關于打鉆點視頻監控系統開發應用研究

【摘要】介紹高瓦斯突出礦井瓦斯抽放的利用及施工環境監測，如何提高工作人員的人生安全、工作效率問題，針對目前現狀利用各礦原有建設的綜合自動系統的主要千兆傳輸通道，開發一套打鉆點視頻監控系統來實現井上人員對井下“場及作業點”實時監控和錄像，在一定程度上提高煤礦工人現場的人生安全及工作效率。

【關鍵詞】礦井；測試方法；安全及效率；打鉆視頻的作用

1.礦井打鉆點視頻監控系統背景介紹

煤礦井下的安全治理是保證煤礦安全生產的重要步驟。高瓦斯礦井通常都是采用先在高瓦斯煤塵打孔，通過瓦斯抽采的方式來降低煤塵的瓦斯含量后再進行開采，抽出的瓦斯氣體通過專門的管道輸出并處理后作為能源使用，這種方法既能保證煤礦開采的安全，也能實現氣體的變廢為寶，再次利用。2009年12月16日《求是》雜志（第24期）發表了中國中央政治局委員、國務院副總理、國務院安委會主任張德江同志《大力推進煤礦瓦斯抽采利用》的文章[1]。文章指出加快煤礦瓦斯抽采利用，是貫徹落實科學發展觀，推進煤礦安全發展、清潔發展、節約發展的必然要求，是一項大有可為的事業。黨中央、國務院高度重視，成立專門工作機構，安排專項資金，制定了防治結合、標本兼治的重要決策和一系列政策措施，大力推進煤礦瓦斯抽采利用。

圖1 瓦斯抽放現場工作環境

但是煤礦的抽采前期打鉆過程中，會出現如下問題：

（1）由于煤層的打鉆位置狹小、機器龐大、鉆桿線纜等工具較多、施工操作不方便，在打鉆過程中由于員工的失誤有可能會產生人員安全的隱患和機械事故等。

（2）由于打鉆人員考核方式以打鉆個數來計算，而后期抽查打鉆點的深度測量存在一定技術困難，某些工人打鉆時為了追求速度往往沒有按照預定的深度打鉆，而這將會影響瓦斯抽采效果，并給后期的煤炭開采埋下安全隱患。

綜上所述，在礦井打鉆點安裝視頻監控即能規范人員的工作流程，監督工程質量，同時也便于井下人員在發現井下施工過程中人員或機械出現狀況后及時的處理。

2.打鉆視頻系統市場分析

打鉆點視頻監控系統主要是針對高瓦斯突出礦井提出的安全保障方案。通過高瓦斯礦井的數量可以預估一下打鉆視頻監控系統的市場份額。

引用2008年12月的數據，全國參加瓦斯等級鑒定的礦井15071，其中高瓦斯礦井2859+2469（鄉鎮煤礦），煤與瓦斯突出礦井647+703（鄉鎮煤礦），總計是6678對高瓦斯礦井（含鄉鎮煤礦）。

高瓦斯礦井大部分分布在西南地區，如：重慶、四川、貴州、湖南、湖北等省份，考慮全國高瓦斯礦井6678對，平均每個工作面設計要求2個攝像點，每礦按照3個打鉆點來計算，全國6678對礦井，按照數量一半計算，總計需求2*3*3339=20034個攝像點，這一數據足以證明了當前打鉆視頻監控系統市場之大。

在西南煤礦市場上已經有用戶提出相應的打鉆視頻監控系統。2011年重慶能投集團會議文件要求，其下屬分公司（松藻公司、南桐公司、天府公司、永榮公司、中梁山公司）須在2011年底前組織實施《六大系統、十大裝備》工作，其中《十大裝備》就包含了《打鉆視頻監視系統》。

3.用戶需求分析

目前市面上沒有專門的打鉆視頻監控設備，打鉆視頻系統需要由攝像儀、傳輸接口、礦用電源、綜保等設備組成，整體方案設備多、成本高，也不便于現場的安裝使用。

由于打鉆點視頻需要不斷移動，在鉆場的整體移動距離也會至少大于500m，整個距離范圍在500m～2000m左右，因此電纜傳輸的距離最好考慮能傳輸2km左右。

在滿足以上用戶需求的前提下給出一種綜合型傳輸設備，首先該設備無需本安供電，相比較其他本安級網絡延長設備來說可以節省本安電源的采購，方便了產品的接線。其次，該產品最好還能對外提供本安電源，方便前端本安級網絡設備供電；另外，考慮到此次給打鉆視頻監控使用，增加一路非安AC36V輸出用于電源照明；最后該產品需要能通過電纜進行遠距離的視頻傳輸。

