關(guān)于打鉆點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用研究

【摘要】介紹高瓦斯突出礦井瓦斯抽放的利用及施工環(huán)境監(jiān)測，如何提高工作人員的人生安全、工作效率問題，針對目前現(xiàn)狀利用各礦原有建設(shè)的綜合自動(dòng)系統(tǒng)的主要千兆傳輸通道，開發(fā)一套打鉆點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)井上人員對井下“場及作業(yè)點(diǎn)”實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄像，在一定程度上提高煤礦工人現(xiàn)場的人生安全及工作效率。

【關(guān)鍵詞】礦井；測試方法；安全及效率；打鉆視頻的作用

1.礦井打鉆點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)背景介紹

煤礦井下的安全治理是保證煤礦安全生產(chǎn)的重要步驟。高瓦斯礦井通常都是采用先在高瓦斯煤塵打孔，通過瓦斯抽采的方式來降低煤塵的瓦斯含量后再進(jìn)行開采，抽出的瓦斯氣體通過專門的管道輸出并處理后作為能源使用，這種方法既能保證煤礦開采的安全，也能實(shí)現(xiàn)氣體的變廢為寶，再次利用。2009年12月16日《求是》雜志（第24期）發(fā)表了中國中央政治局委員、國務(wù)院副總理、國務(wù)院安委會主任張德江同志《大力推進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用》的文章[1]。文章指出加快煤礦瓦斯抽采利用，是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，推進(jìn)煤礦安全發(fā)展、清潔發(fā)展、節(jié)約發(fā)展的必然要求，是一項(xiàng)大有可為的事業(yè)。黨中央、國務(wù)院高度重視，成立專門工作機(jī)構(gòu)，安排專項(xiàng)資金，制定了防治結(jié)合、標(biāo)本兼治的重要決策和一系列政策措施，大力推進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用。

圖1 瓦斯抽放現(xiàn)場工作環(huán)境

但是煤礦的抽采前期打鉆過程中，會出現(xiàn)如下問題：

（1）由于煤層的打鉆位置狹小、機(jī)器龐大、鉆桿線纜等工具較多、施工操作不方便，在打鉆過程中由于員工的失誤有可能會產(chǎn)生人員安全的隱患和機(jī)械事故等。

（2）由于打鉆人員考核方式以打鉆個(gè)數(shù)來計(jì)算，而后期抽查打鉆點(diǎn)的深度測量存在一定技術(shù)困難，某些工人打鉆時(shí)為了追求速度往往沒有按照預(yù)定的深度打鉆，而這將會影響瓦斯抽采效果，并給后期的煤炭開采埋下安全隱患。

綜上所述，在礦井打鉆點(diǎn)安裝視頻監(jiān)控即能規(guī)范人員的工作流程，監(jiān)督工程質(zhì)量，同時(shí)也便于井下人員在發(fā)現(xiàn)井下施工過程中人員或機(jī)械出現(xiàn)狀況后及時(shí)的處理。

2.打鉆視頻系統(tǒng)市場分析

打鉆點(diǎn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對高瓦斯突出礦井提出的安全保障方案。通過高瓦斯礦井的數(shù)量可以預(yù)估一下打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)的市場份額。

引用2008年12月的數(shù)據(jù)，全國參加瓦斯等級鑒定的礦井15071，其中高瓦斯礦井2859+2469（鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦），煤與瓦斯突出礦井647+703（鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦），總計(jì)是6678對高瓦斯礦井（含鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦）。

高瓦斯礦井大部分分布在西南地區(qū)，如：重慶、四川、貴州、湖南、湖北等省份，考慮全國高瓦斯礦井6678對，平均每個(gè)工作面設(shè)計(jì)要求2個(gè)攝像點(diǎn)，每礦按照3個(gè)打鉆點(diǎn)來計(jì)算，全國6678對礦井，按照數(shù)量一半計(jì)算，總計(jì)需求2*3*3339=20034個(gè)攝像點(diǎn)，這一數(shù)據(jù)足以證明了當(dāng)前打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)市場之大。

