煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現

楊 愷

（晉能控股集團挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

隨著我國經濟的發(fā)展，對能源的需求量越來越大，煤炭作為主要的能源動力，其在較長一段時間內的需求是相對較大的[1]。煤炭的開采主要是依靠地下開采，地下開采的過程中由于環(huán)境惡劣和不可控因素等原因需要對井下的多種參數進行定時定期的監(jiān)測，尤其是井下的瓦斯?jié)舛?、水泵房抽排水、電力運行情況以及人員狀態(tài)等[2]。傳統(tǒng)的井下參數的監(jiān)測主要是通過工作人員定時進行監(jiān)測，但是隨著煤炭開采速度和開采效率的提升，人工的檢測方式已經不能夠滿足煤礦安全的要求。計算機技術、通信技術、信息采集技術的發(fā)展為煤礦的安全監(jiān)測監(jiān)控提供了有力的支撐，因此設計一套煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠減輕工作人員的工作量和工作壓力，提高煤礦井下生產安全，提供有效保障[3]。

1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)總體設計

1.1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控功能分析

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是面對煤礦井下多種參數監(jiān)控的系統(tǒng)，在進行設計時要遵循易用性、應用性、安全性、穩(wěn)定性以及技術先進性原則。保證煤礦工作人員能夠理解并使用系統(tǒng)的各項功能，在煤炭的實際生產過程中能夠安全、穩(wěn)定的發(fā)揮其實用價值，同時還要保證其能夠有著相當的兼容性，滿足一定程度的功能擴展[4]。

本文所設計的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對煤炭開采過程中的井下水泵房的實時監(jiān)控、井下供電電網的監(jiān)控、井下排水系統(tǒng)的監(jiān)控、礦井瓦斯的監(jiān)控等功能。井下水泵房涉及到水泵的啟停、電動閥門的開關以及開關柜的開關，通過對壓力、真空度、流量等一系列參數的監(jiān)控實現對井下水泵房的實時監(jiān)控。井下供電電網需要對井下電網的變電所部分進行遠程遙控高壓配電開關的控制，實現無人化值守，保證其電力的狀態(tài)能夠實時掌握。江夏排水系統(tǒng)的監(jiān)控是針對礦井水抽排的整套設施的監(jiān)控，包括水泵、動力裝置、管道等。礦井瓦斯的監(jiān)控是針對井下巷道中的瓦斯?jié)舛然蛘呤峭咚咕奂痊F象的防護。

1.2 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控總體結構設計

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用的是基于.Net Framework 環(huán)境下進行開發(fā)的，因此需要采用.Net 代碼庫進行程序的編寫。結合煤炭開采過程中的實際采煤工藝，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要是由監(jiān)控主機、地面網絡交換機、電源、中心站等組成的。整套系統(tǒng)采用分布式處理模式，能夠在實際應用過程中獲得穩(wěn)定的網絡信號以及較強的可操作性。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)其核心是井上的監(jiān)控中心以及網絡終端等，其對整個系統(tǒng)所采集到的信息進行綜合的分析和管理。網絡終端是將系統(tǒng)采集到的信息以及控制器的指令進行數據實時共享，將信息傳輸到各個終端。井上監(jiān)控中心與其他設備之間采用局域網的方式進行通信。工業(yè)以太環(huán)網作為整個系統(tǒng)的傳輸平臺。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的最前端是由多種模擬量信號采集器組成的，其各個部分能夠實現對監(jiān)測點數據信息的搜集和采集，同時能夠接受來自主站的數據信息，執(zhí)行主站的相應命令。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構圖如圖1所示。

圖1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構圖

2 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的詳細設計

2.1 礦井水泵房的監(jiān)測監(jiān)控模塊設計

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的礦井水泵房的設計是按照煤礦井下“地測防治水”的要求，為了達到20h將24h內的涌水量排出的目的。該系統(tǒng)采用了四臺離心式水泵作為主要的工作水泵，在日常正常情況下處于兩用兩備的情況，利用GKG2-6C 高壓開關柜，就地控制柜。PLC 控制器對排水模塊進行遠程控制，就地控制柜對四臺離心式水泵進行就地啟停、電磁閥的開關以及電磁閥的開關等控制操作。設計有兩條排水管道，每臺水泵都利用電磁閥與兩條管道相連接，當其中一條出現故障需要維修時，可啟動另一條管道作為排水。PLC集中程序根據井下的水位高低以及排水量的情況，對排水泵的啟停進行控制，設計有手動和自動兩種模式。自動模式情況下能夠24h 對井下的排水情況進行實時監(jiān)測。

