煤礦安全監控多系統融合技術探究

付 京

（冀中能源峰峰集團有限公司，河北 邯鄲 056107）

引言

煤礦安全監控系統在防范煤礦安全事故方面發揮著重要的監測、預警作用[1-2]。2016年12月，國家礦山安全監察局印發的《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（以下簡稱5號文）提出了明確的要求：煤礦安全監控系統應與人員位置監測、應急廣播等系統實現多網多系統融合功能。實現監控數據的共享聯動，利用多個系統之間的實時聯動解決“信息孤島”問題[3]。在多系統融合方面，5號文提出了地面和井下兩種融合方式。目前，由于煤礦都已經安裝了人員定位、應急廣播等系統，井下融合方式會導致重復投資、成本增加[4-5]。因此，本文結合煤礦安全監控系統升級改造后的技術成果，探討了不同業務系統之間數據交互的原理，并針對實際應用中存在的問題，提出進一步優化改進的思路。

1 安全監控多系統融合內容

煤礦安全監控地面多系統融合即在應用層（監控主機）融合，通過平臺軟件完成各監控系統數據的采集和分析，從而實現各業務系統的融合展示與聯動控制。

1）多系統數據融合。以《煤礦安全監控系統通用技術要求》（AQ 6201—2019）和煤礦實際需求為指導，確定各業務系統融合的數據，安全監控作為多系統融合的主體，應將其監控數據全部接入，具體明細如表1所示。

表1 多系統數據融合明細表

2）數據交互分析處理。將安全監控、人員數據及設備運行情況等數據接入到系統融合平臺，對數據進行存儲、分析處理，在軟件中實時顯示和操作，實現各系統間的信息共享。

3）GIS與監控系統融合。利用GIS技術將安全監控、人員定位等系統融合，GIS界面展示了安全監控、人員管理和應急廣播設備信息和狀態顯示，遵循“一礦一圖”的基本要求。

4）應急聯動。在井下采掘工作面出現瓦斯超限、斷電等須立即撤人的緊急情況時，自動與人員定位、應急廣播等系統聯動，提高作業人員安全避險的及時性和有效性。各業務系統控制的主要內容包括：安全監控系統控制甲烷超限聲光報警和甲烷電風電閉鎖、人員定位系統通知人員撤離或呼叫（通知回電話）、應急廣播系統播放特定內容，進行全礦廣播、應急單播等。

2 安全監控多系統融合方案

提出了一種安全監控多系統融合實現方案，并對系統間數據交互原理和不同業務系統間聯動應用效果進行分析。

2.1 多系統融合平臺架構

作為煤礦多系統融合主體，安全監控系統廠家通過向第三方廠家提供數據庫服務器地址、數據庫及融合接口登錄用戶名、密碼等信息，實現人員定位等系統數據的實時采集。數據中心模塊是整個融合平臺的決策大腦，負責對設備運行狀況、人員定位和監測環境所采集的數據進行線性校正、超限判別以及邏輯運算等分析處理，并通過GIS軟件與安全監控系統的融合，實現實時圖形和數據展示、歷史曲線、報警數據查詢等功能。考慮煤礦安全監控多系統融合場景，從穩定性、普遍性、跨平臺、實現、調試、透明度、難度和環節等多個方面進行綜合分析，最終選擇Microsoft SQL Serve數據庫作為數據交互的載體[6]。系統融合平臺架構見圖1所示。

圖1 多系統融合平臺架構

2.2 系統數據交互分析

為保證安全監控類系統融合與應急聯動的可靠性，系統間數據交互的方式起著決定性作用。數據交互主要分為數據融合上傳和聯動控制互動。

1）數據融合上傳。以人員定位系統為例，作為被融合的第三方業務系統，該系統廠家需按照融合協議開發接口程序，通過安全監控系統廠家分配的融合用戶名和密碼調用名為Fusion Login In的存儲過程進行登錄。調用實時數據上傳開始的存儲過程，存儲過程名稱命名為Update_Staff Real Dev_Start。循環調用數據上傳存儲過程，上傳數據，每調用一次上傳類數據的某一條數據，該存儲過程命名為Update_Staff Real Dev，該類數據上傳完成后調用Update_Staff Real Dev_Start配對的Update_Staff Real Dev_End存儲過程，重復上述步驟，直至該類型數據全部上傳完畢，整個數據融合上傳流程如圖2所示。

圖2 數據融合上傳流程

2）數據聯動控制。被融合的第三方業務系統定時向融合接口提交數據，通過調用名為Inter Control_Get Command的存儲過程獲取當前需要聯動的控制指令，根據指令實現本業務系統的聯動，最后調用名為Inter Control_Complete的存儲過程返回聯動執行的結果。聯動控制與圖2所示的數據融合上傳原理基本相同，在此不再贅述。

2.3 應急聯動控制分析

煤礦安全監控系統通過制定標準的數據融合協議，規范了人員定位和應急廣播等系統數據的集成標準，各業務系統以數據庫為載體，交互獲取安全監控系統提供的應急預案信息來實現應急聯動。具體聯動流程如圖3所示。

圖3 應急聯動流程圖

礦井采掘工作面甲烷傳感器（T1）和回風流甲烷傳感器（T2），負責井下生產環境中甲烷濃度的實時監測，并在中心站軟件預設T1和T2的報警、斷電閾值。當工作面發生瓦斯超限時，按照平臺軟件所預設的邏輯關系，甲烷傳感器將信號傳輸至該地區的人員定位分站和斷電器，定位卡發出聲光報警（撤人命令）的同時，斷電器執行閉鎖斷電，中心站調度人員通過GIS圖顯示頁面，及時了解現場甲烷濃度、電氣設備斷饋電情況和人員撤離位置信息，做出合理的調度和指揮，有效杜絕了井下作業人員漏撤或撤離不及時等情況的發生。此外，煤礦井下是一個特殊的工作環境，空間狹小、礦塵大、淋水濺水造成濕度大，電磁干擾復雜且嚴重，造成偽數據、冒大數導致的各業務系統間應急聯動誤報警或響應不及時等問題。當通訊線纜發生擠斷、短路進水等意外狀況時，會導致整條線路通訊中斷，故障影響范圍大、處理時間長。因此，可對井下監控分站設計開發無線路由傳輸功能，一方面，可減少通訊線路巡查維護工作量，達到減人提效目的。另一方面，當一臺設備線路出現故障時，分站可關閉該通道，從而大幅減小故障的影響范圍。

3 結論

在煤礦安全監控多系統融合內容層面，從國家政策、煤礦現狀等角度分析，確定了系統融合應考慮的主要業務系統及其交互數據，并通過地面融合平臺實現了系統間的應急聯動，促進煤礦智能化發展。通過對業務系統數據交互、應急聯動控制原理分析，研究了系統融合方案的可行性和應用效果，并針對實際應用過程中存在的問題提出優化改進方法，進一步提升監控數據交互和傳輸的高效性、安全性。