第1章 安全监测、监控发展情况
1.1 国内外发展概况
矿井监测监控系统是增强矿山安全，提高生产率的有效工具。世界各主要产煤国对此都很重视，开发了多个系统，如CTT-63/40（法国）、MINOS（英国）、SCADA（美国）、森透里昂（加拿大）、KJ2（中国）等，为煤矿井下安全生产和采、掘、运、通、排等主要环节的协调工作创造了条件，解决了矿井安全监测及生产监控的燃眉之急。
国外六、七十年代发展起来的煤矿监控技术，近年来在我国有了飞速的发展，各种煤矿监测系统及其配套产品应运而生。目前，我国煤矿中使用的各类监测监控系统多达十几种，国有煤矿中已装备监测系统的矿井约占总数的三分之一。煤矿监控系统的应用对改善我国煤矿的安全状况，提高煤矿生产效率和现代化管理水平起到了重要作用。
1.1.1 国外煤矿监控技术的发展
国外煤矿监控技术是20世纪60年代开始发展起来的，至今已有四代产品，基本上5～10年更新一代产品。从技术特性来看，主要是从信息传输方式的进步来划分监控系统发展阶段的。国外最早的煤矿监控系统的信息传输采用空分制来传输信息。60年代中期英国煤矿的运输机控制、日本煤矿中的固定设备控制大都采用这种技术，其中最具代表性的是法国的CTT-63/40煤矿环境监测系统，它可测瓦斯、一氧化碳、风速、温度等参数，最多可测40个测点。到70年代末，这一系统在西欧一些国家共装备了150多套。波兰在70年代从法国引进技术，推出了可测20个测点的CMM-20系统，后又将测点扩展到128点，形成CMC-l系统。这就是第一代煤矿监控系统。
煤矿监控技术的第二代产品的主要技术特征是信道的频分制技术的应用。由于采用了频分制，传输信道的电缆芯数大大减少，它很快取代了空分制系统。英美等国的煤矿在60年代后期就已大量采用频分制技术。其中最具代表性且至今仍有影响的是西德Siemens公司的TST系统和F+H公司的TF200（早期是TF24）系统，这些都是音频传输系统。频分制的应用，体现了以晶体管电路为主的信
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息传输技术的发展，它比空分制前进了一大步。而集成电路的出现推动了时分制系统的发展，从而产生以时分制为基础的第三代煤矿监控系统，其中发展较快的是英国。英国煤炭研究院于1976年推出轰动一时的以时分制为基础的MINOS煤矿监控系统。在皮带运输系统应用取得成功后，他们立即推广到井下环境监测、供电供水监测和洗煤厂监控等方面，形成了全矿井监测监控系统。到80年代初，MINOS系统已相当成熟，在英国国内得到大量推广，还向美国和印度出售过。这一系统的成功应用，开创了煤矿自动化技术和煤矿监控技术发展的新局面，直到今日，国内外各种监控系统尽管在功能性和产品的技术先进性上都有较大的提高，但系统的整体结构仍没有太大的变化。
80年代是计算机、大规模集成电路、数字通信等现代技术高速发展时期。由英国煤炭研究院推出的MINOS系统软件应用成功后，英国的HSDE、HUWOOD、TRANSMI等公司分别生产了以时分制为基础的系统与之相配套；西德也提出了以时分制为基础的GEAMATIC全矿井监控系统的实施计划；对煤矿电气电子产品有重要影响的西门子、AEG等公司也纷纷推出以时分为基础的煤矿监控系统以满足市场需要；波兰也自行开发了以时分制为基础的HADES设备工况监测系统；苏联也在以时分制为基础的老系统上开发新产品；日本以南大夕张矿为样板也实施了许多以时分制为基础的监控系统项目。
在此期间，美国以其拥有的雄厚高新技术优势，率先把计算机技术、大规模集成电路技术、数据通信技术等现代高新科技用于煤矿监控系统，使煤矿监控技术跻身于高科技之列。这就形成了以分布式微处理机为基础的第四代煤矿监控系统。其中有代表性的是美国MSA公司的DAN6400系统，其信息传输方式仍属于时分制范畴，但用原来的一般时分制的概念已不足以反映这一高新技术的特点。
安全监控技术的不断提高以及推广使用，产生了明显的效果，大大降低了煤矿百万吨死亡率。
1.1.2 国内煤矿监控技术的发展
我国监测监控技术应用较晚，80年代初，从波兰、法国、德国、英国和美国等（如DAN6400、TF200、MINOS和Senturion-200）引进了一批安全监控系统，装备了部分煤矿；在引进的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、
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KJ80、KJ92等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。
随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF2000、KJ4/KJ2000和KJG2000等监控系统，以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。因此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。
系统也由早期的地面单微机监测监控已发展成为网络化监测监控以及不同监测监控系统的联网监测。其主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器组成。
1．2 存在的问题与任务
1.2.1 当前安全监测监控系统和管理系统存在的问题
