和終端設(shè)備兩側(cè)總線異常、錯(cuò)誤計(jì)數(shù)診斷監(jiān)控分站與終端 設(shè)備信號(hào)采用電纜傳輸，與終端設(shè)備建立通信連接、運(yùn)行正常后，信號(hào)容易受井 下變頻器、大型機(jī)電設(shè)備啟停干擾，或者電纜及接線盒受潮后傳輸阻抗變大，會(huì) 導(dǎo)致總線數(shù)據(jù)無法正確接收或者異常接收，某些嚴(yán)重情況甚至導(dǎo)致總線通信中斷， 那么監(jiān)控分

7、站和終端設(shè)備對(duì)這些發(fā)生異常及錯(cuò)誤的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，這些數(shù)據(jù)可診 斷主、從設(shè)備之間交互、協(xié)同程度。當(dāng)這些計(jì)數(shù)較大，則主、從設(shè)備之間的交互 和協(xié)同就會(huì)變差。2.2煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在當(dāng)前企業(yè)內(nèi)部的信息融合技術(shù)應(yīng)用中，工作人員必須重視對(duì)煤礦瓦斯監(jiān)控 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整理。眾所周知，瓦斯安全問題是煤礦生產(chǎn)的核心內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)瓦 斯的監(jiān)控有利于降低我國(guó)煤礦生產(chǎn)事故發(fā)生的概率，從而保障工人的生產(chǎn)安全。 煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)瓦斯進(jìn)行密切監(jiān)督時(shí)，可以借助一系列參數(shù)進(jìn)行有效調(diào)整。 舉例來說，監(jiān)控系統(tǒng)可以了解煤礦內(nèi)部的溫度、風(fēng)速的問題，從而在發(fā)現(xiàn)瓦斯問 題后可以及時(shí)的對(duì)工作人員作出提醒。煤礦生產(chǎn)中的各項(xiàng)機(jī)電設(shè)備、安全生產(chǎn)

8、中 的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)等都是瓦斯監(jiān)控的主要構(gòu)成，他們可以借助煤礦的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)一 步對(duì)況且內(nèi)部的各項(xiàng)化學(xué)元素進(jìn)行有效分析，從而實(shí)時(shí)的將這些化學(xué)信息傳送給 監(jiān)控中心。一旦瓦斯、一氧化碳等有害氣體的濃度超過一定數(shù)量時(shí)報(bào)警系統(tǒng)就會(huì) 向相關(guān)責(zé)任方傳遞實(shí)際信息，并將異常位置進(jìn)行明確標(biāo)明，從而在后續(xù)的工作處 理中可以及時(shí)的進(jìn)行維修。2.3現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備故障發(fā)生時(shí)通過以上故障分析、處理方法知道具體原因后才能 高效率維護(hù)，同時(shí)通過監(jiān)控系統(tǒng)自診斷信息也可為預(yù)防類似故障發(fā)生提供參考。 在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中要定期查看系統(tǒng)自診斷信息，即使系統(tǒng)并未產(chǎn)生故障，也 需要定期維護(hù)。比如查看監(jiān)控分站一個(gè)端口是否帶載終端設(shè)備較多

9、，較多時(shí)查看 終端設(shè)備的輸入端電壓是否處于臨界值，核實(shí)所在線路的供電電源信息是否有突 變等波動(dòng)。同時(shí)也可定期查看監(jiān)控分站和終端設(shè)備側(cè)總線數(shù)據(jù)錯(cuò)誤異常計(jì)數(shù)是否 較多。如果存在以上情況則需要對(duì)此條線路進(jìn)行維護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)施工需要注意以下事 項(xiàng)：（1）1根線纜不可帶載較多終端設(shè)備，特別是帶載多個(gè)大功率設(shè)備；（2） 當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，盡量選擇24V電壓供電；（3）降低每根線纜上的壓降，保 證每個(gè)終端設(shè)備輸入側(cè)電壓均不小于14V，保持供電穩(wěn)定；（4）監(jiān)控線纜避免與 大型設(shè)備和變頻器距離較近，合理安裝監(jiān)控設(shè)備遠(yuǎn)離強(qiáng)干擾源；（5）線路中的 接線盒避免進(jìn)水，同時(shí)替換已經(jīng)老化的傳輸線纜。2.4強(qiáng)化系統(tǒng)智能化水平2.4

10、.1強(qiáng)化數(shù)據(jù)應(yīng)用與分析新階段的煤礦監(jiān)控系統(tǒng)需要具備分析、應(yīng)用大數(shù)據(jù)的重要功能，以便在保持 標(biāo)注、篩除和分析偽數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)由建立火災(zāi)以及瓦斯涌出等預(yù)警的相應(yīng)模 型，使火災(zāi)以及瓦斯涌出的自動(dòng)化預(yù)警和預(yù)測(cè)功能得以實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，按照瓦 斯超限范圍、實(shí)際濃度以及持續(xù)超限的時(shí)間等，分設(shè)級(jí)別不同的報(bào)警，使分級(jí)響 應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)。除此之外，還需要將該系統(tǒng)和無線通信、人員定位以及應(yīng)急廣播等 充分融合起來，以便在斷電或者瓦斯超限等需要人員馬上撤離的緊急狀況中，自 動(dòng)和通信、人員定位及應(yīng)急廣播等系統(tǒng)產(chǎn)生應(yīng)急性聯(lián)動(dòng)。2.4.2提高系統(tǒng)自行識(shí)別和診斷的能力企業(yè)還需要積極引用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并將其應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中

