煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究

侯威宇

摘 ?要：煤礦生產(chǎn)一直是我國重要的能源來源，煤礦開采工作運作的基礎(chǔ)是煤礦產(chǎn)業(yè)的安全運行。但是在煤礦開采井下作業(yè)的環(huán)境中，由于環(huán)境的復(fù)雜以及地質(zhì)條件的多樣化，安全隱患較多，同時其生產(chǎn)的不確定性因素也較為復(fù)雜。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集與傳送，通過監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)管與互動系統(tǒng)的構(gòu)建可以有效在井下作業(yè)的復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)物與物，人與物，人與人之間的信息溝通與有效對接，其應(yīng)用對于煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)有著有效的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：煤礦安全;監(jiān)控系統(tǒng);聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

中圖分類號：TD76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）31-0162-02

Abstract： Coal mine production has always been an important source of energy in China， and the operation of coal mining is based on the safe operation of the coal mining industry. However， in the environment of underground operation in coal mining， due to the complexity of the environment and the diversification of geological conditions， there are many hidden dangers， and the uncertain factors of its production are also more complex. The technology of the Internet of things can realize the collection and transmission of real-time data. Through the supervision of the monitoring system and the construction of the interactive system， the information communication and effective connection between people， between things and things， and between people and things can be effectively realized in the complex environment of underground operations. Its application plays an effective role in promoting the safe production of coal mining enterprises.

Keywords： coal mine safety; monitoring system; networking technology

引言

在我國當(dāng)前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，仍然存在著諸多問題。技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)完整程度、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多樣化的技術(shù)問題，仍然存在于我國煤礦企業(yè)安全系統(tǒng)的構(gòu)建過程中。因此，煤礦企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的突破是提高當(dāng)前煤礦安全系統(tǒng)推進(jìn)的主要方向。對于煤礦企業(yè)來說，其安全隱患與不安全的因素對于煤礦企業(yè)的安全運作與煤礦施工人員的生命財產(chǎn)安全都有著重要的影響。同時就我國煤礦企業(yè)規(guī)模以及管理的現(xiàn)狀來看，其內(nèi)部存在著設(shè)備落后管理不到位、安全預(yù)防控制系統(tǒng)缺失的多樣化問題。從國際上的煤礦企業(yè)安全事故產(chǎn)生比例來看我國的煤礦安全水平與國際相比仍然有較大的差距，其不僅對我國煤礦企業(yè)參與人員的人身安全與企業(yè)的財產(chǎn)安全造成影響之外，也對我國國際形象的建立有不良的影響。

1 煤礦安全技術(shù)發(fā)展的歷程

煤礦企業(yè)其最初的安全隱患監(jiān)測方向在于瓦斯的測量，我國在1958年通過利用傳感器通過多方的研制制造出了瓦斯測量儀。到1973年瓦斯檢測儀器的品種隨著遙測儀，報警儀，斷電控制儀等產(chǎn)品的出現(xiàn)，而有了豐富的形式。70年代我國井下煤礦作業(yè)的安全監(jiān)控已經(jīng)開始利用傳播技術(shù)實現(xiàn)了電話指揮，到80年代初煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)從國外的引進(jìn)，使得我國煤礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)開始初步的發(fā)展，同時在引進(jìn)的過程中，我國也在不斷的進(jìn)行技術(shù)的改革與推進(jìn)。研發(fā)出了一系列的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)。而90年代之后計算機(jī)迅速發(fā)展的同時監(jiān)控系統(tǒng)也在同步的更新與完善。

到21世紀(jì)初，各種自動化無線監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)使得煤礦企業(yè)的安全管理有了技術(shù)上的提高。但是在我國監(jiān)測技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，面對煤礦企業(yè)多方面的監(jiān)控需求，其傳統(tǒng)的監(jiān)控設(shè)備首先表現(xiàn)出了監(jiān)控對象單一的問題。而當(dāng)前煤礦企業(yè)對于安全監(jiān)控系統(tǒng)的需求主要集中在礦井環(huán)境監(jiān)測以及綜合自動化的發(fā)展上，因此傳統(tǒng)的單對象監(jiān)控的監(jiān)測方式逐漸淡出了煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)經(jīng)營的歷史舞臺。

