煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統設計

陳小林，　孫金鈺

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州　213015;2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州　213015；3.安徽理工大學 計算機科學與工程學院， 安徽 淮南　232001)

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煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統設計

陳小林1，2，孫金鈺3

(1.中煤科工集團常州研究院有限公司， 江蘇 常州213015;2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州213015；3.安徽理工大學 計算機科學與工程學院， 安徽 淮南232001)

摘要：針對傳統瓦斯巡檢系統存在的不足,設計了一種新型的智能分體式瓦斯巡檢系統。該系統由本質安全型巡檢記錄儀、本質安全型多參數便攜式瓦斯檢測儀、地點卡、身份卡和地面瓦斯巡檢服務器等組成。該系統采用巡檢記錄儀完成瓦斯數據的動態收集及瓦斯巡檢現場就地數據的比對和分析，并將就地處理后的瓦斯巡檢數據通過井下無線網絡即時傳輸至地面瓦斯巡檢服務器，由地面瓦斯巡檢服務器根據需要輸出動態報表，針對異常情況自動發出預警。

關鍵詞：瓦斯巡檢； 巡檢記錄儀； 瓦斯檢測儀； 本質安全型； 拍照取證； 無線傳輸； 預警

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160803.0957.002.html

0　引言

中國煤礦根據《煤礦安全規程》建立了三級瓦斯檢查監測制度[1]:① 由專職瓦斯巡檢員配備精密的光學瓦斯檢測儀對固定的或者臨時設置的瓦斯檢查點進行精確檢查。② 依據安全監測監控系統檢查。③ 個體的瓦斯檢測，規程規定了對有關管理人員裝備便攜式瓦斯巡檢儀，進行工作場所的流動檢測。到目前為止，專職瓦斯檢查員的檢查仍然是發現瓦斯事故隱患最可行、最可靠的措施和手段。

目前國內煤礦針對瓦斯巡檢管理也制定了很多管理方法，有的煤礦還安裝了瓦斯巡檢系統，但現有的這些瓦斯巡檢管理方法及系統還存在問題，并不能有效解決瓦斯巡檢工作中存在的空班漏檢、檢測數據不準確、監管不到位等問題。因此，本文設計了一種煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統。

1　系統設計思路

傳統瓦斯巡檢系統主要由便攜式瓦斯檢測儀、井下地點標志卡、地面瓦斯巡檢主機組成，其工作過程如下：

(1) 地面瓦斯巡檢管理人員在瓦斯巡檢員下井之前告知其下井需要進行瓦斯巡檢的地點。

(2) 瓦斯巡檢員攜帶便攜式瓦斯檢測儀下井，并且按照預定巡檢路線及巡檢到達時間去往相應地點。

(3) 瓦斯巡檢員到達目的地點后，首先刷該地點的標志卡，以在便攜式瓦斯檢測儀記錄到達該地點的時間。然后通過便攜式瓦斯檢測儀記錄當前地點瓦斯、一氧化碳數據，并且在隨身攜帶的筆記本上記錄其他需要手動測量的瓦斯巡檢數據。

(4) 瓦斯巡檢員完成井下巡檢工作回到地面，地面瓦斯巡檢管理人員將便攜式瓦斯檢測儀通過USB連接至地面瓦斯巡檢主機，主機將導入的數據形成瓦斯巡檢員行走路線情況及相應數據情況。

(5) 瓦斯巡檢管理人員將瓦斯巡檢計劃與實際的瓦斯巡檢路線及數據結果進行比對，并且將便攜式瓦斯檢測儀記錄數據與人工數據進行合并，最后形成瓦斯巡檢報告。

從上述工作過程可以發現，傳統瓦斯巡檢系統存在以下問題：

(1) 所有數據必須回到地面才可以進行收集匯總，且需要人工參與數據整理和分析工作，導致數據時效性差；完全由人工處理數據，導致數據準確性不夠及數據分析結果發布滯后；針對瓦斯巡檢過程中產生的異常數據，無法及時預警給相關的人員，只有回到地面才能反饋到系統中，導致對瓦斯及相關事故的預防能力降低[2]。

