礦山無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)

金成

摘要：礦業(yè)在促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，信息技術(shù)在采礦過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。在采礦過(guò)程中，容易發(fā)生二氧化碳、一氧化碳中毒和機(jī)械故障，影響采礦安全。為了更好地保障礦山人員的生命安全，礦山企業(yè)應(yīng)重視安全管理。安全監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息技術(shù)，有利于提高采礦效率，更好地保證采礦安全性能。

關(guān)鍵詞：礦井無(wú)線(xiàn);安全監(jiān)測(cè);預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì);關(guān)鍵技術(shù);分析

1礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

礦山以地下作業(yè)為主，整體作業(yè)環(huán)境相對(duì)較差。為了確保井下人員和設(shè)備的安全運(yùn)行，有必要將安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用到礦井中，采用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，測(cè)量礦井下的工作環(huán)境，將結(jié)果傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測(cè)設(shè)備，維護(hù)人員的健康和安全。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支持下，可以生產(chǎn)不同類(lèi)型的設(shè)備，以滿(mǎn)足設(shè)備的運(yùn)行需要，促進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展。為了維護(hù)礦山安全，有必要建立一個(gè)以總體架構(gòu)為固定值的監(jiān)控系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，以三維方式作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心，對(duì)井下的靜態(tài)參數(shù)、環(huán)境、設(shè)備性能和動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)計(jì)算機(jī)電子設(shè)備，可以保證數(shù)據(jù)信息采集的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確查詢(xún)礦井空氣循環(huán)率、負(fù)壓參數(shù)和瓦斯參數(shù)。礦井監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)、電力傳輸控制器、傳輸端口、智能檢測(cè)軟件。通過(guò)技術(shù)、接口設(shè)備、軟件、控制器等，可以建立一套完善的監(jiān)控系統(tǒng)。

2礦井無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)安全生產(chǎn)的要求，構(gòu)建無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）智能數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。施工過(guò)程中，依托WIFI無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)，提供無(wú)線(xiàn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控信息的收發(fā)。（2） 安全監(jiān)控信息的無(wú)線(xiàn)傳輸。在煤礦安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行中，采集的信息主要是人員信息和設(shè)備信息。根據(jù)監(jiān)控要求，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)信息傳輸。通過(guò)配置與機(jī)械設(shè)備和人員匹配的無(wú)線(xiàn)終端，實(shí)現(xiàn)人員和設(shè)備的定位。（3） 無(wú)線(xiàn)語(yǔ)言通信系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，開(kāi)發(fā)了具有語(yǔ)音功能的無(wú)線(xiàn)終端，實(shí)現(xiàn)了信息的無(wú)線(xiàn)收發(fā)。利用無(wú)線(xiàn)攝像機(jī)，采集各種圖像，進(jìn)行變換，使其成為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)制信號(hào)，無(wú)線(xiàn)輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，利用各種傳感器采集數(shù)據(jù)信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，利用預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷安全性，預(yù)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)，制定整改措施并實(shí)施。

3礦井無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

3.1案例概述

根據(jù)安全監(jiān)測(cè)的要求，構(gòu)建了基于WIFI無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的礦山環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用WIFI的高速傳輸優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)溫度、濕度等各種參數(shù)的快速采集和轉(zhuǎn)發(fā)。在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)線(xiàn)路由器節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)802.11協(xié)議快速組建adhoc網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)傳感器節(jié)點(diǎn)通信，整合各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，WIFI通信技術(shù)具有組網(wǎng)能力強(qiáng)、成本低、速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確獲取礦井內(nèi)的溫濕度變化情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控。結(jié)合該系統(tǒng)，進(jìn)行了無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。