2.2 供電電網監(jiān)測監(jiān)控模塊設計

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的井下供電網監(jiān)測監(jiān)控模塊是由三部分組成的井下隔爆交換機、電力監(jiān)控站以及監(jiān)測單元。隔爆交換機是對井下的數據信息進行傳輸，第一時間傳輸到井下，同時當出現事故時能夠及時地將數據信息進行傳輸。監(jiān)控站和電力檢測單元都是為了實現對井下的電力狀態(tài)進行監(jiān)測，通過對電力情況進行保障，將測得的數據傳遞到井上，在獲取到井上控制中心的信息后，在對井下的終端進行控制執(zhí)行操作命令。

2.3 礦井排水系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控模塊

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的礦井排水系統(tǒng)的監(jiān)測監(jiān)控主要是由實時排水數據信息監(jiān)測、排水設備的自動化管理、顯示檢測結果以及數據的查詢。排水數據信息監(jiān)測是對井下的涌水情況進行實時監(jiān)測的，當監(jiān)測到的參數值超過預期設定值時，就需要進行預警和處理。排水設備自動化管理是對排水設備的各個運行參數進行監(jiān)控的，保證排水設備能夠高效運轉。顯示檢測結果和數據查詢兩方面的內容是指在實時監(jiān)測的過程中對數據信息進行顯示，同時在工作人員需要查詢能夠實現數據的存取。

2.4 礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控模塊

瓦斯作為煤礦井下的重要檢測指標，其是相當重要的。瓦斯監(jiān)測監(jiān)控模塊其結構圖如圖2所示。瓦斯監(jiān)測監(jiān)控模塊是由上位機和下位機兩部分組成的，同時軟件和硬件之間采用的是遠距離無線傳輸和有線傳輸相結合的方式。實現對井下瓦斯數據的實時掌控，當出現瓦斯超過監(jiān)測設定值時，就需要進行預警并采取相應的指令對其進行處理。

圖2 瓦斯監(jiān)測監(jiān)控模塊結構圖

3 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的測試試驗

為了保證煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常穩(wěn)定的運轉，需要對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行實驗測試。實驗測試服務器端采用的是WindowsNET 操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)采用WindowsNET 系統(tǒng)或者是Microsoft Windows XP 系統(tǒng)，瀏覽器使用的為IE6.0 以上配置。其硬件配置如表1所示。

表1 測試試驗硬件配置表

對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行導航測試，對系統(tǒng)的導航界面顯示情況進行判斷。在實際操作的過程中界面導航未出現錯亂，各圖形都能夠較好地顯示出來。其次就是對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行兼容性測試，觀察界面在640×400、600×800的分辨率情況下能否正常顯示。經過測試界面均可以在正常條件下使用。對系統(tǒng)進行通訊測試，測試結果如表2所示。

表2 通訊測試結果

通過對表內的數據觀察發(fā)現在通訊方面數據未出現丟包，通訊穩(wěn)定。

4 總結

煤炭開采關系到國家經濟的發(fā)展，其安全、穩(wěn)定是煤礦開采過程中的重中之重，為了保證煤炭開采過程中有著較好的安全性，必須將傳統(tǒng)的人力監(jiān)測轉變?yōu)橹悄芑陌踩诰€監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠實現對煤礦井下的礦井水泵房的監(jiān)測監(jiān)控、供電電網監(jiān)測監(jiān)控、礦井排水系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控、礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控，通過多參數對煤礦井下狀態(tài)的了解，能夠實時掌握煤礦井下的環(huán)境狀態(tài)。同時煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能夠極大地降低人為操作過程中存在的誤差，也能夠減輕工作人員的工作壓力和工作量，滿足現代化的煤炭開采速度和開采效率，在一定程度上實現節(jié)約人力物力。將煤炭安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)應用到煤礦的生產過程中極大地促進了我國煤炭朝著智能化、機械化轉變速度，加快煤炭行業(yè)的發(fā)展。