綜合監(jiān)控系統(tǒng)在礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳文波

（平泉煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400 ）

在計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳輸技術(shù)飛速發(fā)展的影響下，越來越多的地方開始應(yīng)用數(shù)字化的視頻傳輸技術(shù)。把數(shù)字化遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)引入礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)也是礦井現(xiàn)代化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展的一大趨勢(shì)。平泉煤業(yè)經(jīng)過兼并重組以后，原來調(diào)度絞車的信號(hào)是通過語音信號(hào)裝置打點(diǎn)和通訊，操作不方便，經(jīng)常出現(xiàn)信號(hào)不清，不能滿足現(xiàn)代化礦井安全生產(chǎn)的需求。為了改善平泉煤礦井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中存在的安全隱患，提高井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的安全性和可靠性，平泉煤業(yè)為礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

1 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的含義及作用

該系統(tǒng)相對(duì)較復(fù)雜，具有一定的綜合性與系統(tǒng)性，需用到很多先進(jìn)技術(shù)，如視頻采集技術(shù)、數(shù)據(jù)壓縮還原技術(shù)、傳感器技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。礦井裝設(shè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用了單對(duì)雙絞線數(shù)字傳輸技術(shù)以及Wi-Fi通信技術(shù)等，同時(shí)應(yīng)用了固定音、視頻監(jiān)控模式與移動(dòng)音、視頻監(jiān)控模式相結(jié)合的方式進(jìn)行全面監(jiān)控。

平泉煤業(yè)礦下151軌道大巷應(yīng)用的是SQ-120/132B型無極繩連續(xù)牽引絞車進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)，該運(yùn)輸系統(tǒng)采用了遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)，絞車控制人員在日?？刂平g車的作業(yè)中，對(duì)于絞車運(yùn)行情況，一方面可借助梭車的無線攝像機(jī)進(jìn)行觀察，另一方面也可通過軌道上分布的攝像機(jī)觀察前段軌道情況，不僅有助于全方位第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)事故苗頭，提供第一手的重要圖像資料供事故分析參考，而且加上手機(jī)打點(diǎn)系統(tǒng)、輔助的告警系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)，能夠大大地增加絞車的安全性，提高絞車運(yùn)行效率。

2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)的組成

無極繩連續(xù)牽引車綜合監(jiān)控系統(tǒng)的大致框架如下圖1所示。

該系統(tǒng)主要由視頻終端部分、警示單元部分、手機(jī)通信終端部分、無線基站部分、網(wǎng)絡(luò)接口部分、監(jiān)控顯示終端部分以及后備電源等七大部分組成。這七大部分又是由很多小部分組成的，同時(shí)它們也具有一些各自的功能，具體如下：

（1）視頻終端：主要由數(shù)字無線攝像機(jī)、有線網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、本安紅外燈組成。是視頻圖像前端采集設(shè)備，能夠在無線基站間實(shí)現(xiàn)漫游切換。

（2）警示單元：主要由數(shù)字本安廣播組成?？蛇B接于無線攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式廣播。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)與后方監(jiān)控終端的雙向語音對(duì)講功能。

（3）手機(jī)通信終端：主要由礦用本安三防手機(jī)組成。此手機(jī)可在無線基站覆蓋區(qū)域內(nèi)進(jìn)行無線通信，且在隔爆計(jì)算機(jī)的相關(guān)軟件的支持下可進(jìn)行手機(jī)打點(diǎn)等操作。

（4）傳輸部分：網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺(tái)主要由無線基站以及礦用通信線纜等部分組成。其中無線基站借助定向天線，可在沒有遮擋的地區(qū)實(shí)現(xiàn)500 m左右的信號(hào)覆蓋（具體應(yīng)根據(jù)巷道實(shí)際環(huán)境情況來確定）。網(wǎng)絡(luò)接口可實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)及相關(guān)協(xié)議的順利轉(zhuǎn)換。

（5）監(jiān)控顯示終端：該終端由防爆計(jì)算機(jī)與其相關(guān)軟件組成，借助此終端可實(shí)時(shí)監(jiān)控前段視頻，同時(shí)可進(jìn)行前端視頻錄像，并能與數(shù)字廣播進(jìn)行對(duì)講，充當(dāng)打點(diǎn)系統(tǒng)服務(wù)器等。

（6）后備電源：可為系統(tǒng)提供電力供應(yīng)和后備電源支持。在系統(tǒng)停電的情況下維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖1 無極繩連續(xù)牽引車綜合監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

