無線傳感器網絡在煤礦安全智能監(jiān)控系統中的運用

文/張漢燾

安全問題一直是我國煤炭生產過程中最重要的問題，也是制約煤炭工業(yè)發(fā)展的阻礙原因。由于煤礦生產環(huán)境較為復雜，常常會發(fā)生各類事故，引起人員傷亡。盡管近年來我國正在嘗試做出改變，但還沒有明顯的效果。解決煤礦安全的問題已經迫在眉睫。

1 利用無線傳感器網絡安裝煤礦安全智能監(jiān)控系統的重要意義

煤礦生產主要采用井下工作，而井下環(huán)境復雜，通訊較差，還有非常多不確定的因素。因此，大多數煤礦都會安裝監(jiān)控系統，利用傳統的無線傳感器網絡并不能滿足對數據精準的要求，且受環(huán)境影響較大，不僅穩(wěn)定性無法保障，而且后期維護的工作也比較困難。而利用無線傳感器網絡就可以很好地解決這一問題。其次，無線傳感器網絡能擴大井下的監(jiān)控范圍，規(guī)避潛在風險，解決傳統煤礦安全監(jiān)控系統中存在盲區(qū)的問題。再者，無線傳感器網絡是由大量密集部署的無線傳感器網絡節(jié)點組成，擁有體積小、成本低，部署簡單、維護容易等眾多優(yōu)點，其網絡節(jié)點還可以接駁傳環(huán)境、視頻等傳感器，擴大采集的信息種類。

2 無線傳感器網絡在煤礦安全智能監(jiān)控系統中的運用

2.1 用于煤礦的信息管理系統

本段將針對煤礦的環(huán)境信息系統和設備信息系統進行介紹。

煤礦在進行井下工作時，常常需要部署各類檢測傳感器。例如，甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、氧氣濃度傳感器、頂板壓力傳感器、水位傳感器、火災傳感器、風速傳感器、風壓傳感器、溫度傳感器等，獲取井下環(huán)境中瓦斯、一氧化碳、氧氣、水、等環(huán)境參數。這類型傳感器的主要工作流程就是，采集各個監(jiān)測點的具體數據，通過信息通道將準確的信息傳送至地面，交由信息監(jiān)控中心，隨后對這些數據進行處理。主要針對環(huán)境信息中的瓦斯、風速、溫度等信息進行分析，并對工作現場進行安全的調度，確保井下突發(fā)瓦斯爆炸不會引起人員傷亡。此外，這類傳感器還可以自動觸發(fā)安全警報，當搜集的數據出現異常情況時，井下的結點就會自動報警，調度中心可以第一時間掌握井下地理信息狀況。環(huán)境信息系統能夠了解井下工作面的全部信息，還可以掌握瓦斯、風量、溫度、一氧化碳、氧氣等各類數據，保證生產過程中的環(huán)境安全性。當瓦斯超限或局部通風機停止運行或掘進巷道停風時，煤礦安全監(jiān)控系統可自動切斷相關區(qū)域的電源并閉鎖，實現采掘工作面的風電閉鎖，避免或減少瓦斯爆炸。同時，該系統還能提醒相關人員及時撤離，保障領導或生產調度的生命安全，并通過設備監(jiān)控系統啟動相應通風設備。

第二種情況是煤礦的設備信息系統，這類系統主要將傳感器部署在礦井工作的不同設備中，實現對相關設備的自動監(jiān)控和故障診斷。主要工作流程是，在工作設備中安裝傳感器節(jié)點，并設置定時傳送，將設備的運行信息通過無線傳感器網絡進行傳送，地面信息監(jiān)控中心主要負責對傳送的信息進行分析和整理，并針對數據反映出的問題及時處理。此外，設備監(jiān)控系統還可以暫停井下設備，調度中心發(fā)布指令后，設備監(jiān)控系統根據指令內容對設備作出調整，從而實現對井下設備的實時監(jiān)控和分析。常見的設備監(jiān)控系統有提升機狀態(tài)監(jiān)測子系統，主要負責監(jiān)控提升機的工作狀態(tài)和安全狀態(tài)，確保提升機始終保持高效安全的工作狀態(tài)。

2.2 用于煤礦的預警決策系統

利用無線傳感網建立煤礦安全決策與預警機制能夠有效降低井下事故風險，預防安全事故的發(fā)生，是提高煤礦安全生產能力的輔助手段。眾所周知，煤礦井下工作的潛在風險非常大，預警決策系統可以根據煤礦工作中具體環(huán)境，分析出潛在的風險，這是因為該系統中設有不同種類的預警模型，能夠分析出絕大多數風險源并發(fā)出預警信號，隨后啟動預警的對應行動。同時，該系統還能對風險源實行全程的監(jiān)控，根據搜集到的風險源實時信息，調整其預警的等級，以便煤礦工作更好的進行。而決策支持系統主要以企業(yè)、行業(yè)主管部門批準或規(guī)定的臨界值或臨界環(huán)境參數為基礎，對風險源進行判定，一旦風險源達到臨界值，就進入預警的管理工作，由預警管理中心發(fā)送預警信息，相關單位和執(zhí)行人員根據按照提供的預警等級采取不同的解決措施，在這個過程中仍需要不斷監(jiān)控，直至危險源的參數降至安全范圍內。

2.3 用于煤礦的救援保障系統

最后就是救援的保障系統，這個系統的主要功能是在發(fā)生礦難后根據救援人員的需求，提取相應的信息，輔助救援工作的開展。該系統的工作主要分成三部分：第一部分是定位井下人員的信息，例如人員的數量，分布的位置等；第二部分是從環(huán)境信息系統中提取礦難發(fā)生時井下的環(huán)境數據，例如瓦斯、風量、溫度等；第三部分是從設備信息系統中提取井下工作設備的數據信息。該系統能夠利用模擬軟件生成礦難發(fā)生的實景圖，確定被困人員的具體位置，幫助救援工作選擇救援的方案。救援信息保障系統還可以通過無線傳感器網絡，啟動礦工攜帶的生命體征傳感器，及時獲取礦工的生命體征信息，了解井下被困人員的具體情況。

3 結論

綜上，煤礦工作中一旦出現災難事件，就會直接毀掉礦工及其家庭的正常生活，同時加重社會對礦業(yè)生產工作的不信任。因此解決煤礦工作中的安全問題，符合我國建立和諧社會的大方向。但是利用無線傳感網建設監(jiān)控系統還存在許多問題，需要更多專業(yè)的人員共同努力。