(2) 傳統的瓦斯巡檢系統無法真實反映瓦斯巡檢員的瓦斯檢測操作過程，瓦斯巡檢員有條件偷懶及作弊，如讓其他員工代刷地點標志卡；現場需要人工測量(光學瓦斯檢測儀)的數據，沒有通過實際測量，憑借經驗直接填寫等等。

(3) 傳統的瓦斯巡檢系統中采用的便攜式瓦斯

檢測儀屏幕小、按鈕少，井下實際操作時人性化不夠；存儲數據項固定，涉及其他數據需求時，還需要在攜帶的瓦斯巡檢本上記錄，系統擴展性及靈活性很低。

(4) 按照《煤礦安全規程》及國家2015年開始的新型監控系統升級改造需求，瓦斯巡檢數據必須與監控系統數據進行比對才會體現價值，且這個比對越及時，越可以把事故風險扼殺在萌芽狀態，顯然，傳統瓦斯巡檢系統是無法做到的。

為了解決上述問題，瓦斯巡檢系統至少還需要具備井下現場不同巡檢點數據可動態設定、現場即時數據上傳、現場防偽取證、現場就地數據分析及比對的功能。

本文設計的煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統由本質安全型巡檢記錄儀、本質安全型便攜式多參數瓦斯檢測儀、身份卡、地點卡、井下本質安全型無線傳輸基站、地面瓦斯巡檢服務器等組成。系統通過巡檢記錄儀自動采集便攜式瓦斯檢測儀的數據，及時指引瓦斯巡檢員的行走路線及動態反映巡檢過的工作內容，支持根據預先設定數據項目錄入人工測量的數據。巡檢記錄儀支持對每個瓦斯巡檢點進行拍照取證且實時對采集的數據進行就地比對，及時通過井下無線網絡將相關數據上傳至地面瓦斯巡檢服務器，服務器可在井下瓦斯巡檢過程中根據數據發出預警，地面管理人員也可以通過PC端網頁即時查看瓦斯巡檢執行的動態情況。系統工作示意如圖1所示。

圖1　煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統工作示意

2　系統主要模塊

煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統在計劃、執行、取證、數據分析、異常處理、結果對比、瓦斯巡檢報表、通知提醒等每個瓦斯巡檢工作環節都建立了相應的功能模塊[3]，如圖2所示。

圖2　煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統功能模塊

2.1瓦斯巡檢計劃

系統通過預置區域、路線、人員的方式對數據進行存儲分析，計算出精確的瓦斯巡檢地點、時間及人員，并推導出未來一段時間內的巡檢安排，簡化了瓦斯巡檢管理人員的瓦斯巡檢安排。

2.2瓦斯巡檢執行

瓦斯巡檢執行是整個系統最關鍵的業務點，結合巡檢記錄儀及便攜式瓦斯檢測儀，采用不同于傳統瓦斯巡檢系統的執行流程，解決了傳統瓦斯巡檢系統無法從根本上杜絕作弊行為的問題。瓦斯巡檢執行流程如圖3所示。

圖3　現場瓦斯巡檢執行流程

2.3異常取證

瓦斯巡檢員通過便攜式瓦斯檢測儀對工作面、局部通風機、巷道情況、瓦斯巡檢數據采集點進行拍照記錄，反映井下瓦斯異常情況，為瓦斯異常分析處理提供有效依據[4]。

2.4數據分析

系統對瓦斯巡檢數據進行統計分析，提取異常信息并發出報警，為用戶生成各項巡檢數據、人員出勤、瓦斯巡檢統計結果，減少人工分析的工作量，提高數據的精確度。

2.5異常處理

當瓦斯超限時，便攜式瓦斯檢測儀立即發出報警，系統第一時間將報警信息分別傳給用戶PC客戶端、用戶手機(瓦斯巡檢通)，讓用戶及時了解報警信息，采取處理措施。

2.6結果對比

系統對瓦斯巡檢各項結果記錄進行橫向、縱向對比，生成分析曲線，提供給用戶分析處理。

2.7瓦斯巡檢報表

系統針對瓦斯巡檢數據、人員出勤等數據生成瓦斯巡檢班/日報表及人員出勤報表，并根據應用部門需求定制相應報表。

2.8通知提醒

系統除了將巡檢結果信息展示到PC端之外，還定制瓦斯巡檢Android手機客戶端，以便及時將瓦斯巡檢結果通過各種終端通知到用戶。

3　系統主要特性

(1) 分體式設計為用戶提供多種組合，有效搭配。巡檢記錄儀與便攜式瓦斯檢測儀分體設計，方便用戶測定巷道角落、頂部、點等不同位置的氣體數據。用戶可根據不同應用需求搭配相應的便攜式瓦斯檢測儀，減少器材費用。

