網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦安全監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

摘要：煤礦安全生產(chǎn)關(guān)系到人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊等一些現(xiàn)代科技手段，建立起煤礦安全管理系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)礦區(qū)內(nèi)的監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，并真實(shí)、實(shí)時(shí)地將煤礦的生產(chǎn)狀況及時(shí)有效的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)矫旱V安全管理中心的服務(wù)器端，以供決策分析。本文在論述了煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，探析了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)。

關(guān)鍵詞：煤礦安全；網(wǎng)絡(luò)通訊；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007—9599 （2012） 14—0000—02

一、引言

隨著現(xiàn)代科技不斷進(jìn)步和社會(huì)的不斷進(jìn)步，安全生產(chǎn)的理念逐漸深入人心。安全生產(chǎn)不僅關(guān)系是人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障，更是我國(guó)改革開(kāi)放和社會(huì)穩(wěn)定的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。我國(guó)歷來(lái)是煤炭生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)各級(jí)政府和管理部門(mén)都高度重視煤礦的安全生產(chǎn)問(wèn)題。尤其是近幾年來(lái)，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局和國(guó)家安全監(jiān)督管理局對(duì)煤礦安全工作進(jìn)行了多次專(zhuān)項(xiàng)治理，加大了監(jiān)察力度，使煤礦的整體安全狀況發(fā)生了極大的好轉(zhuǎn)。然而，近幾年來(lái)，由于部分私營(yíng)煤礦主過(guò)度追求經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)常無(wú)視煤礦的安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，煤礦安全問(wèn)題依然是當(dāng)前存在的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

采用電纜、信號(hào)光纜和電力線(xiàn)等有線(xiàn)傳輸信號(hào)方式是目前絕大多數(shù)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要信號(hào)傳輸方式。雖然其技術(shù)已經(jīng)很成熟，但這些傳統(tǒng)的有線(xiàn)布設(shè)方式仍不可避免地存在以下幾個(gè)方面問(wèn)題：（1）傳輸線(xiàn)安裝維護(hù)成本大，布線(xiàn)繁雜。在復(fù)雜地形的礦區(qū)地下環(huán)境中布設(shè)線(xiàn)路需要消耗大量的時(shí)間、人力和物力，且監(jiān)控系統(tǒng)所需要的光纜和電纜價(jià)格較高。（2）信號(hào)覆蓋范圍較為有限。由于礦區(qū)地形環(huán)境復(fù)雜多變，且有很多地區(qū)難以布線(xiàn)，礦井的各個(gè)地區(qū)是有線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)難以遍布的，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)井下進(jìn)行全方位的跟蹤監(jiān)測(cè)。（3）布線(xiàn)有著較強(qiáng)的依賴(lài)性。由于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自我修復(fù)性能差，當(dāng)其局部線(xiàn)路遭到破壞時(shí)，很可能導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的癱瘓[1]。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的最新研究成果，可以幫助煤礦建立檢測(cè)監(jiān)控的煤礦安全管理信息系統(tǒng)，利用現(xiàn)代通信技術(shù)、智能控制技術(shù)和高性能計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代高科技手段，可以將煤礦生產(chǎn)中的瓦斯、CH4、CO2、CO等有害氣體的含量檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)高效的發(fā)送到服務(wù)器端，并由服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如若超過(guò)警戒標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提示煤礦此時(shí)應(yīng)該停止工作，認(rèn)真核查所存在的安全隱患并進(jìn)行排解[2]。除了對(duì)礦區(qū)環(huán)境要進(jìn)行必要的監(jiān)控之外，現(xiàn)代化的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)還需要對(duì)礦區(qū)設(shè)備和工作人員進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)對(duì)井下工作人員和設(shè)備的管理和調(diào)度，從而提高煤礦生產(chǎn)效率和安全性。使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，建立以無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)有著現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。

二、煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)中心和安裝在礦井現(xiàn)場(chǎng)的終端組成。而網(wǎng)絡(luò)中心又包括系統(tǒng)服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、防火墻、路由器、監(jiān)控機(jī)、通告機(jī)及WEB服務(wù)器組成。

（一）網(wǎng)絡(luò)中心

1.路由器。路由器（Router）是將煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中各分站和系統(tǒng)服務(wù)器連接起來(lái)的設(shè)備，路由器可以根據(jù)傳輸信道的擁堵情況自動(dòng)進(jìn)行路徑選擇，以最佳路徑，按前后順序發(fā)送信號(hào)。路由器是煤礦安全檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的樞紐，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心服務(wù)器與各分站的服務(wù)器之間的相連，確保煤礦檢測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

2.防火墻。防火墻是指確保煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)安全性的重要工具，是一項(xiàng)協(xié)助確保信息安全的設(shè)備，會(huì)依照設(shè)定的規(guī)則，允許或是限制傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)。防火墻既可以是一臺(tái)專(zhuān)屬的硬件，也可以是架設(shè)在硬件上的一套軟件。煤礦安全網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)系統(tǒng)中所有流入流出的網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)包均要經(jīng)過(guò)防火墻。

3.系統(tǒng)服務(wù)器。系統(tǒng)服務(wù)器是煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)服務(wù)器中應(yīng)安裝煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件。各分站檢測(cè)到的煤礦礦井中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)信息，瓦斯、CH4、CO2、CO等有毒氣體濃度等信息。并將信息傳輸?shù)较到y(tǒng)服務(wù)器，煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果評(píng)估礦井中的安全狀況。

