煤礦安防和人們通常所說的安防還是有區(qū)別的。常規(guī)的安防設計在于防范不法侵害,針對的是進行不法侵害的人;而煤礦安防更多的是關注工作環(huán)境的安全,多了一層和自然威脅抗爭的色彩。
本文所要研討涉及的煤礦安防是指煤礦生產場所,包括井上部分和井下部分,并主要包括生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、瓦斯巡檢管理系統(tǒng)、入井人員考勤管理系統(tǒng)、井下人員定位系統(tǒng)、井下通訊系統(tǒng)等等。
生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)
煤礦生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)是煤礦安防系統(tǒng)中最重要的子系統(tǒng),其功能主要用來監(jiān)控監(jiān)測:①瓦斯?jié)舛?、風速、負壓、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、煙霧、溫度等環(huán)境參數;②風門開關、煤倉煤位、水倉水位、壓風機風壓、箕斗計數及各種機電設備開停狀態(tài);③電壓、電流、功率、電度等電量參數;④膠帶跑偏、膠帶速度、軸承溫度、機頭堆煤等各種機電設備的運行狀況。
煤礦生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)能與膠帶輸送機控制保護集控系統(tǒng)、軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)測系統(tǒng)、選煤廠集控系統(tǒng)、水泵監(jiān)控系統(tǒng)、火災監(jiān)測系統(tǒng)及人員監(jiān)測系統(tǒng)等實現無縫集成連接,能實現煤礦生產及管理環(huán)節(jié)的自動化。
需特別注意的是,國家安監(jiān)部門要求礦井全部建立并完善安全監(jiān)測系統(tǒng),并且要求重點煤礦實現礦務局(集團公司)內部聯網,地方煤礦、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦要實現縣(區(qū))范圍內聯網,特別是對煤礦瓦斯的監(jiān)測與控制。
盡管生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)通常不為安防工程商所熟知,但是基于安防系統(tǒng)集成的要求,往往仍要求安防工程商在設計煤礦安防系統(tǒng)時能將生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)放在最重要的地位,能與整個安防系統(tǒng)集成在一起,并在控制中心必須考慮到各種傳感器參數的顯示與管理,以及考慮信息遠程傳輸的要求。
視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)
1、前端設備的配置
<1>井上部分
視頻監(jiān)控主要部位是變電室、礦區(qū)大門、磅房、調度井口、工業(yè)廣場、絞車房、翻煤機、主副上井口、火藥庫等場所,其作用是:
·礦區(qū)大門、工業(yè)廣場等處的視頻監(jiān)控主要用于監(jiān)控進出礦人員及貨物信息,并與礦區(qū)周界防范系統(tǒng)實現報警聯動;
·磅房的視頻監(jiān)控用于監(jiān)控磅房的工作狀況及車輛信息等;
·絞車房的監(jiān)控攝像機用于監(jiān)控主副絞車房內工作人員的操作記錄,以及對意外事件能夠及時做出反應;
·主副上井口的監(jiān)控攝像機主要監(jiān)控下井人員及貨物的詳細信息;
·火(炸)藥庫的監(jiān)控攝像機用于監(jiān)控火(炸)藥庫的安全。[nextpage]