在西南煤礦市場上已經(jīng)有用戶提出相應(yīng)的打鉆視頻監(jiān)控系統(tǒng)。2011年重慶能投集團(tuán)會議文件要求，其下屬分公司（松藻公司、南桐公司、天府公司、永榮公司、中梁山公司）須在2011年底前組織實(shí)施《六大系統(tǒng)、十大裝備》工作，其中《十大裝備》就包含了《打鉆視頻監(jiān)視系統(tǒng)》。

3.用戶需求分析

目前市面上沒有專門的打鉆視頻監(jiān)控設(shè)備，打鉆視頻系統(tǒng)需要由攝像儀、傳輸接口、礦用電源、綜保等設(shè)備組成，整體方案設(shè)備多、成本高，也不便于現(xiàn)場的安裝使用。

由于打鉆點(diǎn)視頻需要不斷移動(dòng)，在鉆場的整體移動(dòng)距離也會至少大于500m，整個(gè)距離范圍在500m～2000m左右，因此電纜傳輸?shù)木嚯x最好考慮能傳輸2km左右。

在滿足以上用戶需求的前提下給出一種綜合型傳輸設(shè)備，首先該設(shè)備無需本安供電，相比較其他本安級網(wǎng)絡(luò)延長設(shè)備來說可以節(jié)省本安電源的采購，方便了產(chǎn)品的接線。其次，該產(chǎn)品最好還能對外提供本安電源，方便前端本安級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電；另外，考慮到此次給打鉆視頻監(jiān)控使用，增加一路非安AC36V輸出用于電源照明；最后該產(chǎn)品需要能通過電纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離的視頻傳輸。

因此產(chǎn)品充分考慮了煤礦設(shè)備的現(xiàn)場使用情況，相對于單一功能的礦用傳輸設(shè)備來說，功能上更加集成，性價(jià)比也更高。該設(shè)備在實(shí)現(xiàn)以前相同的功能情況下成本會大大減少，且一體式的設(shè)備移動(dòng)性更好，方便了用戶的后期移動(dòng)安裝和維護(hù)。

其次還可以利用礦井原有的“千兆傳輸”硬件平臺[2]，將信號傳輸?shù)孛嬲{(diào)度中心進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測，減少了礦的投資，達(dá)到了投資少，施工簡單、人身安全提高。

4.技術(shù)可行性分析

針對打鉆視頻監(jiān)視系統(tǒng)，新開發(fā)產(chǎn)品解決方案如下描述：

（1）開發(fā)設(shè)計(jì)一種新的多功能接口箱：將接口箱與電源箱設(shè)計(jì)在同一個(gè)箱體內(nèi)，同時(shí)箱體能夠提供一路照明用電。設(shè)備結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

（2）接口箱設(shè)計(jì)具體功能如下：

a.內(nèi)部配置變壓器：AC600V變AC127V，供電容量需要考慮信號轉(zhuǎn)換板、開關(guān)電源（AC127/DC18V）、1路照明電源（35-100W）。

b.內(nèi)部配置開關(guān)電源：AC127V變一路本安DC18V，給前端本安網(wǎng)絡(luò)攝像儀供電。

c.內(nèi)部配置信號轉(zhuǎn)換板：通過XDSL技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻信號轉(zhuǎn)換為長距離電纜信號傳輸。

d.接口箱重量最輕化，方便實(shí)際移動(dòng)（考慮移動(dòng)周期較快）。

5.礦井打鉆視頻系統(tǒng)核心xDSL測試需求

本次實(shí)驗(yàn)主要針對定制開發(fā)的兩套DSL板進(jìn)行測試，觀察1公里礦用電纜傳輸過程中DSL板所能提供的帶寬及實(shí)際傳輸網(wǎng)絡(luò)攝像儀信號時(shí)圖像效果。