4.WEB服務(wù)器。WEB服務(wù)器主要為監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪(fǎng)問(wèn)。當(dāng)煤礦安全監(jiān)控工作人員若出差在外時(shí)，可以通過(guò)本監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)管理人員的授權(quán)，通過(guò)互連網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，了解煤礦監(jiān)測(cè)情況。

5.交換機(jī)。煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)是通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)相互連接而成的。煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)需求劃分為監(jiān)控子網(wǎng)、內(nèi)部辦公子網(wǎng)等幾個(gè)業(yè)務(wù)子網(wǎng)，這樣可以保證各業(yè)務(wù)系統(tǒng)互不干擾、安全高效的運(yùn)行[3]。

6.通告機(jī)。通告機(jī)又名信息處理機(jī)，煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中需要高度智能化的專(zhuān)用通告機(jī)。通告機(jī)將所采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，評(píng)估煤礦礦井的安全生產(chǎn)問(wèn)題。當(dāng)檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)，可以通過(guò)SMS方式來(lái)發(fā)出警告，為了避免事故，將及時(shí)告之相關(guān)的礦井安全責(zé)任人。

（二）終端

終端是并分散安裝在礦井之中，并與煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)借助通信設(shè)備相連，終端不但可以直接監(jiān)察監(jiān)控系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀況，還能夠取得主站的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。終端在得到自身的運(yùn)行狀況和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，可以即時(shí)發(fā)送到監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)中心。終端是高度智能化的，具有較強(qiáng)的抗干擾、防病毒能力，能在較為惡劣的環(huán)境下正常工作，并具有一定的診斷和自我修復(fù)功能，可以跟蹤顯示自身工作狀態(tài)[4]。

（三）數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)

數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)可以采用以下方案：

1.電話(huà)線(xiàn)和ADSL。煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件投資少，對(duì)傳輸速率要求較高。所需傳輸?shù)男畔鬏斎萘肯鄬?duì)較小。因此，可以使用電話(huà)線(xiàn)和ADSL來(lái)作為數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)，并在中小型煤礦中得到采用。

2.光纖。光纖又名光導(dǎo)纖維，是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具，具有低損耗、低誤碼率、高速度、高速度、安全保密性能好等諸多優(yōu)勢(shì)。光纖的通信軟件開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單，但光纖的建設(shè)成本高，而且維護(hù)費(fèi)用高，其建設(shè)周期相對(duì)較長(zhǎng)。因而這種傳輸介質(zhì)適用于有實(shí)力的大型煤礦，以便于實(shí)行視頻監(jiān)控[5]。

3.無(wú)線(xiàn)GPRS/CDMA。無(wú)線(xiàn)GPRS/CDMA受聯(lián)通、移動(dòng)GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的影響，其通信軟件比較復(fù)雜，但可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)，且運(yùn)行費(fèi)用較低，適用于無(wú)線(xiàn)GPRS/CDMA信號(hào)穩(wěn)定并且有效的煤礦。

4.電話(huà)線(xiàn)和調(diào)制解調(diào)器。采用這套方案的硬件成本較低低，通信軟件相對(duì)簡(jiǎn)單，但調(diào)制解調(diào)器的傳輸率較低，且容易掉線(xiàn)，不僅運(yùn)行費(fèi)用很高，而且安全性能較低，目前已基本被淘汰。

三、煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理

（一）工作原理

煤礦安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)中，終端首先檢測(cè)瓦斯、CH4、CO2、CO等有害氣體的含量數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸?shù)街行姆?wù)站，中心服務(wù)站將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判別煤礦礦井的安全性，如果存在安全性問(wèn)題，就將啟動(dòng)報(bào)警裝置，確保煤礦的安全生產(chǎn)。

（二）功能

1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換后，借助通信傳輸介質(zhì)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器控制中心。

2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。對(duì)礦井下監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)停傳感器、瓦斯傳感器和風(fēng)速傳感器等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。服務(wù)器控制中心將實(shí)時(shí)接收到的從礦井終端機(jī)發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)服務(wù)器控制中心監(jiān)測(cè)到煤礦監(jiān)測(cè)點(diǎn)的瓦斯含量等數(shù)據(jù)超限時(shí)，會(huì)自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信給相關(guān)的責(zé)任人，同時(shí)記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4.報(bào)表打印?？梢詫?shí)現(xiàn)日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、半年報(bào)表、年報(bào)表和任意所需數(shù)據(jù)的打??；

5.歷史數(shù)據(jù)分析。通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析比較，可以預(yù)測(cè)出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，可以分析出可能會(huì)存在的安全隱患，對(duì)避免發(fā)生安全事故有著非常重要的作用[6]。

6.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析。可以對(duì)各個(gè)煤礦的各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)實(shí)時(shí)跟蹤分析、異常測(cè)點(diǎn)曲線(xiàn)自動(dòng)跟蹤。

四、結(jié)語(yǔ)

煤礦應(yīng)根據(jù)其自身具體情況，不能局限于某種固定方式，其瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)采取不同的技術(shù)方案。光纖聯(lián)網(wǎng)可以在有經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大型煤礦使用；對(duì)于沒(méi)有ADSL，但有CDMA或GPRS信號(hào)的煤礦，無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)是其優(yōu)先考慮的一種方式；對(duì)于開(kāi)通ADSL的煤礦，應(yīng)首選ADSL聯(lián)網(wǎng)；但對(duì)既沒(méi)有ADSL信號(hào)、CDMA信號(hào)以及沒(méi)有GPRS的煤礦，則只有采用調(diào)制解調(diào)器聯(lián)網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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