基于以太網的礦井監測預警系統研究

鐘錫珍

（蘭州資源環境職業技術學院，甘肅 蘭州 730021）

受地理環境的限制，很多的礦井生產的成熟技術無法在地下展開應用。現階段，我國的煤礦監測和預警主要是通過有線傳輸的方式進行的。有線傳輸存在著很大的問題，例如布線復雜、擴展性差等等。而且，一旦線路出現問題，監測和預警的整個系統都會受到影響，造成嚴重的后果。為此提出在基于以太網體系的前提下，建立智能、全面、多層次的礦井監測和預警系統，有利于提高礦井開采的安全管理，減少礦井生產事件的發生。

1 礦井監測和預警系統設計

我國的安全法有明確規定：礦需要設立“六大系統”，分別是監測監控、井下人員定位、緊急避險、壓風自救、供水施救和通信聯絡方面的系統。這些系統分別應對礦井生產過程中的具體環節。為確保這些系統的正常運行，就需要相應的配套設施。必要的設備應當具備以下的幾種：

1.1 監控主機與監控備機

礦井監測和預警系統是一個復雜且相互關聯的一個龐大系統。一個過硬的處理器一定是必需的。隨著智能電子技術的不斷改進與發展，微處理器的芯片集中度也越來越高。核心CPU、存儲器、計時器等等模塊可以集中到一個芯片上[1]。本礦井監測和預警系統的主機和備機的處理器采用這種超大規模的集成電路STM32。 STM32在傳統處理器的基礎上添加了極其豐富的外設資源[1]。改進后的處理器彌補了之前處理器的不足，具有性能高、成本低、耗時短、耐用性強、容易開發、實用性強的優點。并且，這種改進后的處理器實時性很強，可以將即時收集到的信息傳輸到顯示器上，進而爭取時間采取一定的應對措施。

1.2 傳感器設備

礦井生產的環境是很復雜的，尤其是井下部分。所以本系統的傳感器是十分必要的。主要包括溫濕度傳感器、氣體傳感器、風速傳感器和火焰傳感器。本系統選擇的溫濕度傳感器是SHT10溫濕度傳感器。該產品占地面積小、性能穩定、可靠性強。并且價格便宜，相比其他同類型的產品性價比更高。氣體傳感器主要是通過把空氣中的待測氣體的濃度轉化成對應的電壓數字信號。本監測和預警系統采用的是MQ-2型氣體傳感器。這種氣體傳感器的靈敏度更高，能夠最大程度地排除其他環境因素對待測氣體的影響。并且它的電壓率低、使用年限久的特點。風速傳感器最常用的是螺旋型風速傳感器。這種儀表的轉速能和風速保持較好的一致性，同時還能與檢測風向相結合。風速傳感器穩定參數如以下表1所示。它的優勢主要體現在成本低、使用方便靈活，而且對維修的要求不高。此外，本系統的火焰傳感器采用的是Flame-M型火焰傳感器。利用火焰傳感器可以測量礦井里的火焰情況，以便于檢測發現礦井是否有發生礦難的危險因素等。

表1 風速傳感器參數

2 實現礦井監測和預警

在具備了一定的硬件設備后，本監測預警系統的生成也需要知識的生成。傳統的檢測預警知識系統的生成是基于一定的理論知識，以一定的文字規則為表現形式抽取成符號化的推理規則。

而本文的礦井檢測和預警系統的知識形成是在檢測到的數據信息的整體融合，以數據集的空間映射作為對礦區監測區域的擬合數據集進行監測預警系統知識生成的方式。主要的數據分析技術有：

2.1 傳感器數據融合

礦井監測和預警系統中的多個傳感器運行過程中，反饋來的信息是復雜的，所以要處理的數據是非常龐大的，而且還要受能量的限制。這些都要通過數據融合的技術進行處理。融合技術可以將采集到的數據信息進行篩選，之后實際處理起來的數據量就會大大減少。將有用的保存，無用的剔除。這樣也能節省能量了。數據融合算法的應用非常廣泛，例如芬琳檢測、人員定位等等。它的優勢在于能根據實際的應用需求選擇采取何種數據融合，把整個系統的性能發揮到最大。

2.2 信息傳輸技術

無線通訊技術的不斷發展，信息傳輸水平也越來越高。在傳感器傳輸信息的過程中，藍牙技術、WIFI技術、Zig Bee技術都是很好的選擇。短距離的信息傳輸可以選擇前兩者，在考慮距離和穩定性的前提下，可以選擇最后一種信息傳輸技術。Zig Bee技術的優點是耗時短、功率消耗少、信息傳輸安全性能高。

3 實驗論證分析

為保證本文提出的礦井監測和預警系統方法的有效性和可實施性，進行仿真實驗，對這一原理進行論證。利用本文提出的系統原理進行模擬實驗，確保系統的正常運行。那么整個礦井監測和預警系統的流程就是從初始化開始，接下來是建立網絡系統，通過無線監控監測井下信號，將各個節點的傳感器信息通過無線路由器的接收和傳輸至PC監控主機。

4 結語

本文基于以太網技術，對礦井監測和預警系統進行了整體方案設計，通過對礦井生產的需求進行分析，對構建更加完善的礦井監測和預警系統進行了方案設計。考慮到實際應用的操作性，并進行了仿真實驗。礦井監測和預警系統研究是一項復雜的設計工程。本文針對監測預警系統的研究進行了討論。但仍然有很多問題需要進一步完善和研究，例如礦井專家知識庫的建立等等。