在井上前端監(jiān)控設備配置上,火(炸)藥庫需要使用防爆攝像機(與礦用井下防爆攝像機有所不同),其它部位可以根據現場情況使用各類攝像機,并選擇各種合適的傳輸方式。在設計時要考慮絞車房可能會有較強的干擾。
<2>井下部分
視頻監(jiān)控主要部位在主副下井口、中央泵房變電所、井下配電室、罐籠卷揚機房、候車室、避難硐室、裝卸煤處、皮帶機頭、刮板機、運輸大巷、分水平、井下停車場、煤倉、掘進工作面、回采工作面等場所。
井下視頻監(jiān)控主要用于查看設備的運轉情況,防范人為失誤,以保證系統(tǒng)安全運行。井下視頻監(jiān)控還能成為生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)的復核手段,二系統(tǒng)互為補充,圖像復核可以為迅速處理險情,爭取寶貴的時間。
在井下前端監(jiān)控設備必須選用礦用防爆攝像機,其要求是為適合于井下低照度環(huán)境,需選用低照高清晰黑白攝像機,還需要特別注意的是,井下空氣潮濕,還常有滲水現象,所以監(jiān)控設備還必須具有防潮功能(參考圖1)。
圖1 礦用防爆攝像機
2、井下視頻的傳輸方式
<1>光纖傳輸
光纖傳輸是井下最常用的傳輸方式,優(yōu)點是抗干擾好,傳輸距離可以很長。缺點是井下熔接比較麻煩。在光端機的連接方式上,目前通常都使用多路點對點方式或者多路復用方式。為了節(jié)省光纖,也有使用級聯方式。
<2>同軸視頻線傳輸
同軸視頻線傳輸是最傳統(tǒng)最常見的傳輸方式,優(yōu)點是短距離內比光纖傳輸要經濟很多,連接也方便,缺點是抗干擾性不是很好,而且傳輸距離受到限制。當然為了解決傳輸問題,也經常采用對視頻信號放大和補償的方法來延長傳輸距離和提高抗干擾的性能。
<3>射頻調制傳輸
射頻調制傳輸是最近很熱門的井下傳輸方式,優(yōu)點是傳輸距離雖不如光纖,卻比同軸電纜要長??垢蓴_性能不如光纖,卻比同軸視頻線要好。各分支電纜都能很方便地通過分支分配器插接到主干電纜上來,這在連接上就比光纖傳輸要方便。缺點是需要配置調制解調器,而且在大路數復用的情況下系統(tǒng)調試難度較高。[nextpage]
目前在實際的工程中也有將井下現有的泄漏電纜作為射頻傳輸系統(tǒng)的主干電纜,當然仍然屬于射頻調制傳輸方式的范疇。
<4>網絡傳輸
礦用網絡服務器現在已不是新鮮產品,但是現在還沒有通過礦用產品安全標志認證的網線,這樣,井下采用網絡傳輸目前看來還是需要慎重考慮的。
<5>雙絞線傳輸
現在還沒有通過礦用產品安全標志認證的網線仍是制約雙絞線傳輸器在井下使用的因素之一,由于很多煤礦都有已經布設好的備用礦用電話線路,也有工程商試圖使用礦用電話線,大家都清楚,這樣做的效果當然不會理想。
<6>無線傳輸
現在主要被用于傳送皮帶、罐籠等路線平直的上下井通道上,并受復雜地形的影響。若要被用于其他場所則必須加相當多的中繼接力,所以在整個井下都用無線傳輸目前看來還有很多困難。至于將視頻信號數字化后調制成射頻信號,然后通過無線射頻路由器上傳的方式也存在這種問題。
<7>電力線載波
有工程商在探討采用電力線載波的方式來傳輸井下視頻,問題是井下變壓器比較多,而且電流相當不穩(wěn)定,恐怕在使用上尚需斟酌。
綜合來看,筆者還是較推薦使用光纖和同軸視頻線在井下互補的傳輸方案。
3、井下設備的安裝與布線
安裝前端礦用防爆攝像機的幾點注意事項:
·在井下安裝攝像機環(huán)境情況往往不理想,巷道頂部是弧形且極不規(guī)則;
·在前端設備安裝之前一定要安排先測瓦斯?jié)舛龋?BR>·前端取電可以從防爆燈引,也可直接從AC127V干變取電;
·掘進面不允許熔接光纜。需熔接之前先測瓦斯?jié)舛取?BR>煤礦布線,井上線纜采用懸掛的方式布線,井下布線則采用沿巷道側面打墻釘,用電纜掛線的方式。除去常規(guī)的布線要求,此外尚有三點大家值得注意:
·井下情況復雜,敷設以安全穩(wěn)定,施工、維修方便為原則;
