矿山监测系统建设技术标准

矿山监测系统建设技术标准引言矿山开采作为国家能源与原材料供应的重要基础产业，其安全生产与高效运营始终是行业发展的核心议题。随着矿山开采深度的不断增加、规模的持续扩大以及对生态环境保护要求的日益提高，传统的人工巡检与经验判断模式已难以满足现代化矿山管理的需求。矿山监测系统作为保障矿山安全生产、优化生产流程、保护生态环境的关键技术手段，其建设的规范性、科学性与实用性直接关系到矿山的可持续发展能力。本标准旨在为矿山监测系统的规划、设计、建设、验收及运维提供统一、科学的技术指导，以确保系统建设质量，提升矿山安全管理水平与应急响应能力，降低生产风险，提高资源利用效率，并促进矿山绿色发展。本标准的制定基于当前矿山行业的技术发展现状与未来趋势，充分借鉴了国内外先进经验与成熟技术，力求内容全面、重点突出、指标合理、易于操作。一、总则1.1目的与意义为规范矿山监测系统的建设行为，明确系统建设的技术要求，确保监测数据的准确性、可靠性与及时性，提升矿山安全生产管理的智能化、信息化水平，预防和减少各类安全事故的发生，保护矿工生命安全与健康，保障矿山企业财产安全，特制定本标准。1.2适用范围本标准适用于各类金属非金属矿山、煤矿等地下与露天矿山的监测系统新建、改建与扩建工程。其他矿山类型可参照执行。1.3建设原则1.3.1安全优先，预防为主：监测系统建设应将保障矿山安全生产置于首位，重点监测可能导致重大安全事故的关键环节与参数，实现对安全风险的早期预警与有效管控。1.3.2需求导向，因地制宜：根据矿山的开采方式、地质条件、生产规模、主要风险类型等实际情况，科学确定监测内容、监测范围与监测精度，避免盲目建设与资源浪费。1.3.3技术先进，可靠适用：选用技术成熟、性能稳定、精度适宜、维护方便的监测设备与系统平台。鼓励采用物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，提升系统的智能化水平。1.3.4统一规划，分步实施：系统建设应进行整体规划，明确建设目标与阶段任务，可根据矿山发展需要与资金状况分步实施，确保系统的完整性与扩展性。1.3.5标准规范，开放兼容：系统设计与建设应遵循相关国家标准、行业标准，确保系统接口开放、数据格式规范，便于与矿山其他管理系统的集成与数据共享。1.3.6经济合理，绿色高效：在满足监测功能与性能要求的前提下，优化系统设计，降低建设与运维成本。注重节能降耗，减少对矿山生态环境的影响。1.4规范性引用文件（此处应列出本标准引用的主要国家标准、行业标准，如《矿山安全法》、《金属非金属矿山安全规程》、《煤矿安全规程》、《安全生产监控系统通用技术要求》等相关文件。实际应用中需根据最新版本进行更新。）二、术语与定义2.1矿山监测系统(MineMonitoringSystem)指通过在矿山井下及地表关键区域布设传感器、数据采集传输设备、数据处理与分析平台及信息展示终端，对影响矿山安全生产、人员健康、生态环境及生产效率的各类物理量、化学量、状态量进行实时采集、传输、处理、分析、预警与展示的综合性信息系统。2.2传感器(Sensor)能感受规定的被测量并按照一定的规律(数学函数法则)转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。2.3数据采集单元(DataAcquisitionUnit)对传感器输出的信号进行采集、调理、转换、暂存并上传的设备。2.4数据传输网络(DataTransmissionNetwork)用于将监测数据从采集现场传输至数据处理中心的通信网络，可采用有线、无线或混合通信方式。2.5数据处理中心(DataProcessingCenter)对采集到的原始监测数据进行存储、校验、分析、建模、预警及数据管理的核心场所，通常包含服务器、存储设备及相关软件系统。2.6预警(EarlyWarning)当监测数据达到或超过预设的阈值范围时，系统自动发出警示信息，提示相关人员采取防范措施的过程。2.7监测点(MonitoringPoint)在监测对象上布设传感器以获取特定监测参数的位置。三、系统总体设计3.1系统建设目标矿山监测系统建设应致力于实现以下目标：a)实时掌握矿山井下及地表关键区域的安全状态，如顶板稳定性、边坡变形、瓦斯浓度、粉尘含量、水文地质条件、通风状况、设备运行状态等。