測試目的：DSL板長距離（1公里）帶寬測試。

測試儀器：1公里礦用電纜、筆記本兩臺、KBA4B網(wǎng)絡(luò)攝像儀2臺、網(wǎng)線及RJ11線纜若干跟

測試方法及過程：

圖3 測試線路

（1）將1對ZE4600板按圖1測試線纜連接，在兩臺PC機(jī)上安裝網(wǎng)絡(luò)帶寬測試軟件IxChariot軟件，首先將兩臺PC機(jī)運(yùn)行軟件，測試帶寬如圖4所示：

圖4 測試帶寬

運(yùn)行1公里礦用電纜線測試網(wǎng)絡(luò)帶寬平均：上行3.110M，下行2.343M。

（2）在一側(cè)DSL板上接入2路KBA4B網(wǎng)絡(luò)攝像儀，同時(shí)用測試軟件測試帶寬。測試如圖5所示：

圖5 測試圖

運(yùn)行1公里礦用電纜線測試網(wǎng)絡(luò)帶寬平均：上行1.622M，下行1.368M，實(shí)際測試時(shí)如果不運(yùn)行測試軟件，2路圖像清晰流暢，如果在瀏覽圖像是運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)帶寬軟件，圖像會出現(xiàn)不流暢現(xiàn)象。

（3）將1對ZEMD610板按圖1測試線纜連接，在兩臺PC機(jī)上安裝網(wǎng)絡(luò)帶寬測試軟件IxChariot軟件，首先將兩臺PC機(jī)運(yùn)行軟件，測試帶寬如圖6所示：

圖6 測試帶寬圖

運(yùn)行1公里礦用電纜線測試網(wǎng)絡(luò)帶寬平均：上行3.419M，下行3.576M。

（4）在一側(cè)DSL板上接入2路KBA4B網(wǎng)絡(luò)攝像儀，同時(shí)用測試軟件測試帶寬。測試如圖7所示：

圖7 測試如圖

運(yùn)行1公里礦用電纜線測試網(wǎng)絡(luò)帶寬平均：上行2.151M，下行3.342M。實(shí)際測試時(shí)無論是否運(yùn)行測試軟件，2路圖像都清晰流暢。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

測試兩款DSL板1公里傳輸實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

（1）傳輸1km礦用電纜后兩款DSL板都能發(fā)揮傳輸?shù)淖畲髱?，即ZE4600（4.6M），ZEMD610（6.1M）。板子都帶有2路RJ11口，如果采用端口聚合功能（2路線纜并接），傳輸帶寬還可以翻倍。因此，對于2款DSL板1公里傳輸傳輸1路視頻圖像基本無問題。

（2）對于ZE4600的DSL板傳輸1公里2路KBA4B網(wǎng)絡(luò)視頻沒有問題，對于ZEMD610的DSL板傳輸1公里3路KBA4B網(wǎng)絡(luò)視頻沒有問題。

（3）DSL板功耗較低，本安電源可以帶動(dòng)。

6.結(jié)語

通過開發(fā)多功能傳輸接口加上網(wǎng)絡(luò)攝像儀，可以實(shí)現(xiàn)打鉆點(diǎn)視頻監(jiān)控的目的，該方案不僅成本低廉、移動(dòng)方便，而且可以實(shí)現(xiàn)井上人員對井下“場及作業(yè)點(diǎn)”實(shí)時(shí)監(jiān)控和錄像，一定程度上提高煤礦工人現(xiàn)場的人生安全及工作效率。

該方案能在鉆場等移動(dòng)點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)井下的安全和規(guī)范作業(yè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保證，具有較大的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]張德江.大力推進(jìn)煤礦瓦斯抽采利用[J].求是，2009（24）.

[2]陸錚.工業(yè)以太網(wǎng)在全礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2006（03）.