·線路宜避開易使線纜受到損傷的地方,減少與其它管線等障礙物的交叉為原則;
·在工作面附加的光纜,應以不影響采礦施工為原則。
4、后端控制部分的構建
煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心和其它行業(yè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制中心相比較,無論是UPS設備,電視墻或者DLP大屏幕顯示等都沒有本質上的不同。
現在大多數煤礦都已經或正在構建了一個以光纖為傳輸媒介的千兆以太局域網,以實現語音和視頻的快速傳輸,這也為網絡視頻監(jiān)控的應用提供了良好的條件。[nextpage]
煤礦視頻監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心往往就是煤礦的安全生產調度中心,所以方案規(guī)劃時必須作通盤考慮。視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)的控制主機和自動化相關主機通過以太網交換機連接起來,接入內部局域網和廣域網,實現遠程瀏覽和控制。至于視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用什么控制主機,無論是DVR還是NVS,只要能滿足性能可靠,網絡功能強大的基本要求,都是沒有問題的,筆者在此就不班門弄斧地空談網絡監(jiān)控的優(yōu)勢和特點了(參考圖2)。
圖2 煤礦數字化圖像監(jiān)控系統(tǒng)示意圖
瓦斯巡檢管理系統(tǒng)
瓦斯巡檢管理系統(tǒng)是基于煤礦礦井瓦斯監(jiān)測和安全檢查的要求,目的是為了克服瓦斯檢查員空班和漏檢現象,其技術是在成熟的常規(guī)的電子巡更巡檢系統(tǒng)上發(fā)展起來的、新興的礦用安防子系統(tǒng)。在原理上,和通常我們所看到的電子巡更巡檢系統(tǒng)并沒有本質的區(qū)別,這里筆者就從略了。
巡檢路線是根據井下現場情況來確定,它取代了傳統(tǒng)的手寫瓦斯臺帳報表,由數字化采集而來的數據實現了精確化智能化管理,從而以更直觀的形式表現各種數據值的變化情況,并處理成各類數據分析圖表并可以上傳局域網,管理部門隨時都能了解瓦斯檢查員在井下的巡檢情況。如有異常數據,可以和生產安全監(jiān)測報警系統(tǒng)聯動發(fā)出提示警報。
入井人員考勤管理系統(tǒng)與井下人員定位系統(tǒng)
從理論上來說,入井人員考勤管理系統(tǒng)和井下人員定位系統(tǒng)應該是兩個不同的子系統(tǒng),但是基于目前的現有技術方案,我們不得不把它們放到一起來討論。這是因為入井人員考勤管理系統(tǒng)是為了克服入井人員管理困難,以能及時掌握井下人員的動態(tài)分布及作業(yè)情況,是在成熟的射頻標識考勤系統(tǒng)上發(fā)展起來的新興礦用安防子系統(tǒng)。至于射頻標識考勤系統(tǒng)的結構組成,相信筆者就不必再饒舌了。而目前的井下人員定位系統(tǒng)尚沒有更成熟的方案,大多是利用考勤系統(tǒng)的分站來定位,由于是在地下,利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)來定位是不可能的。
既然這個方案是在成熟的射頻標識考勤系統(tǒng)上發(fā)展而來,那么解決入井人員考勤管理上是不會有問題的了。遺憾的是,與加強管理入井人員相比,煤礦方面更關心的是井下人員的實時位置,以便一旦事故發(fā)生,迅速搶救井下人員。但是在這個方案中,人員定位是通過考勤分站來實現,并通過人員定位管理軟件來形成人員運動線路軌跡。也就是說,一方面人員的位置精確度局限于考勤分站的布置和數量,另一方面,人員沒有主動定位能力,如果考勤分站的上行線纜或電源線纜遭到破壞,系統(tǒng)就完全癱瘓了,起不到預想的定位作用(井下視頻監(jiān)視系統(tǒng)在事故救援中也有這個問題);換言之,日常管理已無問題,營救定位尚有不足,有待于未來新技術方案的出現。
