煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘?hào)辨識(shí)探討

葉生銀

摘要：在我國(guó)自動(dòng)化進(jìn)程日益加快的當(dāng)下，智能自動(dòng)化技術(shù)也運(yùn)用到了煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)中。本文將針對(duì)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)以及煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析，其目的是研究出煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘?hào)特征以及煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘?hào)辨識(shí)方法。

關(guān)鍵詞：煤礦；安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)；瓦斯傳感器；異常信號(hào)辨識(shí)

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能夠切實(shí)的結(jié)合煤礦工作的實(shí)際需求，嚴(yán)格的煤礦工作要求的實(shí)際規(guī)章制度，進(jìn)行煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)配備。當(dāng)前煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效的針對(duì)煤礦工作中的瓦斯、風(fēng)速、一氧化碳等容易造成煤礦安全事故的因素進(jìn)行全面的監(jiān)控。本文將針對(duì)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘?hào)辨識(shí)進(jìn)行全面的探討。

1.煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)概述

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)能夠統(tǒng)籌井下皮帶運(yùn)輸情況和煤礦電力系統(tǒng)，結(jié)合井下GPS定位系統(tǒng)的實(shí)際功能，方便了煤礦安全人員對(duì)煤礦井下管理【1】。結(jié)合GPS定位系統(tǒng)和礦井信集閉系統(tǒng)的工作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了井下工作人員的實(shí)時(shí)定位，將各種安全信息物理量結(jié)合在一切，轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)信息信號(hào)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上及時(shí)的針對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)的分析，通過(guò)融合、判定等手段通過(guò)數(shù)據(jù)信息，快速的監(jiān)控煤礦的生產(chǎn)狀態(tài)，以便于管理部門(mén)快速高效的開(kāi)展決策。煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)企業(yè)所運(yùn)用的DCS集散控制系統(tǒng)有著明顯的區(qū)別。煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)的過(guò)程中，能夠?qū)⒈O(jiān)督控制系統(tǒng)分屬各個(gè)部門(mén)中，并且能夠及時(shí)的在煤礦領(lǐng)導(dǎo)的調(diào)度之下，第一時(shí)間掌握煤礦的的具體信息。當(dāng)前煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)都以基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上開(kāi)展的信息監(jiān)測(cè)，能夠切實(shí)的秉承互聯(lián)網(wǎng)信息傳達(dá)飛速的優(yōu)勢(shì)，全面的開(kāi)展煤礦系統(tǒng)各個(gè)內(nèi)容的監(jiān)控。

2煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

2.1、基礎(chǔ)設(shè)備通信層

煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備通信層中包含了設(shè)備層、交換層以及信息層。在設(shè)備層中，通過(guò)模擬量、開(kāi)關(guān)量、視頻信息等內(nèi)容的采集，以便于及時(shí)的將現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行反應(yīng)。交換層的工作內(nèi)容便是利用光纖交換機(jī)、數(shù)據(jù)交換器、監(jiān)控分站、服務(wù)器、信號(hào)連接設(shè)備、光纖線路、雙絞線等先進(jìn)信息技術(shù)設(shè)備，將在煤礦實(shí)際工作中采集到的信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行處理的環(huán)節(jié)，并轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)預(yù)設(shè)的各種信息數(shù)據(jù)，以便于及時(shí)的幫助安全管理人員把控煤礦井下的實(shí)際情況【2】。信息層的實(shí)際功能便是第一時(shí)間現(xiàn)實(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并且詳細(xì)的針對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示與管理。在開(kāi)展信息數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)的過(guò)程中，往往會(huì)使用數(shù)據(jù)表格、畫(huà)面監(jiān)控、視頻圖像等多種信息來(lái)第一時(shí)間檢測(cè)各種數(shù)據(jù)的變化。針對(duì)信息層來(lái)說(shuō)，往往需要處理大量的信息，并且還要承擔(dān)起將歷史信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析的任務(wù)。但是隨著我國(guó)大戶數(shù)據(jù)處理技術(shù)的高效運(yùn)用，使得我國(guó)當(dāng)前煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的信息層使用效率更高。