b)对可能发生的安全隐患进行早期预警，为矿山安全决策与应急处置提供及时、准确的信息支持。c)优化矿山生产流程，提高生产效率，降低运营成本。d)改善作业环境，保护矿工职业健康。e)监测矿山开采对周边生态环境的影响，促进绿色矿山建设。f)实现监测数据的规范化管理与共享利用，为矿山数字化、智能化转型奠定基础。3.2监测内容与参数矿山监测系统的监测内容与参数应根据矿山类型、开采方法、地质条件及主要风险因素进行确定。主要包括但不限于以下方面：3.2.1地质与工程安全监测a)顶板监测：顶板下沉量、下沉速度、离层量、支护应力等。b)巷道/采场围岩监测：围岩变形、位移、应力、裂隙发育等。c)边坡监测：边坡表面位移、深部位移、应力、地下水压力、降雨量等。d)尾矿库监测：坝体位移（表面、深部）、浸润线位置、坝体渗流量、坝体应力、库水位、干滩长度、库区降雨量等。e)冲击地压监测：微震事件、应力集中、煤岩体变形等。f)岩爆监测：微震、声发射、岩体应力等。3.2.2环境与职业健康监测a)瓦斯监测：甲烷浓度、二氧化碳浓度等。b)粉尘监测：总粉尘浓度、呼吸性粉尘浓度。c)有毒有害气体监测：一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、二氧化氮等浓度。d)通风系统监测：风速、风量、风压、温度、湿度等。e)噪声监测：作业场所噪声级。f)照度监测：作业场所光照度。3.2.3水文与水害监测a)井下涌水量、水位监测。b)地下水压力监测。c)水质监测（pH值、浊度、主要离子含量等，根据需要）。d)地表水体水位、流量监测。e)降雨量监测。3.2.4设备与生产过程监测a)提升设备运行状态监测：速度、位置、温度、振动、油压、电流、电压等。b)通风设备运行状态监测：转速、风压、风量、温度、振动、电流、电压等。c)排水设备运行状态监测：流量、扬程、转速、温度、振动、电流、电压等。d)压风设备运行状态监测：风压、风量、温度、振动、电流、电压等。e)采煤/掘进设备运行状态监测：位置、姿态、负载、温度、振动等。f)皮带运输系统监测：速度、跑偏、堆煤、温度、烟雾等。g)生产参数监测：产量、进尺、材料消耗等（可与生产管理系统对接）。3.2.5人员定位与应急救援监测a)井下人员位置、轨迹跟踪。b)人员考勤管理。c)应急呼叫与通讯。3.3系统架构矿山监测系统宜采用分层分布式架构，一般可分为感知层、传输层、数据层、应用层和展现层。3.3.1感知层由各类传感器、智能仪表、数据采集终端等组成，负责对监测对象的物理量、化学量等参数进行实时采集与初步处理。3.3.2传输层由各类通信设备（如交换机、路由器、无线基站、光端机等）及传输介质（如光缆、电缆、无线信道）组成，负责将感知层采集的数据可靠、安全地传输至数据处理中心。3.3.3数据层由数据库服务器、存储设备及数据管理软件组成，负责对监测数据进行存储、校验、整合、备份与管理，为应用层提供数据支持。3.3.4应用层由应用服务器及各类业务应用软件组成，负责对数据进行分析、建模、挖掘、预警、报表生成等，并实现与其他业务系统的集成。3.3.5展现层由监控中心大屏、计算机终端、移动终端等组成，负责以图形、图像、表格、曲线等多种形式直观展示监测信息、预警信息及分析结果。3.4系统主要功能要求3.4.1数据采集功能a)应支持对各类传感器信号的采集，包括模拟量、数字量、开关量等。b)应具备定时采集、实时采集、触发采集等多种采集模式。c)数据采集精度应满足相关技术标准及监测参数的要求。d)具备数据有效性初步判断与异常数据标记功能。3.4.2数据传输功能a)应保证数据传输的实时性、可靠性与安全性。b)支持有线（以太网、光纤、RS485/232等）、无线（LoRa、NB-IoT、Wi-Fi、ZigBee、4G/5G、微波、卫星等）等多种传输方式。c)具备数据压缩、加密、校验功能，减少传输带宽占用，防止数据丢失与篡改。d)具备断网重连和数据缓存功能，在网络故障恢复后能自动补传缓存数据。3.4.3数据处理与存储功能a)具备数据清洗、滤波、平滑、插值、转换等数据预处理功能。b)支持海量监测数据的分布式存储与高效检索。c)数据存储周期应满足矿山安全管理与数据分析的需要，重要数据应长期保存。d)具备完善的数据备份与恢复机制，确保数据安全。