煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)研究

陳旺 劉雷 李廣照

摘 要：我國目前約有2.5萬個煤礦，而且這些煤礦的地理環(huán)境大都比較復(fù)雜，采用的基本也是地下開采，礦井環(huán)境中多伴隨著瓦斯突出、粉層過量、熱害等問題，各種不安全因素嚴(yán)重的威脅著煤礦員工的安全及煤礦企業(yè)的安全運(yùn)作。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了對煤礦現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集，并通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心，進(jìn)而實現(xiàn)了監(jiān)控中心對相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施及環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的監(jiān)控。基于此，本文對煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行研究分析，為煤礦安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

關(guān)鍵詞：煤礦;安全監(jiān)測系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng)

一、煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1產(chǎn)品監(jiān)控對象單一

在進(jìn)入21后，各類軟件公司開發(fā)出了針對不同監(jiān)控對象的產(chǎn)品，但是這些企業(yè)開發(fā)的產(chǎn)品監(jiān)控對象依舊比較單一，比如深圳愛迪爾電子有限公司開發(fā)的煤礦安全監(jiān)察管理系統(tǒng)主要監(jiān)控對象是煤礦安全巡檢人員;北京中科輔龍科技股份有限公司開發(fā)的龍馭煤礦安全監(jiān)控管理系統(tǒng)主要監(jiān)控的是煤礦各類安全隱患，包括員工的違規(guī)操作、瓦斯粉塵等。產(chǎn)品監(jiān)控對象單一，這就限制了企業(yè)綜合自動化水平的提高，對監(jiān)控對象的豐富與綜合，也是目前國內(nèi)煤礦監(jiān)控技術(shù)研究的重點(diǎn)問題。

1.2???? 建設(shè)及維護(hù)成本高

分散控制系統(tǒng)雖然提高了煤礦安全監(jiān)控的自動化化水平，但是其在建設(shè)及維護(hù)過程中存在的問題仍然很多，給用戶的使用及維護(hù)帶來了很多困難。安全監(jiān)測控制系統(tǒng)采取了分層的結(jié)構(gòu)，但是我們也能清楚的看到在每一個監(jiān)控分站下面需要接接十幾條甚至幾十條監(jiān)控電纜去連接各類控制器及傳感器，布線長而復(fù)雜，這就大大的增加了布線的難度，也增加了企業(yè)的建設(shè)成本。而且長距離及繁瑣的布線，在出現(xiàn)事故的時候，很難進(jìn)行故障查找及解決，這又給企業(yè)在后期維護(hù)上帶來了很大的困難。而且分散的控制系統(tǒng)還有一個缺點(diǎn)就是難以實現(xiàn)各子模塊的互聯(lián)及互操作，無法真正實現(xiàn)信息的共享。

1.3???? 缺乏遠(yuǎn)程維護(hù)及故障的智能診斷功能

由于煤礦企業(yè)的各類設(shè)備大都應(yīng)用于礦井，隨著開采深度的加深，目前在我國的有些煤礦中，開采巷道綿延橫亙達(dá)數(shù)萬米，各類設(shè)備分散在其中，一旦出現(xiàn)了故障，大都依靠上級部門及廠家進(jìn)行故障查找及維護(hù)，缺乏遠(yuǎn)程的維護(hù)及故障的智能診斷，給煤礦企業(yè)的正常運(yùn)行帶來了很大的影響。遠(yuǎn)程維護(hù)及故障的智能診斷功能能夠及時診斷煤礦安全生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各類各類故障并能遠(yuǎn)程的進(jìn)行維護(hù)，其對提高煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率起到了很大的支持作用，也是目前煤礦企業(yè)需求及相關(guān)廠家研究開發(fā)的熱點(diǎn)所在。

二、煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)功能需求

在煤礦安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)圖中，一共設(shè)計了感知與控制層、信息集成層和管理決策與應(yīng)用層三個層次，這三個層次在其運(yùn)作過程中需滿足不同的功能要求，主要要求如下：

