杨 洋
（中煤科工能源科技发展有限公司，天津 100000）
引言当前，煤矿生产安全是煤矿企业现代化管理的重要方面，对煤矿现场进行安全生产监控与监测，可以有效降低煤矿生产安全事故发生，保障煤矿工人的生命财产安全。如今，煤矿生产已由小企业独立统筹转化为大公司系统化全局管理生产。系统化管理提高了煤矿公司的管理水平，也极大地减少了事故的发生。由于在煤矿开采过程中影响安全的因素很多，例如地质条件、煤矿开采情况等，因此，煤矿工程师需要结合现场实际，综合分析，明确煤矿灾害与监测监控技术应用之间的关系，采取针对性的预防措施，治理隐患，提高煤矿开采效率。
1 煤矿灾害类型及原因分析1.1 煤矿灾害类型当前，随着煤矿开发进一步走深走实，煤矿开采技术和设备工艺也不断发展，我国的煤矿机械化开采水平在全国得以大面积的推广和应用，煤矿灾害事故越来越少。但是，一些煤矿密闭空间和较复杂的煤矿聚集场所仍然会存在灾害发生的风险[1]。例如，顶板区域、煤层浅埋区和深部开采区域等。煤矿冒顶问题是煤矿事故发生的重要原因之一，主要发生在煤矿隧道的侧部、煤矿出口、煤矿的复杂构造区和煤矿的顶底板等位置。由于煤的物理性质较为松软，煤矿一旦聚集，极易发生冒顶，需要用专门的支架进行固定。在煤矿的出口区，由于存放大型挖掘设备，容易阻碍煤矿的运输。出口区域需要采取一定的支撑措施，采用相关支撑设备来维持煤矿出口稳定，在较复杂的地质构造区，煤矿的煤渣常呈碎裂状，需要对其进行稳定加固。煤矿在开采过程中，容易遇到一些地质方面的问题，有可能会造成大面积冒顶现象。
煤矿在开采过程中，也会引发灾害性事故。在煤矿掘进过程中，容易诱发顶部塌陷，如果不及时支护，可能会引发冒顶事故，需要对煤矿的顶部进行支撑，可以从顶部或者是煤矿内部采取措施。另外，在煤矿洞穴内的交叉处容易引发塌陷事故，需要对其进行支撑和加固，提高支护的强度。对煤矿隧道内的顶部要进行全局加厚，保护煤矿构造区的稳定性，避免冒顶和顶板塌陷事故发生。
1.2 原因分析煤矿灾害事故发生的原因主要可以分为两个方面，一是自然因素，二是开采措施因素。
1）自然因素。在煤矿开采过程中，煤层与地层的倾角大小会对煤矿内部探车和设备相关的稳定性产生影响。如果煤矿倾角过大或者顶板稳定性较差，探车极易翻车失稳，探车前端容易遇到塌陷事故，需要在钻探过程中不断地对煤矿隧道周缘进行支护[2]。围岩的性质也对煤矿内部稳定性有影响，若围岩是砂岩或者是厚层的泥岩，则可以有效地保护煤矿稳定性。若煤矿周缘是细碎的煤焦，则无法起到支护作用，需要对其进行特殊加厚与加固。地质构造也会对煤矿内部的稳定性产生影响，如果地质构造较复杂，煤层的岩性产出则以碎屑煤渣为主。在这种情况下，煤矿内部开采动作过大，极易发生各种大规模的塌陷现象，引发开采事故。
2）开采措施方面的因素。开采措施因素主要与开采的施工过程和相关开采工艺有关，需要合理控制施工工艺参数，区分开采技术的相关影响因素，具体的影响因素有隧道内部的布置方式、煤柱高度、隧道支护与相关参数、尺寸落煤方式以及顶板加固程度等。开采措施因素属于人为因素，常对开采过程起决定性影响，因此，需要减少隧道内的应力，控制围岩的强度和变形，优先布置，考虑支护的措施，优化工艺参数，提高支护装置的强度，确保采掘设备稳定运行。
2 煤矿监测监控技术发展现状及发展趋势2.1 煤矿检测监控技术发展现状当前，煤炭利用率越来越高，煤炭占我国的能源比重越来越大，煤矿的监测与监控技术取得了重大突破，它能够实时监测煤矿井下的实际情况，提前把第一手数据报告煤矿监测监控系统，保障煤矿工人安全生产，避免煤矿灾难事故发生。但是，当前煤矿行业的规模逐渐扩大，人员来源较为复杂，管理难度也在不断加大，也随之带来了突发的安全性问题。过去的安全管理水平，仅适用于小范围的煤矿开采，而对于大面积的煤矿开采则难以适用。若在煤矿开采过程中遇到煤矿安全问题，也会极大地降低煤矿开采的工作效率。安全层层加码，会影响煤矿的生产开发，需要把握好其中的平衡点，而煤矿监控系统能够解决安全与生产之间的矛盾，降低安全风险，提高生产效率，保障工人的生命财产安全。
