关于矿井全方位环境安全监测控制技术的研究与应用

关于矿井全方位环境安全监测控制技术的研究与应用
矿井信息化建设过程中，井下环境安全智能监测是必不可少的一环，为生产系统提供了保障。

安全监测监控系统由地面中心站、调制解调器、井下工作站、各种矿用传感器、上位机软件组成。

井下工作站、各种矿用传感器安装在煤矿井下具有粉尘、有害气体的危险环境中，对煤矿井下环境、火灾、通风设施等各方面的安全生产信息进行实时监测与数据预处理，根据服务器预先给定的限值去控制报警与断电，并将安全生产信息传送到地面中心站。

各种信息经服务器再次分析加工后，显示给地面工作人员，并可将某些必要的控制信息传送给井下分站，对井下设备实施控制，从而能够准确、全面地掌握环境情况，达到对灾害事故早期预测、预报以及对事故进行必要的处理的目的。

标签：矿井;信息化;安全监测;控制
一、物联网环境下的煤矿安全监控系统架构
煤矿安全监控系统工作过程可分为4个阶段：
（1）系统部件发现阶段。

传感器、执行器、控制器自动进入系统，向井上主站报告其入网，同时将自身的类型、ID、量程等信息传送给管理主机。

（2）系统组态阶段。

系统管理员可以根据实际需要将多个传感器、多个执行器和1个控制器组合成逻辑分站，传感器和执行器可以同时属于多个逻辑分站，这样煤矿安全监控系统最复杂的交叉控制即可在1个逻辑分站的控制域内实现。

给各控制注入相应的控制脚本，可最大限度地使系统控制功能獨立于主站执行，从而缩短控制信息传输距离，加快系统控制速度，减少对主站的过分依赖。

（3）系统运行阶段。

井上主站接收各部件发来的信息，进行信息的显示、存储、统计，利用安全灾害云服务进行预警预测。

（4）系统重构阶段。

一旦出现煤矿灾害，可能对煤矿安全监控系统的某些部件造成损害。

在传统系统中，如果分站结构被破坏，则设定的系统功能将无法完成：而物联网环境下的系统可以利用自组态技术迅速恢复系统功能，保证安全。

煤矿安全监控系统传感器使用无线技术，执行器具有开关量输入功能，控制监测的连续性。

煤矿安全监控系统传感器使用无线技术，执行器具有开关量输入功能，控制器采用冗余布置。

感知层实现监控信息采集和就地控制功能，实现信息的统一感知。

网络层为传感器、执行器和控制器提供信息传输服务，实现信息的统一传输。

物联网环境下的煤矿安全监控系统中各种应用需架构在一个应用平台上。

使得各种传感器、执行器及子系统能够方便灵活地接入煤矿安全生产物联网系统，从而能方便快捷地部署所需要的逻辑应用子系统，满足煤矿动态部署、流动作业的需求。

应用层实现各种用户应用。

云计算层为用户应用提供强大的运算能力和预警
决策功能支撑。

二、系统设备简介
安全监控系统主要由系统主机中心站、核心交换机、隔爆本安环形网络通讯接口、监控分站、传感器组成，中心站设在矿调度室，值班人员严格执行24小时值班制度，系统配置两台主机，一台使用，一台备用，具备双机热备功能，当主机出现故障时，能够自动切换到备机工作，保证数据正常传输，与矿务局实现了数据联网上传，安全监控机房实现双回路供电，备有UPS电源1台，当电网停电后能够继续工作4小时以上，值班电话具备录音功能。

