煤礦安全監測系統研究

陳旺 劉雷 李廣照

摘 要：我國目前約有2.5萬個煤礦，而且這些煤礦的地理環境大都比較復雜，采用的基本也是地下開采，礦井環境中多伴隨著瓦斯突出、粉層過量、熱害等問題，各種不安全因素嚴重的威脅著煤礦員工的安全及煤礦企業的安全運作。隨著物聯網技術的出現，實現了對煤礦現場數據的實時采集，并通過數據網絡傳送到監控中心，進而實現了監控中心對相關的基礎設施及環境數據進行有效的監控。基于此，本文對煤礦安全監測系統進行研究分析，為煤礦安全生產保駕護航。

關鍵詞：煤礦;安全監測系統;物聯網

一、煤礦安全監測系統現狀

1.1產品監控對象單一

在進入21后，各類軟件公司開發出了針對不同監控對象的產品，但是這些企業開發的產品監控對象依舊比較單一，比如深圳愛迪爾電子有限公司開發的煤礦安全監察管理系統主要監控對象是煤礦安全巡檢人員;北京中科輔龍科技股份有限公司開發的龍馭煤礦安全監控管理系統主要監控的是煤礦各類安全隱患，包括員工的違規操作、瓦斯粉塵等。產品監控對象單一，這就限制了企業綜合自動化水平的提高，對監控對象的豐富與綜合，也是目前國內煤礦監控技術研究的重點問題。

1.2???? 建設及維護成本高

分散控制系統雖然提高了煤礦安全監控的自動化化水平，但是其在建設及維護過程中存在的問題仍然很多，給用戶的使用及維護帶來了很多困難。安全監測控制系統采取了分層的結構，但是我們也能清楚的看到在每一個監控分站下面需要接接十幾條甚至幾十條監控電纜去連接各類控制器及傳感器，布線長而復雜，這就大大的增加了布線的難度，也增加了企業的建設成本。而且長距離及繁瑣的布線，在出現事故的時候，很難進行故障查找及解決，這又給企業在后期維護上帶來了很大的困難。而且分散的控制系統還有一個缺點就是難以實現各子模塊的互聯及互操作，無法真正實現信息的共享。

1.3???? 缺乏遠程維護及故障的智能診斷功能

由于煤礦企業的各類設備大都應用于礦井，隨著開采深度的加深，目前在我國的有些煤礦中，開采巷道綿延橫亙達數萬米，各類設備分散在其中，一旦出現了故障，大都依靠上級部門及廠家進行故障查找及維護，缺乏遠程的維護及故障的智能診斷，給煤礦企業的正常運行帶來了很大的影響。遠程維護及故障的智能診斷功能能夠及時診斷煤礦安全生產環節的各類各類故障并能遠程的進行維護，其對提高煤礦企業的生產效率起到了很大的支持作用，也是目前煤礦企業需求及相關廠家研究開發的熱點所在。

二、煤礦安全監測系統功能需求

在煤礦安全物聯網監控系統圖中，一共設計了感知與控制層、信息集成層和管理決策與應用層三個層次，這三個層次在其運作過程中需滿足不同的功能要求，主要要求如下：

2.1???? 感知與控制層

根據煤礦井下系統的作業特點，本層主要包括兩層網絡，分別是骨干傳輸網及感知層網絡。

骨干網功能與要求：作為煤礦安全監控系統的信息高速公路，骨干網為煤礦環境系統的監控、語音及視頻信號的傳輸與管理等提供了通道。

知網功能與要求：主要是要求是建設無線感知網絡。礦山的地理信息采集、礦山生產與安全管理信息的采集、還有煤炭產品加工與運銷等信息的采集均需要采用移動的感知網絡。

2.2???? 信息集成層

信息集成層由信息集成網絡系統組成，該系統中的主要組成部分包括互為冗余的 I/O 服務器組、調度指揮控制中心以太網及數據服務器集群。其中服務器組通過1000M 工業以太網實現對全礦安全生產中的各類信息的傳輸、采集，然后將系統中的各類信息集成到控制中心，控制中心對各種智能信息進行處理，比如信息挖掘和信息融合等。

2.3???? 管理決策與應用層

煤礦安全監控系統的管理決策與應用層主要是由各種應用軟件系統組成。煤礦的各類相關信息在系統的中間層得到提升后，然后傳輸到管理決策及應用層，該層獲取這些信息之后利用相關處理技術實現動態地描述及控制礦山安全生產與運營的全過程，進而保證了煤礦整體的穩定運行。

三、系統功能設計

煤炭安全監測系統的主要作用和功能是對煤礦作業過程中所產生的數據進行收集、統計、分析和處理，提供基礎決策，為監管部門提供實時、準確、全面的信息，以提高其管理能力，確保煤礦安全生產。設計煤礦安全監測系統要結合自動化技術的要求，配備設備傳感器，同時還要考慮系統的規范性和開放性。結合系統的功能要求以及基本框架結構，確定系統設計的總體方案。目前設計的系統基本結構如圖1所示。

系統由五個部分構成，每個部分的功能如下所述：

（1） 網絡傳輸系統：該系統的作用是傳輸煤礦作業中的網絡信息。以物聯網技術為基礎，通過 CAN 總線實現井上井下的信息傳遞，有效解決移動通信網絡的局限性問題。

（2） 用戶管理平臺：建立不同用戶的使用權限，通過身份驗證的方式實現不同權限用戶的資源與功能分配。

（3） 礦井監控子系統：利用數據、趨勢圖、表格等內容實現對井下作業情況的監控，具體包括七項子功能。

（4） 專家子系統：該系統主要用于處理突發事件，實現應急預案的制定、發布，并實時記錄落實情況。

（5） 綜合數據管理平臺：該平臺的主要功能是實現企業的門戶網站數據管理、實時數據管理、在線設備管理等。綜合數據管理平臺是監測系統的管理層，能夠實時存儲井下監測系統采集到的數據信息。

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