1）当前已经制定了煤矿安全监测监控的标准化技术方案，随着我国煤矿开采逐渐走向标准化、制度化和体系化，所有的煤矿必须装安全监测监控系统，这一系统需要派专人进行维护与完善。煤矿生产技术人员制定了相关的煤矿安全生产规程和措施方案。这些规章制度，可以大大提高煤矿的安全监测，保障煤矿监测系统的安全性和可靠性。
2）提高煤矿监测监控传感元件的灵敏性[3]。传感元件可以有效发现煤矿事故，识别煤矿风险，及时采取措施解决风险事故。相关技术人员需要不断地推动煤矿监测监控技术全方位发展，加入多种气体传感器。
3）加入煤矿监测监控问题判断识别功能，由于在煤矿井下环境恶劣，内部气体不流通，容易诱发监控系统失灵，有时候做出的判断，需要经过多种传感元件识别后，经在线系统故障识别软件进行识别，故障识别软件相当于监测监控技术的“大脑”，能够保障监测监控技术自动检测，需要不断地优化监测监控与技术故障识别的稳定性与灵敏性，运用专家系统，提高监测监控系统的识别准确度。
2.2 未来趋势发展1）建立多维矿井模型，可运用于现场煤矿开采。煤矿开采在未来的发展中，可以加入互联网相关技术。采用三维可视化数值模拟模型，进行简单描绘后，采用3D 打印技术，将煤矿隧道内部的情况完美呈现，有利于矿井工作人员及时处理实际问题，将三维隧道模型转化为实用地图，可以有效地帮助矿井人员识别前方的地质构造断层、暗河等，减小了勘探工作量，避免地下未知的风险影响，保障煤矿勘探工程师的生命财产安全。
2）优化煤矿的安全监控系统，使其更准确地识别判断，提高系统的判断能力和传输能力，保障更快地传输处理。在未来，煤矿安全监测监控系统的传感器将更加灵敏，内部的传输元件高效运行，快速识别矿井下潜在风险，并将其转化成数字信号传到地面的主机，且传输信号不受距离的影响，也不受煤矿内部环境的影响。另外，主机获得的数据还可以经过高速率再次加工，及时转化为监控预处理方案，改进煤矿监测系统工作，提高工作效率。
3）煤矿监测监控系统未来将采用更大强度的移动式电源，可保证系统至少一周稳定使用。此外，系统还应该降低电池功耗，减少电池的重量，可将电池随身携带，保证地下矿井内的供电需求，煤矿的安全监测系统将更能适应复杂的煤矿勘探现场与一些构造比较复杂的区域。当前的煤矿监测监控系统还较难识别一些潜在的碎屑煤岩，尤其是和地下暗河混合在一起的情况，则呈现出较难识别的信号，在未来可以将此信号进行识别与区分，保证煤矿安全监测系统稳定响应，提高它在复杂构造区域的适应性，增强监测监控系统工作准确度。
3 煤矿监测监控技术的应用本实例以山西某矿井为例。该矿井井田面积为12.351 km2，生产持续稳定，年生产规模为64 万t。该矿井装有煤矿安全监控网络、煤矿安全无线传感器等先进装置。煤矿安全监测监控网络主要采用TCP/IP网络协议，构建了上千兆的多途径高速数据网络，满足矿井内部全方位的信号与网络需求，采用加密传输的方式，高效传输数据，确保系统全天候安全稳定运行，全天候监测与处置。由于本矿井属于低瓦斯含量的矿井，但仍然有一定的爆炸危险性。煤矿安全监测监控系统可以有效实现对该矿井设备控制、CO 浓度、矿内温度、设备风速以及烟雾识别等动态监测。矿内逃生避难室设有相应的传感器（O2传感器、CO 传感器等）。在矿井逃生避难室以外，也设有移动式的传感器，如CO 传感器和CO2传感器，这些传感器均保持有效识别，传感元件处于世界领先水平。该站内部设置监测监控分点，主要是用来收集监测监控系统的相应信号。为了确保传输的稳定性，井内多采用视频传输方式，并且传输线缆和传输设备应达到相应的防爆要求，有利于煤矿生产安全，如图1 所示。
4 结语当前，中国煤矿安全生产监测监控技术仍然处于初级发展阶段，未来还有很大的发展空间和潜力。监测监控系统应优化设备应用水平，深化安全生产现代化监测监控的管理思想，加入互联网数据自动化处理技术，使监测监控系统的响应速度更快，识别准确率和效率更高。煤矿灾害的发生主要有自然因素和开采措施因素，后者也可称之为人为因素，需要综合控制这两类因素，有针对性地优化煤矿监测监控技术，主要的优化措施有三点：
1）制定煤矿安全监测监控技术方案。
2）提高煤矿监测监控传感元件的灵敏性。
3）加入煤矿监测监控问题判断识别功能。