因此產品充分考慮了煤礦設備的現場使用情況，相對于單一功能的礦用傳輸設備來說，功能上更加集成，性價比也更高。該設備在實現以前相同的功能情況下成本會大大減少，且一體式的設備移動性更好，方便了用戶的后期移動安裝和維護。

其次還可以利用礦井原有的“千兆傳輸”硬件平臺[2]，將信號傳輸地面調度中心進行實施監測，減少了礦的投資，達到了投資少，施工簡單、人身安全提高。

4.技術可行性分析

針對打鉆視頻監視系統，新開發產品解決方案如下描述：

（1）開發設計一種新的多功能接口箱：將接口箱與電源箱設計在同一個箱體內，同時箱體能夠提供一路照明用電。設備結構圖如圖2所示：

圖2 設備結構圖

（2）接口箱設計具體功能如下：

a.內部配置變壓器：AC600V變AC127V，供電容量需要考慮信號轉換板、開關電源（AC127/DC18V）、1路照明電源（35-100W）。

b.內部配置開關電源：AC127V變一路本安DC18V，給前端本安網絡攝像儀供電。

c.內部配置信號轉換板：通過XDSL技術實現網絡視頻信號轉換為長距離電纜信號傳輸。

d.接口箱重量最輕化，方便實際移動（考慮移動周期較快）。

5.礦井打鉆視頻系統核心xDSL測試需求

本次實驗主要針對定制開發的兩套DSL板進行測試，觀察1公里礦用電纜傳輸過程中DSL板所能提供的帶寬及實際傳輸網絡攝像儀信號時圖像效果。

測試目的：DSL板長距離（1公里）帶寬測試。

測試儀器：1公里礦用電纜、筆記本兩臺、KBA4B網絡攝像儀2臺、網線及RJ11線纜若干跟

測試方法及過程：

圖3 測試線路

（1）將1對ZE4600板按圖1測試線纜連接，在兩臺PC機上安裝網絡帶寬測試軟件IxChariot軟件，首先將兩臺PC機運行軟件，測試帶寬如圖4所示：

圖4 測試帶寬

運行1公里礦用電纜線測試網絡帶寬平均：上行3.110M，下行2.343M。

（2）在一側DSL板上接入2路KBA4B網絡攝像儀，同時用測試軟件測試帶寬。測試如圖5所示：

圖5 測試圖

運行1公里礦用電纜線測試網絡帶寬平均：上行1.622M，下行1.368M，實際測試時如果不運行測試軟件，2路圖像清晰流暢，如果在瀏覽圖像是運行網絡帶寬軟件，圖像會出現不流暢現象。

（3）將1對ZEMD610板按圖1測試線纜連接，在兩臺PC機上安裝網絡帶寬測試軟件IxChariot軟件，首先將兩臺PC機運行軟件，測試帶寬如圖6所示：

圖6 測試帶寬圖

運行1公里礦用電纜線測試網絡帶寬平均：上行3.419M，下行3.576M。

（4）在一側DSL板上接入2路KBA4B網絡攝像儀，同時用測試軟件測試帶寬。測試如圖7所示：

圖7 測試如圖

運行1公里礦用電纜線測試網絡帶寬平均：上行2.151M，下行3.342M。實際測試時無論是否運行測試軟件，2路圖像都清晰流暢。

實驗結論：

測試兩款DSL板1公里傳輸實驗結論：

（1）傳輸1km礦用電纜后兩款DSL板都能發揮傳輸的最大帶寬，即ZE4600（4.6M），ZEMD610（6.1M）。板子都帶有2路RJ11口，如果采用端口聚合功能（2路線纜并接），傳輸帶寬還可以翻倍。因此，對于2款DSL板1公里傳輸傳輸1路視頻圖像基本無問題。

（2）對于ZE4600的DSL板傳輸1公里2路KBA4B網絡視頻沒有問題，對于ZEMD610的DSL板傳輸1公里3路KBA4B網絡視頻沒有問題。

（3）DSL板功耗較低，本安電源可以帶動。

6.結語

通過開發多功能傳輸接口加上網絡攝像儀，可以實現打鉆點視頻監控的目的，該方案不僅成本低廉、移動方便，而且可以實現井上人員對井下“場及作業點”實時監控和錄像，一定程度上提高煤礦工人現場的人生安全及工作效率。

該方案能在鉆場等移動點為實現井下的安全和規范作業提供強有力的技術保證，具有較大的應用前景。

參考文獻

[1]張德江.大力推進煤礦瓦斯抽采利用[J].求是，2009（24）.

[2]陸錚.工業以太網在全礦井綜合自動化系統中的應用[J].工礦自動化，2006（03）.