3.4.4数据分析与预警功能a)具备实时数据监控、历史数据查询、数据趋势分析、对比分析等功能。b)支持多种预警模型，可根据监测参数的阈值、变化速率、趋势预测等进行多级预警。c)预警方式应包括声光报警、短信通知、系统弹窗、邮件等多种形式。d)具备预警信息的分级、分类、统计与追溯功能。e)鼓励采用人工智能算法进行异常识别、风险预测与智能研判。3.4.5可视化与信息展示功能a)具备丰富的可视化展示手段，如数字仪表盘、趋势曲线图、柱状图、饼图、热力图、三维模型等。b)支持基于电子地图或矿山三维模型的空间化展示，直观显示监测点分布与监测数据。c)可根据用户角色与权限，定制不同的信息展示界面。d)支持报表自动生成与打印功能，报表格式应符合矿山管理需求。3.4.6系统管理与维护功能a)具备用户管理、权限管理、角色管理功能，确保系统操作的安全性。b)具备设备管理功能，可对传感器、采集器、传输设备等进行注册、参数配置、状态监控、故障诊断与维护记录。c)具备日志管理功能，记录系统运行日志、操作日志、报警日志等。d)具备系统自诊断与故障报警功能，便于系统维护。3.4.7接口与集成功能a)应提供标准化的数据接口与应用编程接口（API），支持与矿山企业资源计划（ERP）、生产执行系统（MES）、安全管理信息系统等其他业务系统的数据交换与集成。b)支持与上级监管部门信息系统的数据对接。四、设备选型与安装4.1传感器选型a)传感器的性能参数应满足监测对象的要求，其测量范围、精度等级、分辨率、稳定性、响应时间、工作环境适应性等应符合相关标准。b)应选择技术成熟、质量可靠、具有良好信誉厂家生产的传感器，并提供有效的计量检定/校准证书。c)井下使用的传感器应符合煤矿安全标志（MA）或其他相应的防爆、防尘、防水等安全要求。d)传感器的安装方式应简便，易于维护和更换。e)考虑传感器的功耗，特别是对于采用电池供电或无线传输的传感器，应选择低功耗产品以延长使用寿命。f)对于关键监测参数，宜采用多种原理传感器进行冗余配置或交叉验证。4.2数据采集传输设备选型a)数据采集器应具备与所选传感器相匹配的输入接口，支持多种信号类型。b)数据采集器应具备足够的处理能力、存储容量和通信接口。c)采集器的采样频率应满足监测参数变化特性的要求。d)传输设备的带宽、传输速率、通信距离、抗干扰能力等应满足数据传输需求。e)井下数据采集传输设备必须符合相关防爆标准，并取得相应的防爆合格证。f)设备应具备良好的电磁兼容性和环境适应性，能在矿山复杂环境下稳定工作。4.3中心设备与软件平台选型a)服务器、存储设备的配置应根据监测点数量、数据量、并发用户数及应用需求进行合理选型，确保系统运行流畅、响应迅速。b)数据库软件宜选用成熟、稳定、高效的关系型数据库或时序数据库。c)系统软件平台应采用模块化、分层架构设计，具备良好的稳定性、可扩展性和可维护性。d)软件应具备友好的用户界面，操作简便，易于学习和使用。e)软件应支持Windows、Linux等主流操作系统，兼容主流的浏览器。4.4设备安装要求a)监测点的布设应根据监测目的、地质条件和工程实际进行优化设计，确保监测数据的代表性和准确性。b)传感器安装应牢固可靠，避免受非监测因素干扰。安装位置应便于观测、维护，并符合安全规程。c)对于需要进行标定的传感器，安装前应进行校准，安装后应进行现场调试。d)井下设备安装应严格遵守煤矿安全规程或金属非金属矿山安全规程，确保施工安全。涉及动火作业、进入受限空间等特殊作业，必须办理相应审批手续。e)线缆敷设应整齐规范，固定牢固，标识清晰。井下线缆应符合防爆要求，避免被机械损伤。f)设备外壳应可靠接地，防止电磁干扰和触电事故。g)安装完成后，应进行详细的记录，包括安装位置、安装时间、设备参数、校准数据等。五、数据传输与网络构建5.1传输方式选择矿山监测数据传输可采用有线传输、无线传输或两者结合的混合传输方式。5.1.1有线传输a)光纤传输：适用于传输距离远、数据量大、对传输带宽和稳定性要求高的场景，如井下主干网、地面区域网。具有抗干扰能力强、传输速率高、保密性好等优点。b)以太网电缆传输：适用于短距离、高带宽的数据传输，如监控中心内部设备连接、近距离监测点。c)工业总线（如RS485、CAN总线等）：适用于传感器数量较多、分布相对集中的区域，布线简单，成本较低。5.1.2无线传输a)短距离无线通信技术（如LoRa、N