2.1???? 感知與控制層

根據(jù)煤礦井下系統(tǒng)的作業(yè)特點(diǎn)，本層主要包括兩層網(wǎng)絡(luò)，分別是骨干傳輸網(wǎng)及感知層網(wǎng)絡(luò)。

骨干網(wǎng)功能與要求：作為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的信息高速公路，骨干網(wǎng)為煤礦環(huán)境系統(tǒng)的監(jiān)控、語音及視頻信號的傳輸與管理等提供了通道。

知網(wǎng)功能與要求：主要是要求是建設(shè)無線感知網(wǎng)絡(luò)。礦山的地理信息采集、礦山生產(chǎn)與安全管理信息的采集、還有煤炭產(chǎn)品加工與運(yùn)銷等信息的采集均需要采用移動的感知網(wǎng)絡(luò)。

2.2???? 信息集成層

信息集成層由信息集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，該系統(tǒng)中的主要組成部分包括互為冗余的 I/O 服務(wù)器組、調(diào)度指揮控制中心以太網(wǎng)及數(shù)據(jù)服務(wù)器集群。其中服務(wù)器組通過1000M 工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)對全礦安全生產(chǎn)中的各類信息的傳輸、采集，然后將系統(tǒng)中的各類信息集成到控制中心，控制中心對各種智能信息進(jìn)行處理，比如信息挖掘和信息融合等。

2.3???? 管理決策與應(yīng)用層

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的管理決策與應(yīng)用層主要是由各種應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成。煤礦的各類相關(guān)信息在系統(tǒng)的中間層得到提升后，然后傳輸?shù)焦芾頉Q策及應(yīng)用層，該層獲取這些信息之后利用相關(guān)處理技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)地描述及控制礦山安全生產(chǎn)與運(yùn)營的全過程，進(jìn)而保證了煤礦整體的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、系統(tǒng)功能設(shè)計

煤炭安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用和功能是對煤礦作業(yè)過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、統(tǒng)計、分析和處理，提供基礎(chǔ)決策，為監(jiān)管部門提供實時、準(zhǔn)確、全面的信息，以提高其管理能力，確保煤礦安全生產(chǎn)。設(shè)計煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)要結(jié)合自動化技術(shù)的要求，配備設(shè)備傳感器，同時還要考慮系統(tǒng)的規(guī)范性和開放性。結(jié)合系統(tǒng)的功能要求以及基本框架結(jié)構(gòu)，確定系統(tǒng)設(shè)計的總體方案。目前設(shè)計的系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)由五個部分構(gòu)成，每個部分的功能如下所述：

（1） 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)：該系統(tǒng)的作用是傳輸煤礦作業(yè)中的網(wǎng)絡(luò)信息。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過 CAN 總線實現(xiàn)井上井下的信息傳遞，有效解決移動通信網(wǎng)絡(luò)的局限性問題。

（2） 用戶管理平臺：建立不同用戶的使用權(quán)限，通過身份驗證的方式實現(xiàn)不同權(quán)限用戶的資源與功能分配。

（3） 礦井監(jiān)控子系統(tǒng)：利用數(shù)據(jù)、趨勢圖、表格等內(nèi)容實現(xiàn)對井下作業(yè)情況的監(jiān)控，具體包括七項子功能。

（4） 專家子系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要用于處理突發(fā)事件，實現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案的制定、發(fā)布，并實時記錄落實情況。

（5） 綜合數(shù)據(jù)管理平臺：該平臺的主要功能是實現(xiàn)企業(yè)的門戶網(wǎng)站數(shù)據(jù)管理、實時數(shù)據(jù)管理、在線設(shè)備管理等。綜合數(shù)據(jù)管理平臺是監(jiān)測系統(tǒng)的管理層，能夠?qū)崟r存儲井下監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)信息。

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