(2) 巡檢記錄儀為安卓智能系統，通過巡檢記錄儀對采集的數據進行就地匯總及分析，直觀展示給用戶，提高工作效率[5]。

(3) 利用巡檢記錄儀的拍照功能完成防偽取證。瓦斯巡檢客戶端可針對每一巡檢點及檢查情況進行拍照取證，實現瓦斯巡檢監督，同時為異常分析提供有效證明。

(4) 通過無線網絡實現了數據的快速上傳。便攜式瓦斯檢測儀通過無線網絡將瓦斯巡檢數據及時上傳給服務器，無需等待瓦斯巡檢員上井傳輸。

(5) 實現瓦斯巡檢安排一鍵化。系統預置瓦斯巡檢安排，用戶無需每日對各個巡檢區域依次進行人員排班，只需一鍵確認就可自動進行排班。

(6) 多維度數據統計分析。系統分別對瓦斯巡檢數據、人員出勤數據、瓦斯巡檢點數據進行橫向(同類數據)、縱向(歷史數據)統計分析。

(7) 實現“一通三防”記錄的自動化管理。系統對采集的瓦斯、溫度、一氧化碳、硫化氫等數據自動進行記錄、整合、處理，形成符合礦上安全工作要求的通風瓦斯臺賬報表。

4　結語

針對傳統瓦斯巡檢系統存在的問題，設計了煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統。該系統將巡檢記錄儀的數據處理、拍照取證、數據傳輸的優勢，便攜式多參數瓦斯檢測儀自動數據采集功能及井下無線傳輸網絡有機地結合在一起，已在多個煤礦井下得到應用，堵住了煤礦瓦斯巡檢工作中的漏洞，提高了煤礦瓦斯巡檢工作的效率。

參考文獻：

[1]孫繼平.電氣火源引起的特別重大瓦斯爆炸事故案例分析[J].工礦自動化,2012,38(2):1-5.

[2]魏引尚,常心坦.瓦斯在通風巷道中流動分布情況研究[J].西安科技大學學報，2005,25(3)：271-273.

[3]RAPPAPORT T S.無線通信原理與應用[M]. 蔡濤，李旭，杜振民，等譯.北京：電子工業出版社，2006.

[4]MT/T 1115—2011 多基站礦井移動通信系統通用技術條件[S].

[5]田超.以Android平臺為基礎的企業移動應用開發框架開發[J].信息技術與信息化，2015,43(3)：38-39.

文章編號：1671-251X(2016)08-0006-04

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.08.002

收稿日期：2016-04-08；修回日期：2016-06-14；責任編輯：徐瑛。

基金項目：中煤科工集團常州研究院科研項目(14GY001-01)。

作者簡介：陳小林(1979-)，男，江蘇泰州人，工程師，現主要從事煤礦企業信息化產品研發工作，E-mail：cyoulin@163.com。

中圖分類號：TD712

文獻標志碼：A網絡出版時間：2016-08-03 09:57

Design of an intelligent seperated style gas inspection system for coal mine

CHEN Xiaolin1，2，SUN Jinyu3

(1.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China;2.Tiandi(Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China; 3.School of Computer Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)

Abstract：In view of problems existed in traditional gas inspection system , a new type of intelligent seperated style gas inspection system for coal mine was designed. The system is consisted of intrinsically safe inspection recorder, intrinsically safe portable multi parameter inspection instrument, site card, personal card and inspection server on the ground. The system completes collection of dynamic gas data, data comparison and data analysis on site by inspection recorder, then the processed data is sent to the inspection server on the ground through wireless network. The inspection server on the ground will output dynamic reports according to demands, and sends out early warning automatically.

Key words:gas inspection; recorder; gas inspection instrument; intrinsic safety; photo evidence; wireless transmission; early warning

陳小林，孫金鈺.煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統設計[J].工礦自動化，2016,42(8)：6-9.