另有公司提出的無線射頻路由器定位方案在原理上和射頻標識方案很接近,缺點是只能根據事先設定的區(qū)域實現區(qū)域定位,在定位精度上尚不及射頻標識方案。
目前還有公司試圖開發(fā)基于藍牙(Bluetooth)技術的定位系統(tǒng),其擴展性雖然可能比射頻標識方案更好,但是在定位上還是必須依靠中繼分站,在使用性能上并不比射頻標識方案更好,而日常管理功能更要遜色一籌。[nextpage]
井下通訊系統(tǒng)
先進、健全的井下通訊系統(tǒng)不但可以用于煤礦生產的組織和管理,而且可以有效地組織指揮所有井下人員按指定路線安全撤離,對于防止安全事故的發(fā)生和事故營救具有相當大的意義。
首先,礦用防爆電話是最傳統(tǒng)和常見的井下通訊系統(tǒng)。其次,新出現的礦用防爆呼叫對講系統(tǒng)則是將成熟的防爆呼叫對講系統(tǒng)移植到煤礦井下,但是應用上仍然有一定局限性。至于超低頻短消息系統(tǒng),則由于具備相當強的穿透性,在事故發(fā)生后組織人員自救上具有很大的實用意義。
目前,在井下的卷揚機房、變電站、水泵房等長期固定的作業(yè)地點一般都安裝了礦用防爆電話。但是為了在安全生產條件相對較差、危險性又較大的采場、掘進面等生產周期短、移動性大的作業(yè)場所實現通信的目的,礦用小靈通和井下無線對講系統(tǒng)就應運而生了。
礦用小靈通是新興的新型井下通訊系統(tǒng)。它是將UT斯達康公司制造的公用小靈通系統(tǒng)經過防爆處理,取得防爆合格證和煤安認證后用于煤礦井下。系統(tǒng)可實現井下手機與手機之間,井下手機與調度電話之間,井下手機與地面手機之間,井下手機與地面固定電話間的雙向通話。其滿足了管理人員、安全檢察人員、電機車司機、工程施工人員對通信的需求,做到井上與井下之間信息隨時傳遞,使地面與井下真正成為一個整體的通訊系統(tǒng),極大地改善了井下的通訊條件,為煤礦安全、提高工作效率提供了便捷的通信手段。其井下基站還可以和射頻標識考勤定位分站共用防爆外殼,節(jié)省布線成本。遺憾的是,井下情況復雜,礦用小靈通目前的通話質量還不是很理想。
井下無線對講系統(tǒng)和礦用小靈通有些類似,它是將無線對講機經過防爆處理,取得防爆合格證和煤安認證后用于煤礦井下。中繼傳輸則依靠井下中繼站和泄漏電纜。優(yōu)點是通話質量比礦用小靈通要好,更適于工業(yè)管理應用,但卻不能象礦用小靈通那樣實現礦區(qū)移動通信與社會移動通信公用網的連接。
結語
煤炭行業(yè)的安全問題是非常復雜的,它關系到企業(yè)的經濟效益,也關系到生產者的利益。在全國,尤其是煤礦體制放開以后,有的礦區(qū)已裝備有現代化安全設備,而也有的礦區(qū)完全沒有任何安全設備,造成管理難度很大。事實上,即便是在那些安裝了全套最新型的現代化安全設備的煤礦中,安全設備的使用也是大有問題。
很多煤礦都經常出現礦工們不愿使用安全設備的情況,比如把瓦斯報警傳感器用布包住,原因是一旦發(fā)現檢測指標超標,生產就要停頓,工人們怕收入受到影響;又比如礦工偷偷割斷視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸線纜,甚至暴力破壞礦用攝像機,原因是井下含氧量低,人比較容易疲勞,常有工人想休息又怕請假收入受到影響?;谶@種情況,工程商在設計施工方案時,就必須事先考慮系統(tǒng)設備遭到人為破壞性損傷后的維修要求。
對于煤礦安防項目而言,設備選型始終要把安全性、可靠性放在第一位。沒有通過礦用產品安全標志認證的產品是不能在煤礦井下使用的。無證產品盡管便宜,但萬一誘發(fā)事故,算上善后的費用和刑事責任實在是說不上省錢。盡量選用在煤礦工程中有較多業(yè)績的知名老品牌制造商,這樣在設備安全性可靠性上均有保證。井下拆裝布線不便,若選用不成熟的新技術工程商還需細細斟酌。