随着传感器技术、电子技术、信息传输技术、计算机软硬件技术和煤矿安全生产管理水平的发展和提高，相当一部分监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰，或者停产，造成相当一部分局、矿无法继续正常使用已装备的系统。特别是国家颁布实施了矿井监控系统新标准和煤炭行业新规程，许多监控系统不但不能达到新标准新规程的要求，而且几乎都采用各自专用的通信协议，功能单一，互不兼容、通用性差，制约着系统功能的扩充。最重要的是，监控系统必须能够长期、稳定、无故障地运行，各类传感器和井下分站要适应井下较恶劣的工作环境，各类传感器的精度要满足最新要求。建立矿井安全生产综合监测监控系统是时代
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的趋势，国家的期望，生产的需求，是更好地做好安全工作，降低成本，提高工作效率，安全生产的方法和手段，是提高企业竞争力，树立企业良好形象，实现煤炭企业持续发展的法宝。
煤矿安全监控是综合性技术，涉及到计算机、电子技术、通讯、物理、化学、电工等多种学科，与矿山采、掘、机、运、通等生产环节密切相关，功能复杂，技术难度高，要求监控人员具有较高的技术素质。但是，部分煤矿的监控技术人员尚不能适应工作需要，有些局、矿的领导和主管技术干部对监控技术还不熟悉，导致了管理工作跟不上。由此产生了一系列的问题，如设备选型不妥、使用维护不当、仪器待修率和报废率高，影响了使用效果。 因此，在相当长的时期内，对于监测监控系统的装备、管理和培训任务仍
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十分艰巨。
我国矿山监测监控系统存在的问题: 1．通信协议不规范
由于现有厂家的监控系统几乎都采用各自专用通信协议，所以，很难找到两个相互兼容的系统。目前，信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各集团公司、矿井进一步补套、升级和扩充系统功能的制约因素，主要是用户在装备了某厂家的系统后，在众多型号、价格不同、功能各具特色的监控系统的软件、硬件（如分站）的补套以及服务等方面，就别无选择地依赖于这个厂家。有些矿井为了安全生产的需要，在系统存在严重问题和得不到技术服务的条件下，不得不废弃原有系统而另外选择其他的系统。因此，通信协议不规范的后果是造成设备重复购置、系统补套受制于人和不能随意进行软硬件升级改造。
2．井下信息传输设备物理接口协议不规范
井下信息传输设备物理接口协议不规范也是制约用户进一步升级和扩充系统功能的关键因素。如KJF2000、KJ4和KJ2000系统，尽管两种系统均采用FSK技术，以及信息传输波特率均为1200bps或2400bps，但其传输信息的调制频率不同和传输信息的收发电压幅值不同也造成这两种系统的分站不能兼容。
3. 传感器等质量不过关
与监测监控系统配接的甲烷传感器已成为矿井瓦斯综合治理和灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。
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据统计，国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，然而，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁的缺点，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。主要问题是：
（1）抗高浓冲击性能差。在巷道瓦斯涌出量大的情况下元件激活。反复作用的结果造成零点漂移并使其催化性能下降，抗高浓冲击性能差是造成元件使用寿命低、稳定性差的主要原因；
（2）对过分追求低功耗的元件，在矿井高湿度环境条件下,CH4在元件表面燃烧生成的水蒸气易于凝结在元件表面，降低元件使用寿命；
（3）抗中毒性能差,载体催化元件制作工艺水低，元件一致性差。 4．现场管理和维护水平有待于加强
尽管国家和各省、地、市煤炭管理部门强制性要求各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统，并加大了对矿井安全生产的管理力度，但一些地方国有煤矿，特别是乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。
5．市场秩序亟待规范
大大小小的系统生产厂家的不断出现，无疑存在着市场竞争条件下初级阶段的恶性竞争，其结果是不仅损坏了厂家的利益，而且由于导致生产企业的系统研发后劲不足、技术支持能力降低，最终将影响产品用户的正常使用。此外，由于煤矿监测监控系统涉及计算机的软硬件技术和网络化管理技术、系统传输设备的软硬件技术、各种传感器技术、系统的完善和升级改造技术、技术支持和服务能力等综合性技术。因此，在选择某种系统时必须特别强调厂家的企业规模、研发能力、系统的技术水平和技术支持能力等。
1.2.2 当前监测监控系统应解决的关键技术
针对目前煤矿在使用环境、生产监测监控系统中存在的主要问题，应解决的关键技术为：
(1)提高传感器使用寿命，增加可靠性，并研制开发新一代传感器。我国安全监测传感器的开发与研究和世界先进水平相比差距很大，与煤矿安全监测系
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