煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

張琦

（黑龍江龍煤雙鴨山礦業(yè)有限責任公司科技研究開發(fā)中心，黑龍江 雙鴨山155100）

煤礦能源作為基礎(chǔ)能源，為社會生產(chǎn)建設(shè)提供了極大的動力。但在人類的過度開發(fā)下，煤礦資源儲量不容樂觀。這意味著煤礦資源的開采難度增大，通常需要進行井下作業(yè)。與地面環(huán)境相比，井下環(huán)境更加復雜，具有較高的危險系數(shù)。對煤礦環(huán)境進行檢測是很有必要，有利于確保采礦環(huán)境的安全性。能夠及時地發(fā)現(xiàn)不安全因素，并采取有效的措施予以解決。在安全監(jiān)測系統(tǒng)的運作下，煤礦意外事故發(fā)生的概率得到有效控制。近年來，信息技術(shù)發(fā)展取得了突破性進展，在技術(shù)的支持下，安全監(jiān)測系統(tǒng)十分智能化。將其引用到煤礦開采行業(yè)中，能夠保障采礦作業(yè)的安全有序，避免很多不必要的麻煩。在煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計階段，值得注意的事項有很多。

1 煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

我國煤礦開采工作已經(jīng)進行了多年，易于開采的煤礦數(shù)量不斷減少。但社會生產(chǎn)建設(shè)對煤礦能源的需求量卻在逐年增長，煤礦開采工作面臨著更高的要求。目前常見的煤礦礦井類型，主要是濃度極高的瓦斯礦井。這種礦井的危險系數(shù)較高，一旦發(fā)生安全事故，將造成重大的人員傷亡。同時，新建礦井的數(shù)量又在不斷增多，使得礦井的地質(zhì)情況十分復雜，礦井地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得不到有效保障。煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能，就是幫助工作人員掌握礦井情況。在礦井中安裝大量的環(huán)境傳感器，一旦礦井環(huán)境出現(xiàn)異常，能夠及時地檢測到，系統(tǒng)會向工作人員發(fā)送安全預警，給工作人員足夠的撤離時間，避免造成采礦人員的傷亡。雖然信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到比較先進的程度，但在煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計階段，需要充分考慮到煤礦環(huán)境的特點，確保系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足煤礦行業(yè)的需求。

本文是煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計思路，主要內(nèi)容包括系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、系統(tǒng)是基于B/S 架構(gòu)來設(shè)計的，對系統(tǒng)的服務(wù)處又進行設(shè)計，最后對系統(tǒng)的安全性進行的設(shè)計提供了注意事項。

2 煤礦環(huán)境檢測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計

首先，在泵房監(jiān)測模塊的設(shè)計階段，需要意識到該模塊的功能以及原理。該模塊的設(shè)計目的在于，實現(xiàn)對礦井原有的泵房系統(tǒng)改良和優(yōu)化。與原有的泵房系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)需要具有更多的優(yōu)勢和功能。在信息化時代下，系統(tǒng)自動化水平尤其重要。新系統(tǒng)主要由多個控制柜以及報警裝置和通信系統(tǒng)構(gòu)成，智能化程度較高，不需要人工操控，而是會結(jié)合礦井的實際情況，進行自動化運行和維護。這無疑節(jié)省了人力資源，而且出現(xiàn)誤差的概率較小。經(jīng)過改造的泵房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能更加強大，強化了與中央監(jiān)測系統(tǒng)的聯(lián)系。因為中央監(jiān)測系統(tǒng)也作出了一些調(diào)整和改進，采用的是當前十分先進的PLC 編程控制，能夠?qū)δM量以及數(shù)字量進行精準的控制，把控其輸入和輸出情況。

其次，介紹電網(wǎng)監(jiān)測模塊的設(shè)計。該模塊主要由三部分構(gòu)成，分別是電力監(jiān)控站、電力監(jiān)測核心層以及防爆交換裝置。各部分都發(fā)揮著不可或缺的作用，同時又緊密聯(lián)系協(xié)同配合，實現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)測模塊的正常運行。如電力監(jiān)測層中含有智能化的通信接口，能夠?qū)γ旱V環(huán)境信息進行全面的采集，同時將采集到的數(shù)據(jù)傳送到其他模塊。并通過通信接口，向其他的模塊發(fā)布指令。而電力監(jiān)控站的主要功能，則是負責聯(lián)系井下開關(guān)保護裝置。當煤礦環(huán)境異常時，由電力監(jiān)測層下發(fā)命令，而電力監(jiān)控站則向開關(guān)保護裝置發(fā)出閉合的命令。防爆交換裝置則是溝通電力監(jiān)控站網(wǎng)絡(luò)和地面數(shù)據(jù)中心的樞紐，實現(xiàn)井下和地面人員的聯(lián)系，幫助地面人員及時掌握井下的情況。

