煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應用及發(fā)展探究

潘亞偉

摘要：隨著我國煤炭開采技術的不斷提高和科技水平的快速發(fā)展，我國煤礦安全檢測工作任重而道遠。安全檢測系統(tǒng)對礦區(qū)發(fā)生緊急情況時提供了很大的幫助，使有關人員能夠快速獲取有關信息，解決災情。另外，它還能夠自動分析數(shù)據(jù)，在發(fā)生火災等事故時為工作人員提供安全的逃生路線，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失?；诖?，本文主要探討了煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應用及發(fā)展。

關鍵詞：煤礦;安全檢查監(jiān)控系統(tǒng);應用;發(fā)展

一、煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)構造

煤礦開采過程中一般處于井下開采，其生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，為保證井下工作人員安全和設備穩(wěn)定性運行，需對礦井采取安全監(jiān)測系統(tǒng)，通過先進技術和設備對井下的工作情況進行勘測，并將工作內容實時傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控設備中，為井下工作人員提供安全保障。當前經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展下，針對同一工作目標將衍生出不同類型的設備，以滿足設備的多元化發(fā)展，同時也對設備和技術的更新提供有效助力。作為煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)一般總體架構屬于固定值，以保證系統(tǒng)運行的兼容性，監(jiān)控系統(tǒng)一般是對井下的靜態(tài)參數(shù)、動態(tài)參數(shù)、設備性能、環(huán)境等進行立體化監(jiān)測，并通過計算機電子設備對數(shù)據(jù)信息就進行提取，以保證礦井下的瓦斯、空氣流通速率、負壓等參數(shù)的精準查詢。監(jiān)控系統(tǒng)包括地面監(jiān)控站點、電力傳輸控制器、外部傳感器、傳輸端口、監(jiān)控設備主機、智能檢測軟件、電源等，通過技術、接口設備、軟件、控制器等協(xié)同工作下，可構建完整的監(jiān)控系統(tǒng)。

二、應用現(xiàn)狀

當前煤礦資源在開采過程中，為保證工作人員的安全和開采最大效益，煤炭開采企業(yè)都會安裝監(jiān)控系統(tǒng)，以保證企業(yè)在社會市場中的競爭力。在對監(jiān)控設備進行選擇時，由于商品的多樣性，在性能一致的情況下，商品存在品質差異，當企業(yè)采用部分不合格設備時，將造成系統(tǒng)的監(jiān)控性能減低，使用壽命縮短等問題。例如空氣測量傳感器，品質較差的傳感器對毒性氣體將產(chǎn)生抗性檢測，使監(jiān)測節(jié)點發(fā)生移位現(xiàn)象，進而使氣體實際測量值降低，將導致結果產(chǎn)生偏差，造成系統(tǒng)性損失。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，需專業(yè)的工作人員對其進行操作，但部分煤炭企業(yè)只是針對監(jiān)控系統(tǒng)進行引進，在實際使用過程中并為配套專業(yè)的操作人員，其監(jiān)控系統(tǒng)一般為24小時運行狀態(tài)，如未能進行專人審驗，將導致實際測量結果出現(xiàn)偏差，致使檢測人員無法對井下環(huán)境進行時間維度的檢測，進而使監(jiān)測效果不明顯。同時監(jiān)控系統(tǒng)的大部分監(jiān)測設備為精密儀器，如未能針對設備進行及時科學性檢修，將導致設備的使用壽命和監(jiān)測精度降低。

三、我國煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術的引入

1.監(jiān)控界面優(yōu)化?？紤]到安全管理人員在使用智能化安全監(jiān)管系統(tǒng)時的便捷性，監(jiān)控界面利用組態(tài)軟件，呈現(xiàn)由傳感器傳輸回的礦下監(jiān)控畫面，并清晰顯示各項監(jiān)測參數(shù)的實時數(shù)據(jù)。界面中涵蓋報表輸出、曲線生成、預警信息查詢等功能按鍵，為人機交互提供便利。

2.數(shù)據(jù)庫優(yōu)化。為使智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)不斷適應煤礦生產(chǎn)安全管理需求，將系統(tǒng)原本的數(shù)據(jù)庫升級為SQL Server數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫可通過ODBC接口，實現(xiàn)與原數(shù)據(jù)庫的高速數(shù)據(jù)傳輸，將多個數(shù)據(jù)庫聯(lián)合使用。