中心站安装可靠的接地、避雷装置，系统装备防火墙等网络安全设备，确保系统稳定可靠。

安全监控系统主机、核心交换机、网络通讯接口、监控分站之间使用光缆连接通过千兆环网进行系统传输，并上传至监控中心。

监控分站与传感器采用数字化传输，实现了一条四芯通讯线缆最多可带12台传感器。

安全监控系统主要有以下关键设备：
（1）安全监控分站：采用一体式设计，电源、通讯、备用电池三合一，可接入12台传感器（数字量和开关量任意接入，5路断电输出，支持数字传感器现场标校自动设置;支持无线传感器接入;主芯片采用ARM和嵌入式uCOSIl操作系统，屏幕采用彩色液晶屏，支持红外遥控断电;分站至交换机采用百兆光口通信，传输距离可达10km。

（2）激光甲烷传感器：GJG100J激光甲烷传感器采用目前国际最先进的可调谐激光吸收光谱技术，利用甲烷特性气体对应的独立吸收波长进行测量，该传感器不受水汽影响，在传感器内置标准气体，利用光路可分析特性，实现了传感器实时自校准功能，具有调校周期长，不受井下其他气体影响等优点。

（3）低浓度甲烷传感器：将频率信号升级为数字信息，同时具备多级别报警，可根据甲烷气体浓度大小、报警时长来达到不同级别的报警。

（4）一氧化碳传感器：将频率信号升级为数字信息，同时具备多级别报警，可根据气体浓度大小、报警时长来达到不同级别的报警，该传感器与温度传感器合二为一，还可实现温度的实时监测。

（5）温度传感器：频率信号升级为数字信息，同时具备多级别报警，可根据温度大小、报警时长来达到不同级别的报警。

（6）粉尘传感器：在采煤工作面回风巷安设粉尘传感器，利用安全监控系统粉尘传感器超限断电功能来控制工作面回风流中的净化水幕，当回风流中粉尘超过一定浓度时，利用监控系统异地控制功能，自动开启喷雾降尘。

（7）漏电馈电器：将断电及馈电两种传感器合二为一，在有源馈电电源电
压等级可达到660V（AC），个别地方需监测1140V（AC）只需要加上一台干式变压器即可实现监测要求，该设备能有效的解决目前普通馈电传感器受井下屏蔽电缆影响导致的馈电状态监测不准的问题。

三、系统功能介绍
系统可实现以下八种监测功能
具有数字传感器和各项设备的信息收集功能。

具有多样的数据信息显示功能。

具有数据实时处理分析功能。

支持数据、开关量状态的模拟盘显示，保证系统的监测实时性。

具有报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能。

具有自诊断功能。

具有井下不间断电源综合管理功能。

具有操作权限管理功能。

结语：安全监测取得了良好的效果：（1）增强了矿井自动化和智能化程度。

系统建成后，矿井实现了自动监控集中处理、智能监控的矿井监测监控体系，实现了信息集中化，减少了人员的使用，提高了整个矿井生产系统的自动化和智能化。

（2）实现了矿井图形化、可视化、模块化管理。

系统可将所检测到的数据利用表格、图像、视频等方式展现出来，监控人员可以对数据进行可视化操作，智能读取，降低了操作难度，提升了监测监控效率（3）提升了矿井生产的安全性。

系统可以有效地对瓦斯、一氧化碳等有毒有害气体进行检测预警，防止了矿井灾害对工人的人身安全造成伤害;可以有效的对井下各个工序进行监控监管，实时监测各设备的各项参数，当设备发生故障时，系统可以及时地进行了断电等应急处理并将问题反馈给相关工作人员，提高了整个生产系统的安全性;可以对人员进行实时定位，对各工序进行可视化监控，防治了意外事故的发生。

（4）建立了完善的矿井数据库。

系统可精确地、系统地对井下各项数据进行采集并储存，收集上来的数据由矿井的大数据分析系统进行快速的处理、分类，建立了完善的矿井数据库，为之后矿井各项问题的解决提供了完善的数据基础。

参考文献：
[1]乔晓梅.煤矿安全环境监测系统设计[J].煤炭技术，2014（1）：14.
[2]祁和刚.大型煤炭矿区绿色开发的实践与思考[J].煤炭科学技术，2014（1）：5.。