2.2、風(fēng)電瓦斯閉鎖

風(fēng)電瓦斯閉鎖是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分。風(fēng)電瓦斯閉鎖是檢測(cè)瓦斯的重要設(shè)備內(nèi)容，也是保障井下施工安全的主要閉鎖設(shè)備。風(fēng)電瓦斯閉鎖的內(nèi)在構(gòu)成為電源、斷電控制器、電纜、接線盒的、聲光報(bào)警、甲烷傳感測(cè)試器等設(shè)備。若瓦斯的濃度超出了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的范圍，聲光報(bào)警器便會(huì)進(jìn)行報(bào)警，若瓦斯?jié)舛瘸隽伺R界值，風(fēng)電瓦斯閉鎖設(shè)備便會(huì)斷絕一切井下施工設(shè)備的運(yùn)行，對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障閉鎖控制。通過(guò)對(duì)風(fēng)電瓦斯閉鎖測(cè)控軟件的程序編寫(xiě)和控制，能夠統(tǒng)籌風(fēng)電瓦斯閉鎖信息配置程序、瓦斯傳感器的報(bào)警控制程序、瓦斯傳感器的風(fēng)電瓦斯閉鎖控制程序、風(fēng)機(jī)開(kāi)停或風(fēng)筒開(kāi)關(guān)等開(kāi)關(guān)量傳感器的風(fēng)電瓦斯閉鎖控制程序以及風(fēng)量傳感器的風(fēng)電瓦斯閉鎖控制程序，確保了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的敏銳性和實(shí)效性。

2.3、KG9701（A、B、C）礦用瓦斯傳感器

瓦斯?jié)舛仁钱?dāng)前煤礦安全管理工作的重中之重，若一旦造成了瓦斯安全威脅，那么對(duì)煤礦的生命財(cái)產(chǎn)損失將是巨大的。KG9701礦用瓦斯傳感器及時(shí)主要的功能便是在煤礦井下針對(duì)井下工作環(huán)境的實(shí)際瓦斯氣體濃度進(jìn)行全面的分析和監(jiān)測(cè)，并將捕捉到的實(shí)時(shí)信息通過(guò)交換層的手段，將實(shí)際的信息內(nèi)容傳遞給地面的安全控制中心。信息層會(huì)利用報(bào)表和歷史曲線分析的手段，生動(dòng)形象的展現(xiàn)煤礦井下瓦斯?jié)舛龋敉咚節(jié)舛瘸隽税踩秶敲幢銜?huì)開(kāi)展安全警報(bào)，這時(shí)候煤礦便會(huì)停止一切的施工，并通過(guò)斷電的形式，開(kāi)展瓦斯?jié)舛瓤刂啤Ｍㄟ^(guò)KG9701礦用瓦斯傳感器催化元件測(cè)量的手段，全面的監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛鹊囊皇中畔ⅰ?/p>

3.煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘?hào)特征

3.1、常值卡死型異常信號(hào)

造成常值卡死型異常信號(hào)的主要原因是由于在實(shí)際開(kāi)展煤礦安全監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，施工現(xiàn)場(chǎng)往往會(huì)存在很多灰塵污垢，在黑白元件與瓦斯氣體開(kāi)展催化反應(yīng)的過(guò)程中，往往便會(huì)造成煤礦瓦斯傳感器運(yùn)轉(zhuǎn)卡頓的狀態(tài)。卡頓嚴(yán)重的情形便會(huì)造成數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸常值卡死的異常狀態(tài)。在此種狀態(tài)之下，往往會(huì)造成信號(hào)檢測(cè)過(guò)程中失去監(jiān)測(cè)控制能力。

3.2、恒偏型異常信號(hào)

恒偏型異常信號(hào)一般出現(xiàn)的原因有以下幾種，其一，便是礦用瓦斯傳感器存在老化的現(xiàn)象，傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏移、不穩(wěn)定等情況。其二，便是礦井井下石工的現(xiàn)場(chǎng)存在相對(duì)較強(qiáng)的干擾信號(hào)，在信號(hào)與磁場(chǎng)的干擾之下，礦用瓦斯傳感器出現(xiàn)耦合入監(jiān)控系統(tǒng)的情況，造成了數(shù)據(jù)信息捕捉與傳輸?shù)钠睿a(chǎn)生了恒偏型異常信號(hào)。

在實(shí)際開(kāi)展煤礦安全監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，KG9701礦用瓦斯傳感器的工作狀態(tài)呈現(xiàn)出高內(nèi)阻狀態(tài)，并且KG9701礦用瓦斯傳感器受到外界的影響也相對(duì)較大。煤礦井下工作的環(huán)境及其復(fù)雜，容量功率開(kāi)關(guān)設(shè)備容易停滯，并且煤礦井下施工涉及到放炮作業(yè)，往往容易造成對(duì)KG9701礦用瓦斯傳感器的影響，造成脈沖或沖擊狀態(tài)目，形成瞬時(shí)型異常信號(hào)的數(shù)據(jù)信號(hào)。

3.4、周期性脈沖型異常信號(hào)

礦用瓦斯探測(cè)傳感器的周圍常年存在干擾磁場(chǎng)、干擾沖擊波、不良接觸等多種不良狀態(tài)。當(dāng)KG9701礦用瓦斯傳感器在實(shí)際開(kāi)展瓦斯信息捕捉時(shí)，便會(huì)遭受周圍不良因素的干擾，形成一個(gè)周期性的沖擊脈沖【3】。此種形式的脈沖沖擊，往往會(huì)造成KG9701礦用瓦斯傳感器信息捕捉、錄入不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，身子造成多次連續(xù)錯(cuò)誤警報(bào)的現(xiàn)象，如圖1。