其次在之前的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)中，除了對象單一的問題，建設(shè)與維護(hù)的成本相對來說都較高，分散監(jiān)控系統(tǒng)雖然已經(jīng)在我國開始運用，但是其主要的問題在于分層的結(jié)構(gòu)需要大量的監(jiān)控電纜與控制器，其復(fù)雜的布線與井下作業(yè)的有限環(huán)境，使得企業(yè)監(jiān)控成本增加的同時后期維護(hù)相當(dāng)困難。而在當(dāng)前智能化的診斷需求背景下，煤礦企業(yè)的傳統(tǒng)監(jiān)控模式只能進(jìn)行分散的管理與定期的維修，其日常的維護(hù)與診斷對于煤礦企業(yè)來說是一個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此當(dāng)監(jiān)控設(shè)備故障產(chǎn)生時其無法及時修復(fù)，使得煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)需求無法被隨時隨地的滿足。

2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在現(xiàn)代的技術(shù)背景下物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)煤礦監(jiān)控體系的智能化自動化需求，同時在物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)的推進(jìn)過程中其已經(jīng)逐漸開始應(yīng)用于各大煤礦企業(yè)中，但是在我國數(shù)量眾多的煤礦企業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)尚未完全覆蓋到企業(yè)安全生產(chǎn)中。

在物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，其面向傳統(tǒng)監(jiān)控模式的不足提出了改進(jìn)的同時有效實現(xiàn)了智能化自動化的需求，但是在其應(yīng)用的過程中仍然存在著多樣化的問題。煤礦企業(yè)構(gòu)建安全監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用上主要的是通過先進(jìn)技術(shù)的引入來實現(xiàn)其安全生產(chǎn)的需求。但是在相關(guān)設(shè)施設(shè)備的維護(hù)與管理上，煤礦企業(yè)又相對來說較為輕視這一部分，所以導(dǎo)致了系統(tǒng)的作用無法切實的發(fā)揮。因此面對當(dāng)前煤礦安全生產(chǎn)過程中安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的種種問題，其聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用要通過軟件與硬件技術(shù)的改進(jìn)來推動監(jiān)控系統(tǒng)的有效運行。

2.1 硬件

從硬件的設(shè)計上來看煤礦企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能需求需要設(shè)置感知與控制、信息集成、管理決策與應(yīng)用三個方面的系統(tǒng)功能。從感知與控制層的技術(shù)應(yīng)用來看，其使用上主要是通過骨干傳輸網(wǎng)與感知層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成整體的感知結(jié)構(gòu)。骨干網(wǎng)其主要的目的在于以高效網(wǎng)絡(luò)傳輸通道的構(gòu)建形成信息的傳播通道，通過監(jiān)控子系統(tǒng)虛擬網(wǎng)站的構(gòu)建，從而使得煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)實現(xiàn)獨立的運行。在獨立運行的基礎(chǔ)上通過監(jiān)控整體信息的融合與傳輸，實現(xiàn)對礦山整體安全生產(chǎn)的管理。而在后期的維護(hù)維修問題上，骨干網(wǎng)通過模塊化的獨立啟用便捷的實現(xiàn)分模塊化的維修與管理。同時該系統(tǒng)為了滿足煤礦企業(yè)故障自主維修的需求可以通過架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)管理與診斷功能的形式實現(xiàn)運行系統(tǒng)的自我檢修與維護(hù)。

而感知層網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，其主要的任務(wù)在于礦山外部信息的采集。對于煤礦企業(yè)的安全監(jiān)控系統(tǒng)來說，除了要實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)測之外，還要對于煤礦生產(chǎn)中的危險源進(jìn)行判斷與預(yù)警，因此，安全監(jiān)控系統(tǒng)中感知網(wǎng)的構(gòu)建可以便捷的實現(xiàn)對于煤礦開采中瓦斯、突水、供電等多樣化危險源的實時監(jiān)測。同時對于煤礦開采中實時變動的作業(yè)人員與設(shè)施設(shè)備，感知網(wǎng)的構(gòu)建也可以便捷的感應(yīng)人員與設(shè)備的位置，明確作業(yè)開展情況從而實現(xiàn)對于煤礦企業(yè)的安全管理。

在煤礦企業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，骨干網(wǎng)與感知層是其系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，兩層網(wǎng)絡(luò)一個提供了信號的傳輸通道，一個實現(xiàn)了環(huán)境與人員的實時監(jiān)控，因此從技術(shù)上可以有效的推動井下工作區(qū)域的安全監(jiān)控管理工作。

信息集成層。在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)過程中，信息集成層其主要的任務(wù)是對收集的信息進(jìn)行智能的處理，從而指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)。在信息集成層的實現(xiàn)過程中主要利用了以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸結(jié)合控制中心的信息指揮及數(shù)據(jù)集群，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能處理。而網(wǎng)絡(luò)層搭建的關(guān)鍵技術(shù)在于數(shù)據(jù)倉庫平臺的搭建，為了便捷的實現(xiàn)對于煤礦企業(yè)信息數(shù)據(jù)的處理，其收集到的數(shù)據(jù)應(yīng)該采用統(tǒng)一的描述形式與管理方式以此來推動信息處理工作的開展。