（1）數(shù)字本安技術(shù)。監(jiān)控終端及傳輸平臺(tái)均為本安設(shè)備，適合于井下任何環(huán)境，特別適合采掘面、回采巷道的使用。

（2）無線數(shù)字移動(dòng)音視頻技術(shù)。在傳統(tǒng)的有線方式無法滿足系統(tǒng)音頻與視頻的傳輸?shù)那闆r下，通過在系統(tǒng)中應(yīng)用無線信號(hào)傳輸，這樣黑暗中移動(dòng)物體成像便會(huì)清晰可辨，可很好地解決終端設(shè)備的線路拖動(dòng)難題，有效減少巷道布線量。先進(jìn)的視頻漫游技術(shù)，適合無極繩連續(xù)牽引車的移動(dòng)視頻監(jiān)控需求。

（3）主干雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸。無線基站間的數(shù)據(jù)傳輸使用雙絞線連接方式，線纜布防簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，特別適合無極繩連續(xù)牽引車的使用環(huán)境，解決了以往光纜傳輸存在的回撤熔纖等問題。

（4）低照度、強(qiáng)光抑制數(shù)字?jǐn)z像技術(shù)。因礦井作業(yè)環(huán)境較惡劣，井內(nèi)大多陰暗潮濕，采用低照度，具有強(qiáng)光抑制作用的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)來進(jìn)行礦井拍攝作業(yè)，可獲得更清晰的圖像，這樣可很好地克服部分常規(guī)攝像機(jī)因不能有效避免燈光直射，在進(jìn)行礦井拍攝作業(yè)時(shí)，拍出的圖像大面積發(fā)白的難題，可獲得更逼真、更高質(zhì)量的圖像，對(duì)監(jiān)控中心的觀察更有利。

（5）本安紅外燈，可很好地解決礦井內(nèi)存在的無光照明問題。很多礦井坑道內(nèi)無光線，即使借助低照度攝像機(jī)進(jìn)行拍照，拍出的圖像通常也會(huì)存在嚴(yán)重的雪花點(diǎn)現(xiàn)象，而采用本安紅外照明技術(shù)進(jìn)行拍照，即便拍照環(huán)境全黑，拍出的圖像一般也會(huì)清晰可見，借助此技術(shù)進(jìn)行拍照，可獲得清晰的采掘工作面圖像。

（6）綜合性的解決方案。系統(tǒng)集成無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、廣播對(duì)講、打點(diǎn)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)具有更強(qiáng)大的功能，可有效解決無極繩連續(xù)牽引車運(yùn)用時(shí)存在的多數(shù)難題，進(jìn)一步提升絞車運(yùn)行的安全性與高效性。

（7）可直接接入井下工業(yè)以太網(wǎng)，兼容性強(qiáng)?？芍苯咏尤刖鹿I(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)異地觀看、指揮等。

4 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

4.1 詳細(xì)設(shè)計(jì)

4.1.1 傳輸鏈路設(shè)計(jì)

平泉煤業(yè)井下無極繩連續(xù)牽引車系統(tǒng)配置有主機(jī)、張緊裝置、梭車、尾輪、壓繩輪、托繩輪以及轉(zhuǎn)向裝置等。其尾輪和軌道會(huì)根據(jù)需要調(diào)整覆蓋長(zhǎng)度，在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，為使設(shè)備安裝與維護(hù)更方便，人們可把傳輸基站布設(shè)為雙絞線的形式?？砂?51運(yùn)輸線路布設(shè)為絞距為3.5 cm左右的兩對(duì)雙絞線，可用雙絞線中的兩芯來傳輸信號(hào)，另外兩芯作為備用，并布設(shè)六臺(tái)雙絞線傳輸基站。下圖2為平泉煤業(yè)151巷道無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)圖。

圖2 平泉煤業(yè)151巷道無極繩絞車運(yùn)輸系統(tǒng)布設(shè)現(xiàn)場(chǎng)圖

4.1.2 無線基站布站設(shè)計(jì)

因平泉煤業(yè)151軌道運(yùn)輸大巷存在的起伏部位或轉(zhuǎn)彎部位較多，因此在布設(shè)無線基站時(shí)，應(yīng)對(duì)無線基站的實(shí)際覆蓋效果加以考慮。對(duì)于一些較平直沒有太大起伏的巷道，可把兩相鄰基站的距離布設(shè)為500 m，對(duì)于一些存在較多轉(zhuǎn)彎部位的巷道，在巷道水平轉(zhuǎn)彎處也應(yīng)布設(shè)無線基站，并應(yīng)讓基站的兩個(gè)天線都朝向巷道實(shí)際轉(zhuǎn)彎方向，以確保無線基站的信號(hào)能全面覆蓋巷道轉(zhuǎn)彎部位。圖3（a）、（b）分別表示了151巷道無極繩絞車基站的垂直分布示意圖與水平分布示意圖。