最后，瓦斯監(jiān)控模塊，該模塊的設(shè)計需要應(yīng)用到科技性較強的技術(shù)。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中包含了多個軟硬件，軟件和硬件協(xié)調(diào)配合，能夠確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運作，提高了煤礦環(huán)境的安全系數(shù)。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理比較復雜，首先是瓦斯傳感器收集信號，這些信號經(jīng)過單片機的處理，形成數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過井下分站，并借助光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛婵刂浦行?。地面控制中心與煤管局安全中心緊密聯(lián)系，在接到井下信號后，第一時間通過互聯(lián)網(wǎng)的方式，發(fā)送到煤管局安全中心，等待上級做出指示。如果發(fā)現(xiàn)瓦斯情況出現(xiàn)異常，煤管局安全中心會做出全面詳細的應(yīng)對方案，并將應(yīng)急措施原路返送到井下系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

大數(shù)據(jù)時代下，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺強大的數(shù)據(jù)共享能力，以及智能系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理功能，在煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，也會產(chǎn)生海量的信息數(shù)據(jù)，同時涉及到對數(shù)據(jù)的存儲、分類和傳輸。因此，數(shù)據(jù)庫發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，數(shù)據(jù)庫設(shè)計的重要性也不言而喻。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計需要充分考慮到與其他系統(tǒng)的聯(lián)系，以其他功能模塊的需求為依據(jù)，確保數(shù)據(jù)庫設(shè)計符合要求。首先要對處理對象進行深入的分析調(diào)查，以此來確定新的數(shù)據(jù)庫應(yīng)該具備的功能和特點。采用先進的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法，確保數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)科學合理。通常來說，數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要針對三個部分，即數(shù)據(jù)庫對象、數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)庫的運行模式。而后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫更是尤其重要，其管理用戶的權(quán)限，并對數(shù)據(jù)進行一系列操作，例如數(shù)據(jù)修改、清除以及檢索等，以滿足操作人員的要求。在設(shè)計時，需要嚴格遵循的設(shè)計原則是，優(yōu)先保障數(shù)據(jù)庫的安全性，并不斷提高數(shù)據(jù)庫處理數(shù)據(jù)的效率和準確度。

2.3 服務(wù)層設(shè)計

煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用WSSF 工具建立服務(wù)器，服務(wù)器為煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)終端和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換提供服務(wù)接口。整個服務(wù)體系可以分為服務(wù)接口層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層等三個層次。

2.4 安全性設(shè)計

煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)正常通信依賴得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為TCP/IP。由于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議存在一定風險，煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)所面臨的安全威脅來自網(wǎng)絡(luò)，所以煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可能存在的大致為以下六個方面，我們應(yīng)采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。

物理層的安全威脅，由于物理安全防護措施的不足，導致系統(tǒng)異常，影響網(wǎng)絡(luò)性能及使用?？赡軐е戮W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)資源的損毀，影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性，造成嚴重的安全隱患。

網(wǎng)絡(luò)層的安全威脅，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的，在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，面臨著來自網(wǎng)絡(luò)上的竊聽、篡改等安全威脅。

操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的安全威脅，許多操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)均存在安全漏洞，對付這類的安全威脅最好采用安全的操作系統(tǒng)和安全數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，有必要采取其它手段加強這方面的安全性能，如系統(tǒng)漏洞檢測、打補丁、升級等。

應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)的安全威脅，應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)的安全依賴于網(wǎng)絡(luò)及操作系統(tǒng)的安全。由于應(yīng)用系統(tǒng)的復雜性，沒有特定的安全技術(shù)能夠完全徹底的解決應(yīng)用系統(tǒng)的安全問題。

應(yīng)用系統(tǒng)的安全威脅，應(yīng)用系統(tǒng)的安全與系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)關(guān)系密切。應(yīng)用系統(tǒng)可采用加密技術(shù)。如果系統(tǒng)設(shè)置錯誤，很容易造成損失。

系統(tǒng)安全管理上的漏洞威脅，一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)雖然采用了很先進和嚴密的安全技術(shù)措施，如果安全管理人員沒有責任心疏忽管理，都可能給系統(tǒng)帶來安全隱患，因此需要系統(tǒng)安全管理員要有極強的責任心加強對系統(tǒng)安全管理。

綜上所述，煤礦開采能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。近年來我國經(jīng)濟發(fā)展日新月異，對煤礦能源的需求量逐年攀升。但與此同時，煤礦儲量情況不容樂觀，煤礦開采難度逐日增大。目前煤礦開采主要是以井下作業(yè)的方式進行，礦井環(huán)境難以把控，尤其是礦井類型多為高濃度瓦斯礦井，危險性很大。因此，在礦井中安裝環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)迫在眉睫，是保障采礦工作順利開展的基礎(chǔ)。在進行煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時，要積極應(yīng)用先進前沿的技術(shù)，提高系統(tǒng)的智能化水平和信息化程度。同時，還要充分考慮煤礦環(huán)境的特點，以系統(tǒng)功能要求為設(shè)計依據(jù)，使得監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中，能夠快速檢測到安全隱患，并發(fā)布預警信號，避免意外事故造成損失。相信在環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的支持下，我國煤礦開采工作能夠順利開展，煤礦行業(yè)得以健康發(fā)展。