安全監(jiān)控系統(tǒng)最后一個功能是管理決策與應(yīng)用。該功能主要是通過技術(shù)的處理實現(xiàn)動態(tài)化的生產(chǎn)管理，主應(yīng)用方向在于故障診斷，安全評價、災(zāi)害預(yù)防、事故預(yù)警等多種安全事故的預(yù)先處理與方案的實踐。其主要依賴的技術(shù)在于各種應(yīng)用型軟件的組合與應(yīng)用，從而在搭建基礎(chǔ)技術(shù)平臺的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)動態(tài)化的自動化控制。因此面對硬件系統(tǒng)的三個不同層次的功能需求在開展硬件布置的過程中，要通過井上井下分部分控制系統(tǒng)的設(shè)計與完善來實現(xiàn)信息的互動交流。

在地面系統(tǒng)運行的過程中，其主要需要通過服務(wù)器實現(xiàn)基礎(chǔ)的架構(gòu)。同時利用技術(shù)服務(wù)實現(xiàn)控制信息到子系統(tǒng)的傳輸，結(jié)合外部服務(wù)器實現(xiàn)信息到局域網(wǎng)的傳送。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要承擔(dān)數(shù)據(jù)的管理與查詢分析任務(wù);安全監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器是為了實現(xiàn)對井下所有安全監(jiān)控設(shè)備上傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算存儲;工程站則主要負(fù)責(zé)設(shè)置全站的控制系統(tǒng)防火墻，將監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)相對獨立起來;最后的核心工業(yè)交換機(jī)可以實現(xiàn)整個礦山信息的互動交流。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的過程中，為了搭建出信息的傳遞平臺需要無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息的傳輸。其主要的硬件設(shè)備在于無線傳感器的位置放置，因此在安全系統(tǒng)監(jiān)控的聯(lián)網(wǎng)過程中，為了保障其可以有效實現(xiàn)動態(tài)的監(jiān)控，無線傳感器要依托信號的全面覆蓋與傳感系統(tǒng)的分部設(shè)置實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的同時也使井下網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行便捷傳送。

在聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)施的完善上為了保障該電路的安全性及使用的產(chǎn)品類型，應(yīng)從企業(yè)供電系統(tǒng)出發(fā)選用統(tǒng)一的產(chǎn)品類型，保障日常的正常運轉(zhuǎn)。交換機(jī)、無線基站與WiFi產(chǎn)品的引用可以便捷的實現(xiàn)井下作業(yè)環(huán)境中信息的采集與處理，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)的有效性。

2.2 軟件設(shè)計

安全監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)除了硬件技術(shù)的實現(xiàn)之外，也要通過軟件設(shè)計的搭配來更好的呈現(xiàn)其安全監(jiān)控的效果。在軟件架構(gòu)的過程中，基礎(chǔ)的軟件系統(tǒng)需要操作、數(shù)據(jù)庫、開發(fā)、支撐、子系統(tǒng)5部分內(nèi)容，在各個系統(tǒng)的選擇上，根據(jù)實際選擇較為穩(wěn)定的系統(tǒng)。而子系統(tǒng)的搭配則要根據(jù)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)功能的不同來針對性的進(jìn)行選擇。

在煤礦安全生產(chǎn)中監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建主要功能在于對用戶的日常操作進(jìn)行管理，同時對信息進(jìn)行傳遞，在運行的過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索統(tǒng)計同時結(jié)合建模的分析與數(shù)據(jù)服務(wù)板塊的引入實現(xiàn)安全監(jiān)測。

軟件系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)在于平臺模型構(gòu)建，這部分工作則主要需要依托數(shù)據(jù)中心、輸入接口、應(yīng)用系統(tǒng)、輸出接口、外部服務(wù)5部分內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞與使用。因此軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的要求與功能確定之后其主要的任務(wù)是通過技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)上述功能。

3 結(jié)束語

雖然在當(dāng)前的安全監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建過程中存在著多樣化的問題，但聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實踐仍在不斷的更新與發(fā)展，其需求的多樣化必然帶動技術(shù)的更新，而煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)運營也會在技術(shù)的不斷更新與發(fā)展過程中得到較大程度的技術(shù)更新，從而有效的改善當(dāng)前安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中信息孤立，系統(tǒng)封閉等缺陷，通過互動交流平臺與信息傳輸模式的建立提高自動化安全管理自動化水平的同時推動煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)經(jīng)營。

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