圖3 151巷道無極繩絞車基站分布示意圖

4.1.3 終端控制設(shè)計(jì)

可采用15寸隔爆屏并兼本安計(jì)算機(jī)本地查看功能與本地錄像功能為一體的計(jì)算機(jī)作為控制終端，并應(yīng)為控制終端配置本安多功能鍵盤，以實(shí)現(xiàn)與前端本安廣播的順利對(duì)講。同時(shí)應(yīng)為計(jì)算機(jī)預(yù)留數(shù)據(jù)接口，以能與其他自動(dòng)化控制信號(hào)及時(shí)高效地進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，結(jié)合手機(jī)打點(diǎn)技術(shù)，為絞車的無人開停打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)安裝打點(diǎn)控制，語音廣播等軟件，充當(dāng)綜合服務(wù)器功能。

4.1.4 無線攝像儀設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)梭車上安放 2 臺(tái)無線攝像機(jī)作為無線視頻終端，配置本安紅外燈，提供黑暗環(huán)境下的攝像機(jī)補(bǔ)光。

4.1.5 有線攝像機(jī)設(shè)計(jì)

在絞車經(jīng)過的巷道人員聚集區(qū)域或人員突然出沒的巷道岔口區(qū)域安裝固定攝像機(jī)，讓絞車司機(jī)能夠提前掌握該區(qū)域的人員活動(dòng)情況，提前減速等。固定攝像機(jī)可以就近接入無線基站。攝像機(jī)也可以根據(jù)巷道照明情況選擇是否使用紅外燈。

4.1.6 局部通信設(shè)計(jì)

配置3部礦用本安手機(jī)，來進(jìn)行礦井無線通信，并配合網(wǎng)絡(luò)接口以及隔爆計(jì)算機(jī)軟件來讓手機(jī)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式打點(diǎn)。

4.1.7 語音警示設(shè)計(jì)

給梭車裝備一臺(tái)本安廣播分站，該廣播分站應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與隔爆計(jì)算機(jī)成功進(jìn)行語音對(duì)講，以支持梭車安全運(yùn)行。

4.2 系統(tǒng)功能

（1）監(jiān)控人員可把攝像機(jī)直接布設(shè)于絞車的位置對(duì)絞車進(jìn)行監(jiān)控，以更仔細(xì)地觀察車輛運(yùn)行情況，以更科學(xué)、合理地指揮作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有效提高絞車運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

（2）系統(tǒng)集成了開車打點(diǎn)系統(tǒng)，能夠通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)端的無線打點(diǎn)，有效解決以往半路停車無法打點(diǎn)問題。按相應(yīng)的手機(jī)鍵，計(jì)算機(jī)播放對(duì)應(yīng)的提示音，計(jì)算機(jī)屏幕上提示相應(yīng)的圖標(biāo)，標(biāo)示出停車、快速上行、快速下行、慢速上行、慢速下行、緊急剎車等操作提示。系統(tǒng)對(duì)外提供I/O接口，一旦有手機(jī)發(fā)出打點(diǎn)信號(hào)，系統(tǒng)可自動(dòng)輸出剎車急停信號(hào)，用于控制相關(guān)機(jī)電設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊急停車。

（3）先進(jìn)的全功能多媒體鍵盤能夠使計(jì)算機(jī)操作者方便操作計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)維護(hù)。

（4）獨(dú)特的WIFI通信系統(tǒng)，能夠?yàn)槭謾C(jī)與計(jì)算機(jī)、手機(jī)與手機(jī)之間提供可靠的語音通信服務(wù)，較長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間也省去以往對(duì)講機(jī)的每日充電難題。

（5）可把音視頻一體化無線監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)中，來更好地指導(dǎo)絞車運(yùn)行，必要時(shí)提供語音警告，這樣可更好地保障絞車安全運(yùn)行。此外本安式數(shù)字廣播技術(shù)同時(shí)提供雙向的語音通信技術(shù)，有效解決了梭車與絞車房的通信問題。

5 結(jié)語

平泉煤業(yè)礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)中應(yīng)用該種綜合監(jiān)控系統(tǒng)后，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，輔助運(yùn)輸事故率大幅降低，有效提高了礦井輔助運(yùn)輸系統(tǒng)無級(jí)繩牽引車運(yùn)行的安全性、高效性，為企業(yè)創(chuàng)造出了更多經(jīng)濟(jì)效益。