在我国能源体系中，煤炭的战略地位举足轻重，但地下开采环境的特殊性，使其安全生产始终面临严峻挑战。井下高瓦斯、复杂地质构造、季节性水害等风险因素，加上传统人工巡检模式存在的响应滞后、覆盖盲区、数据误差等问题，曾多次导致安全事故发生，不仅威胁矿工生命安全，还造成巨大经济损失。随着物联网、传感技术的快速发展，煤矿矿山自动化安全监测技术逐步替代传统模式，通过对关键风险指标的实时捕捉与智能预警，成为保障煤矿生产安全的核心技术支撑。
一、自动化监测的应用背景与核心目标
煤矿地下开采场景中，地质条件与自然环境的双重影响，让安全风险防控难度陡增。一方面，雨季地表雨水易通过裂隙渗透至井下，引发积水倒灌、巷道突水等水害事故；另一方面，井下巷道受地应力作用，易出现顶板下沉、帮部位移、支护结构倾斜等问题，若未及时发现，可能导致巷道坍塌。传统人工巡检需工作人员深入高危区域，不仅效率低下（如单次巡检覆盖范围有限，数据记录依赖人工填报），还存在漏检、误判风险，据行业统计，传统模式下约 30% 的水害与结构变形隐患，因发现不及时而扩大为事故。
为解决上述痛点，自动化安全监测技术以 “精准感知、快速预警、科学决策” 为核心目标，构建全时段、全方位的监测体系：
1. 实时感知风险：通过部署专用传感器，对井下关键安全指标进行不间断采集，消除人工巡检的时间与空间盲区，确保风险隐患早发现；
展开剩余84%2. 智能分析预警：依托数据处理技术，对采集到的监测数据进行实时分析，当指标超出安全阈值时，自动触发声光报警与信息推送，为现场处置争取宝贵时间；
3. 数据驱动决策：长期积累监测数据，构建风险预测模型，为开采方案优化、支护参数调整、应急预案完善提供数据支撑，实现从 “被动应对” 到 “主动预防” 的转变。
二、核心监测内容：聚焦关键风险指标
自动化监测体系以 “靶向防控” 为原则，针对水害与结构变形两大核心风险，重点部署三类监测设备，形成立体化数据采集网络：
（一）雨量监测：筑牢水害防控第一道防线
水害是煤矿雨季的主要风险，而雨量是预判水害的关键指标。自动化监测系统通过在井下含水层附近、低洼积水区、地表裂隙对应的井下投影区，部署翻斗式或称重式雨量传感器，实时采集降雨量数据。这类传感器具备防爆、防潮特性，测量精度可达 ±0.1mm，当小时降雨量超过 20mm 预警阈值时，会立即发出报警信号。同时，雨量数据与井下液位、涌水流量数据联动，可精准判断雨水渗透速度与积水增长趋势，例如当雨量骤增且井下液位 1 小时内上升超过 50cm 时，系统会判定为高风险状态，及时提醒作业人员撤离并启动排水预案。
（二）位移监测：守护巷道结构稳定
井下巷道受地应力、开采扰动影响，易出现顶板下沉、帮部水平位移等变形，若位移量超出安全范围，可能引发坍塌事故。自动化监测系统采用GNSS（全球导航卫星系统）监测设备，通过在巷道顶板、帮部关键点位布设 GNSS 接收机，结合井下基站实现厘米级甚至毫米级的三维位移量实时监测，能精准捕捉巷道结构的细微变形。GNSS 设备可按设定频率（如每 5 分钟一次）自动采集并传输数据，通过配套软件以曲线形式直观展示位移变化趋势，便于技术人员实时掌握巷道稳定性动态。例如在断层破碎带等地质复杂区域，若监测到顶板单日位移量超过 3mm，系统会立即判定为异常，自动推送预警信息至技术人员终端，提醒检查支护结构并及时采取加固措施，有效避免因位移累积引发的坍塌风险。
（三）倾角监测：防范支护与设备倾斜风险
巷道支护结构（如钢支架、混凝土支护）的倾斜的倾斜、采掘设备（如采煤机、刮板输送机）的倾斜，均可能引发安全事故。自动化监测系统通过 MEMS 倾角传感器，实时监测支护结构与设备的倾斜角度，当支护钢架倾角偏差超过 3°、设备倾斜角度超过 5° 时，传感器会立即触发预警。这类传感器体积小、安装灵活，可直接固定在支护钢架或设备主体上，能有效捕捉结构与设备的动态倾斜变化，避免因支护失效或设备倾倒导致的人员伤亡与生产中断。
此外，为确保监测数据的全面性，系统还搭配粉尘浓度、设备温度等辅助传感器，但雨量、位移、倾角监测始终是核心，三者数据相互补充，共同构成煤矿安全风险的 “数据画像”。