3.2總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)運(yùn)行的目的是采集礦井溫度、濕度數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理提供依據(jù)。系統(tǒng)的核心是基于WIFI通信的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。一般來(lái)說(shuō)，礦井中可以有多個(gè)礦井，礦井之間的距離很遠(yuǎn)。為了滿(mǎn)足監(jiān)控要求，構(gòu)建了樹(shù)形結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)用于收集環(huán)境信息并將其傳輸給路由節(jié)點(diǎn)。路由節(jié)點(diǎn)采集各種數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的連接，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)和管理。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)收集和處理礦山數(shù)據(jù)和信息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心。系統(tǒng)監(jiān)控中心作為安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的終端，負(fù)責(zé)各種參數(shù)的匯總處理和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.3傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能的實(shí)現(xiàn)需要傳感器節(jié)點(diǎn)的支持，完成傳感器節(jié)點(diǎn)的各種參數(shù)的采集和組網(wǎng)，以及信息的發(fā)送和接收。在硬件設(shè)計(jì)中，不僅要考慮傳感器節(jié)點(diǎn)的參數(shù)采集、功耗等要求，還要考慮使用環(huán)境和數(shù)據(jù)傳輸距離，做好綜合控制工作。綜合分析，最終設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)傳感器方案內(nèi)容如下：（1）設(shè)計(jì)微處理器模塊，作為終端節(jié)點(diǎn)信息處理和控制的核心。（2） 設(shè)計(jì)WIFI模塊作為數(shù)據(jù)傳輸通道，支持終端和路由節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際應(yīng)用中，通信采用802.11協(xié)議實(shí)現(xiàn)。（3） 所設(shè)計(jì)的傳感器模塊配有溫度傳感器和濕度傳感器，用于采集各種數(shù)據(jù)。（4） 設(shè)計(jì)的電源模塊主要為系統(tǒng)供電。

3.4軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)監(jiān)控中心軟件，具體負(fù)責(zé)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)傳感器采集各種數(shù)據(jù)，處理和顯示數(shù)據(jù)。軟件建設(shè)，采用B/S結(jié)構(gòu)，基于NETFramework平臺(tái)，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，本程序在VisualStudio2013環(huán)境下進(jìn)行編寫(xiě)。利用WIFI通信網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)接入，支持各類(lèi)終端設(shè)備接入安全監(jiān)控中心，如手機(jī)，實(shí)時(shí)獲取安全監(jiān)控和預(yù)警信息，提高安全生產(chǎn)管理和維護(hù)水平。

4礦井無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1無(wú)線(xiàn)技術(shù)

以無(wú)線(xiàn)傳感器為基礎(chǔ)，構(gòu)建無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，將地面數(shù)據(jù)中心、地面安全監(jiān)控系統(tǒng)和井下安全監(jiān)控系統(tǒng)集成，構(gòu)建礦井無(wú)線(xiàn)安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在具體設(shè)計(jì)中，結(jié)合安全監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要和要求，建設(shè)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和安全預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)收集溫度、濕度和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，進(jìn)行安全分析，檢查安全風(fēng)險(xiǎn)，然后實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控和預(yù)警。

4.2智能終端技術(shù)

建立安全預(yù)警的安全監(jiān)控系統(tǒng)。要想充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用，需要配置終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸，以便及時(shí)接收預(yù)警信息，落實(shí)安全措施。這需要終端智能技術(shù)的支持。安全檢查員和地面管理人員等使用終端設(shè)備APP進(jìn)入安全數(shù)據(jù)中心，獲取安全生產(chǎn)信息。根據(jù)發(fā)布的預(yù)警信息，借助GIS技術(shù)或GPS技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)的精確定位，快速發(fā)現(xiàn)安全隱患。

5結(jié)論

在采礦過(guò)程中，安全管理非常重要，安全管理不僅會(huì)影響采礦效率，而且還能減少采礦過(guò)程中安全事故的發(fā)生?，F(xiàn)代礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于礦山安全管理中。礦山監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控礦山環(huán)境，幫助礦山安全管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)采過(guò)程中的異常情況。礦山監(jiān)控系統(tǒng)也有利于提高礦山安全管理的現(xiàn)代化水平，可以更好地保證礦山的安全開(kāi)采。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，礦業(yè)單位要擴(kuò)大安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，加強(qiáng)安全管理人員的培訓(xùn)，從而推動(dòng)我國(guó)礦業(yè)工作朝著智能化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，也要更好地保證礦業(yè)企業(yè)的發(fā)展質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]何衍興.金屬礦山主提升設(shè)備安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010.