3.實時動態(tài)監(jiān)控。通過視頻嵌入技術，在礦下安裝多臺云攝像設備，全面采集礦下動態(tài)畫面，并通過無線網(wǎng)絡將信號傳輸至地面。

4.瓦斯泄漏報警。在煤礦生產(chǎn)過程中，瓦斯泄漏、瓦斯爆炸是引發(fā)安全事故的主要原因。在智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)中提前設置礦下瓦斯安全警示值，當無線傳感器檢測到的瓦斯?jié)舛冗_到這一警示值后，系統(tǒng)自動進行報警，并對井下環(huán)境的安全系數(shù)進行評估，迅速做出處理反饋，提示井下人員進行檢查或選擇疏散。

5.遠程控制功能。遠程控制功能能夠在智能化安全監(jiān)控中心，直接對平臺接收到的數(shù)據(jù)進行遠程分析和處理。對比實時環(huán)境數(shù)據(jù)及系統(tǒng)中存儲的歷史數(shù)據(jù)，判斷是否存在安全異常，進而準確下達安全指令，確保井下作業(yè)安全。

（二）礦用無線傳感器的引入

礦用無線傳感器存在多種類型，以采集礦井內甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水位、溫度、濕度、風壓、巷道壓力的實時數(shù)據(jù)，將采集到的信息安全、迅速傳輸回地面監(jiān)控中心，通過對礦下各類環(huán)境參數(shù)變動趨勢的分析及異常參數(shù)的挖掘，評價煤礦生產(chǎn)安全系數(shù)，并對安全風險進行監(jiān)控。煤礦智能化安全監(jiān)控系統(tǒng)中引入的礦用無線傳感器，主要對瓦斯、溫度、風速等參數(shù)數(shù)值進行檢測，可適應多種礦下運行環(huán)境，且通過無線網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，使得以往數(shù)據(jù)傳輸緩慢的問題得到極大改善，幾乎可實現(xiàn)對礦下情況的時時在線監(jiān)控。

1.網(wǎng)絡選型

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化建設礦下網(wǎng)絡選用物聯(lián)網(wǎng)，地上部分則依托因特網(wǎng)。為使無線傳感器采集數(shù)據(jù)傳輸達到足夠的安全性和高效性，建議使用ZigBee物聯(lián)網(wǎng)技術，該技術的穩(wěn)定性極高，可適應多種復雜、惡劣的運行條件，且其可擴展空間大、布施簡便、應用成本較低，因此非常適合將其引入到煤礦生產(chǎn)的安全控制工作當中。而地上監(jiān)控中心的環(huán)境條件要明顯優(yōu)于礦下，因特網(wǎng)已經(jīng)可充分滿足其對網(wǎng)絡傳輸、通信的要求。地面數(shù)據(jù)傳輸以有線方式進行，數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)被發(fā)送至具備存儲功能的任務管理器，準備開展數(shù)據(jù)分析、檢測等工作。

2.硬件設計

以ZigBee技術為依托的礦用無線傳感器網(wǎng)絡硬件系統(tǒng)包括任務管理器、網(wǎng)關、數(shù)據(jù)匯集模塊和采集終端四個部分。其中，采集終端涵蓋負責檢測各類環(huán)境安全信號的無線傳感器，可對井下數(shù)據(jù)進行實時采集和傳輸。終端傳感器的布置分為移動監(jiān)測和固定監(jiān)測兩部分，移動監(jiān)測由井下作業(yè)人員隨身攜帶，用于采集其活動范圍內的環(huán)境信號;固定監(jiān)測則被分別布置在井下各個監(jiān)測點位置。選用CC2530片上系統(tǒng)，該系統(tǒng)在運行溫度要求、外觀尺寸、兼容性、FLASH大小等方面均得到明顯的優(yōu)化。CC2530與單片機相結合，可編程閃存達到256B，并提供21個GPIO接口，形成完整的井下網(wǎng)絡系統(tǒng)。數(shù)據(jù)匯集模塊能夠進行數(shù)據(jù)的匯總和轉發(fā)，其通信模式為有線與無線相結合的方式，作為整個系統(tǒng)中的連接、叻、調環(huán)節(jié)。

四、結束語

近幾年來，不斷會有某煤礦發(fā)生事故，大量人員傷亡的信息傳出。為了進一步鞏固礦區(qū)安全，不僅要加強煤炭開采管理意識，而且要重視煤礦處的安全監(jiān)控系統(tǒng)建設。利用安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測礦區(qū)情況，并做好礦區(qū)安全監(jiān)控系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)工作，及時掌握有效信息，做好預警防護措施，確保礦區(qū)安全。

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