三、自动化监测的实践成果：数据见证安全效能
2022 年，我国某大型国有煤矿引入自动化安全监测系统，重点部署 80 台雨量传感器、120 台 GNSS 位移监测设备与 60 台倾角传感器，构建覆盖全矿井的监测网络。经过一年多运行，监测成果显著：
（一）风险预警效率大幅提升
雨量超标预警响应时间从人工巡检的 30 分钟缩短至 10 秒内，2023 年雨季，系统通过实时雨量监测，提前 2 小时预判到 2 次强降雨引发的水害风险，及时组织作业人员撤离并启动排水系统，成功避免淹井事故；位移监测方面，依托 GNSS 设备的高精度数据采集能力，系统将巷道位移超限预警提前量从 1 小时延长至 4 小时，全年避免 3 起巷道坍塌隐患，重大安全事故发生率降至零。
（二）人工成本与设备故障双下降
依托自动化监测，井下巡检人员数量从 24 人 / 班减少至 8 人 / 班，仅保留少量人员负责传感器维护，不仅降低 40% 的人工成本，还减少了人员在高风险区域的暴露时间；同时，倾角监测对设备倾斜风险的提前预警，配合设备温度传感器数据，使采煤机、刮板输送机等关键设备的故障停机时间从每月 12 小时降至 7.8 小时，故障率下降 35%，减少了因设备故障导致的安全隐患与生产损失。
（三）开采方案优化与安全水平提升
基于一年的雨量、GNSS 位移监测数据，技术团队精准分析出不同雨量条件下巷道位移的变化规律，优化了 3 个巷道段的支护方案，将巷道月均位移量控制在 5mm 以内，远低于行业平均的 15mm 标准；同时，结合雨量数据调整雨季开采计划，避免在强降雨时段进行井下作业，进一步提升了生产安全性。
类似成果在山西、陕西、内蒙古等煤炭主产区的多个煤矿得到验证，自动化监测技术已成为煤矿安全生产的 “标配”，尤其雨量、GNSS 位移、倾角监测的精准应用，为煤矿构建了坚实的安全防线，推动行业从 “经验防控” 向 “数据防控” 转型。
四、结语
煤矿矿山自动化安全监测技术的应用，彻底改变了传统安全管理模式。通过聚焦雨量、GNSS 位移、倾角等核心风险指标，实现了对水害、巷道坍塌、设备倾斜等隐患的精准防控，不仅大幅提升了风险预警效率，还为煤矿安全生产提供了科学的数据支撑。未来，随着传感技术的不断升级，自动化监测将更智能、更高效，持续守护矿工生命安全，保障国家能源供应稳定。
武汉中地恒达科技有限公司(简称中地恒达，英文缩写ZDHD)，是依托中国地质大学(武汉)所属企业在科技创新方面取得的丰硕成果及技术力量组建设立，公司位于武汉市光谷芯中心，主要从事地质灾害监测设备，卫星导航定位系统及设备，工程监测仪器，工程监测软件，自动控制系统及设备的研发、制造、销售及技术服务。公司技术团队硕士及以上学历占比45%(正教授2人，博士2人，硕士6人。
中地恒达产品应用领域包括地质灾害、能源、电力、交通、水利、市政等。目前拥有自主研发硬件产品包括北斗GNSS接收机、导轮式固定测斜仪、双轴倾角计、无线低功耗倾角计、无线倾角加速度计、危岩体崩塌计、无线裂缝监测一体机、地下水位监测一体机、降雨量监测站、数字信号采集仪、振弦信号采集仪、输油气管道应力监测系统、防护网监测系统、高支模监测系统、基坑降水监控系统等。软件产品包括中地恒达监测云、地质灾害监测预警平台、大坝安全监测预警平台、桥梁安全监测预警平台、露天矿山安全监测预警平台、监测APP软件、监测小站(微信小程序)、垂直度检测APP软件等。
中地恒达坚持自主创新，目前已获得(申报)发明专利2项，实用新型专利8项，外观专利7项，软件著作权13项，注册商标5个。2020年通过9001质量管理体系认证，2021年被评为湖北省软件企业，2022年与中国地质大学(武汉)成立产学研合作基地，与西北大学成立联合实验室，2022年12月被评为国家高新技术企业，2023年3月入库国家级科技型中小企业，2024年3月获评湖北省创新型企业。公司通过ISO9001质量管理体系认证，ISO14001环境管理体系认证，IS045001职业健康安全管理体系认证。
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