3.5、甲烷濃度異常信號(hào)

在煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)甲烷濃度若超過(guò)1.0% CH時(shí)，風(fēng)電瓦斯閉鎖便會(huì)出現(xiàn)聲光報(bào)警；若煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)甲烷濃度若超過(guò)1.5% CH4時(shí)，煤礦井下施工的電氣設(shè)備的電源便會(huì)全部閉鎖，直至甲烷濃度在1.0% CH4以下，才能夠自動(dòng)解鎖。此外，風(fēng)電瓦斯閉鎖中掘進(jìn)工作面入風(fēng)流中，甲烷濃度達(dá)到或超過(guò)1.0% CH4時(shí)，便會(huì)造成聲光報(bào)警，此時(shí)巷道內(nèi)部的施工設(shè)備電源全部關(guān)閉。當(dāng)掘進(jìn)工作面入風(fēng)流中，甲烷濃度達(dá)到或低于1.0% CH4時(shí)，便會(huì)自動(dòng)解鎖。當(dāng)掘進(jìn)工作面或回風(fēng)流中甲烷濃度大于3.0% CH4時(shí)，那么局部風(fēng)機(jī)便會(huì)出現(xiàn)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，當(dāng)掘進(jìn)工作面或回風(fēng)流中甲烷濃度小于3.5% CH4時(shí)，局部風(fēng)機(jī)便會(huì)自動(dòng)解鎖運(yùn)轉(zhuǎn)。

4煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯?jié)舛犬惓Ｐ盘?hào)辨識(shí)方法（下轉(zhuǎn)第頁(yè)）

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4.1、離散傅里葉變換譜分析法

煤礦瓦斯信號(hào)系統(tǒng)的特征便是基于DFT異常信號(hào)變幻提取方式引申而來(lái)，并被廣泛的運(yùn)用在異常信號(hào)提取分析當(dāng)中。DFT異常信號(hào)變幻提取方式的運(yùn)用的主要途徑便是通過(guò)時(shí)域離散的手段，將被辨識(shí)的數(shù)據(jù)信號(hào)在頻域上進(jìn)行辨識(shí)，并通過(guò)其幅值鋪和功率譜的手段針對(duì)功率譜數(shù)據(jù)進(jìn)行提取。

4.2、小波分析法

小比分析法是主要內(nèi)容便是利用不同信號(hào)的實(shí)際特征進(jìn)行分析，在信號(hào)中通過(guò)便是信號(hào)故障的方法，針對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)際的診斷。小波分析法發(fā)明與運(yùn)用的實(shí)踐相對(duì)較早，并能夠在設(shè)備故障出現(xiàn)早期便可以結(jié)合實(shí)際情況判斷出故障出現(xiàn)的周期。小波分析法運(yùn)用了能量向量譜、FCM聚類分析法等手段，開(kāi)展的信號(hào)分析。在煤礦安全系統(tǒng)瓦斯監(jiān)測(cè)工作中，能夠充分的發(fā)揮卡爾曼濾波器的實(shí)際作用，全面的優(yōu)化RBF神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和FM聚類分析方法，嚴(yán)格的針對(duì)信號(hào)所出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)的分類和分析。此外，在小波分析法中還能夠利用能量譜手段，展現(xiàn)出能量譜上的異常信號(hào)，切實(shí)的將干擾瓦斯監(jiān)測(cè)的因素進(jìn)行規(guī)劃與整理。將能量譜手段與異常信號(hào)特征進(jìn)行結(jié)合分析，能夠準(zhǔn)確、科學(xué)的挖掘出瓦斯監(jiān)測(cè)控制信號(hào)所存在的原因，并且及時(shí)的針對(duì)錯(cuò)誤的信號(hào)進(jìn)行糾正。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)用效率相對(duì)較高，信息技術(shù)、智能技術(shù)的融入，能夠有效的降低煤礦安全事故的發(fā)展。煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中瓦斯檢測(cè)系統(tǒng)能夠全天候的針對(duì)煤礦井下的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免了安全事故的發(fā)生。但是在煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)瓦斯監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用的過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)多種多樣的異常信號(hào)辨識(shí)，想要及時(shí)的辨識(shí)異常信號(hào)的實(shí)際來(lái)源，應(yīng)該積極的利用希爾伯特——黃變換分析法、小波分析法以及離散傅里葉變換譜分析法等手段，及時(shí)的針對(duì)不同異常信號(hào)進(jìn)行分析，第一時(shí)間杜絕安全隱患，保障煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控的效率。

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