11、。全 部監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)當(dāng)根據(jù)激勵(lì)函數(shù)所設(shè)計(jì)策略邏輯工作，將系統(tǒng)智能性彰顯出來。 在此過程中，系統(tǒng)全部設(shè)備都具有自診斷故障、自識(shí)別問題類型以及自查詢狀態(tài) 等智能化功能。與此同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)的廠家需要對(duì)各類工況環(huán)境中電源箱、傳感 器與分站等故障的類型進(jìn)行模擬，借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)故障的類型及其相應(yīng)解決措施 展開分析和總結(jié)。另外，還需要確保系統(tǒng)能夠明確鋰電池溫度異常、傳感器供電 不足、電源箱電池欠壓、敏感元件故障以及分站外圍器件故障等設(shè)備故障的類別 及其自恢復(fù)的計(jì)劃等，進(jìn)而使系統(tǒng)的自診斷等智能化能力進(jìn)一步提高。2.5加快系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)在對(duì)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化升級(jí)的過程中，需要促使接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化， 同時(shí)

12、逐漸統(tǒng)一通信協(xié)議，另外監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)、終端采集裝置以及軟件等也在向著 互相兼容的趨勢(shì)發(fā)展。所以，能夠?yàn)閿?shù)據(jù)信息的管理以及分析工作夯實(shí)基礎(chǔ)。人 員位置的數(shù)據(jù)、井下環(huán)境以及設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)等能夠保持高度的耦合性，而以上 數(shù)據(jù)信息越多，系統(tǒng)就更能夠有效把控現(xiàn)場(chǎng)的安全程度，因此也能夠更為準(zhǔn)確地 對(duì)各類災(zāi)害進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警。以上大數(shù)據(jù)的深度分析以及全面應(yīng)用，可以使監(jiān)控系 統(tǒng)從以往傳統(tǒng)的被動(dòng)觀察模式逐漸轉(zhuǎn)換成主動(dòng)預(yù)警模式，進(jìn)而在即將發(fā)生災(zāi)害時(shí) 向工作人員發(fā)出提醒，使其可以及時(shí)、迅速地撤離現(xiàn)場(chǎng)。2.6新型數(shù)字傳感技術(shù)導(dǎo)致傳感器性能不穩(wěn)定的主要因素為傳感技術(shù)落后。激光甲烷傳感器采用可 調(diào)諧半導(dǎo)體激光光譜技術(shù)，其基于半

13、導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)可調(diào)諧特點(diǎn)，通過輸出電 流的變化控制波長(zhǎng)在氣體吸收峰附近掃描，以獲得待測(cè)氣體的特征吸收光譜，從 而實(shí)現(xiàn)氣體測(cè)量。激光甲烷傳感器不受其他氣體的影響，適用于粉塵大、潮濕等 惡劣環(huán)境，具有測(cè)量范圍寬、響應(yīng)速度快、長(zhǎng)期免標(biāo)校等特點(diǎn)。傳感器信號(hào)通過 RS 4 8 5 .CAN總線進(jìn)行數(shù)字傳輸，除測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)值外，還可傳輸傳感器診 斷及調(diào)校數(shù)據(jù)。傳感器防護(hù)等級(jí)提升至IP65，防爆型式提高到ia，滿足工 作面0區(qū)對(duì)本質(zhì)安全設(shè)備的要求。傳感器設(shè)計(jì)有軟啟動(dòng)抗干擾電源模塊，可在長(zhǎng) 距離傳輸條件下穩(wěn)定工作。傳感器內(nèi)置唯一ID，便于產(chǎn)品溯源和跟蹤；結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)采用二次儀表+微型變送器形式，在煤礦運(yùn)維時(shí)只需更換微型變送器即可.結(jié)語在國(guó)家日益重視煤礦安全的大背景下，井下安全監(jiān)控系統(tǒng)已然成為各礦井企 業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一，在保障礦井安全方面發(fā)揮著不可或缺的作用。本文在分析煤 礦實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)了安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)總體上可以劃分成為3 大部分，分別為井下環(huán)網(wǎng)、主機(jī)房和集中調(diào)度中心，各部分發(fā)揮著不同的作用。 系統(tǒng)采用的是模塊化設(shè)計(jì)，具有豐富的功能，其中最主要的模塊包括數(shù)據(jù)采集模 塊、控制模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊；詳細(xì)介紹了安全監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)化功能以及 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況；將設(shè)計(jì)的安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦工程實(shí)踐中，能夠?qū)?井下各項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控，為礦井在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題并處理