王敏

摘要：煤礦瓦斯、CO、粉塵等濃度的高低會直接影響到礦井安全，為確保井下作業(yè)安全，為煤礦工作人員提供更加安全的工作環(huán)境，必須對煤礦瓦斯、CO、粉塵等濃度進行實時監(jiān)測。無線技術的快速發(fā)展為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的完善提供了良好契機，將無線技術應用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠實現(xiàn)對瓦斯、CO、粉塵等濃度的實時監(jiān)測，對保證礦井安全意義重大。文章簡要介紹了無線技術，分析了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及其研究現(xiàn)狀，對基于無線技術的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設計進行了討論研究。

關鍵詞：無線技術；煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)；研究現(xiàn)狀；系統(tǒng)設計

0 引言

利用煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠實時了解到井下瓦斯、CO、粉塵等濃度，并根據《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029—2007）、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術要求》（AQ6201—2006），將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩秶鷥?，避免因瓦斯、CO、粉塵等濃度過高而引發(fā)煤礦重大、特大瓦斯、煤塵爆炸事故，在造成人員傷亡的同時還制約了煤礦開采事業(yè)的發(fā)展，阻礙了我國經濟建設的步伐。從近幾年的煤礦事故來看，主要是煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)不夠完善造成的，難以對瓦斯、CO、粉塵等濃度形成有效的實時監(jiān)控，針對這種現(xiàn)象，必須加大煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究和開發(fā)力度。

1 無線技術的概括

無線技術的核心是傳感網技術，在利用無線技術進行通信時，通信信號會以電磁波的形式傳遞、擴散出去，信號在傳播過程中不受空間限制，可以在較短的時間內完成信號的發(fā)送和接受，且通信內容在傳遞過程中不會發(fā)生變化，能夠保證信息的完整性和準確性。無線技術不鋪設專門的電纜便可以完成通信，能夠根據用戶實際需求自由選擇終端節(jié)點的安放位置，安裝更加方便、快捷，同時還可節(jié)約網絡安裝和維護費用，已經被廣泛應用于多個領域中去。

2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)介紹及其研究現(xiàn)狀

2.1煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)介紹

我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)目前較多的采用有線通信方式，主要由上位計算機、井下分站和傳感網絡三部分組成，三部分設備依靠光纖電纜連接在一起，完成信息數(shù)據傳輸，其工作原理如圖1所示。上位計算機是整個系統(tǒng)的中樞部分，完成對系統(tǒng)運行的調控、信息數(shù)據的輸入、輸出以及儲存，將瓦斯?jié)舛鹊膭討B(tài)變化顯示出來，當濃度超過設定的安全范圍時便會發(fā)出警報，然后系統(tǒng)會發(fā)出命令對其區(qū)域內的動力電進行瓦斯電閉鎖，并對未來走向進行預測；井下分站主要是完成通信信息在上位計算機和傳感器之間的傳遞，起到信息數(shù)據傳輸?shù)募~帶和橋梁作用；傳感器是信號轉化裝置，在特定電壓和電流條件下，傳感器可以將物理信號轉化為易于傳輸?shù)碾娦盘?，使煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的通信更加方便、高效、準確。

2.2煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

根據煤礦瓦斯監(jiān)控方式的不同，可分為人工監(jiān)控及自動化監(jiān)控兩種，人工監(jiān)控是通過設置專門的人員對煤礦動態(tài)情況進行掌控，對其中容易出現(xiàn)事故的環(huán)節(jié)和因素進行處理，這種監(jiān)控方式工作效率較低，且容易因人為操作失誤或工作不認真影響監(jiān)控效果；自動化監(jiān)控是利用軟件及硬件設施對煤礦動態(tài)信息進行收集和分析，系統(tǒng)會根據信息內容作出相應的反應，有效提高工作效率和監(jiān)控水平，保證監(jiān)控的精準性。煤礦安全系統(tǒng)的通信方式包括有線通信和無線通信，其中有線通信方式受地下環(huán)境影響較大，所用到的傳感器都是固定的，通信電纜的鋪設難度較大，且后期維護和修理很不方便，當出現(xiàn)通信故障時很難及時進行控制和處理，加劇了故障問題的影響，不利于保證井下作業(yè)安全，同時工程成本也比較高；無線通信方式不受地下環(huán)境的限制，系統(tǒng)運行更加智能化，可有效節(jié)約人工和材料成本，當出現(xiàn)故障問題的時候，可以快速對其進行維修，保證測量的精準性。

3基于無線技術的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

3.1系統(tǒng)硬件設計

將無線技術應用于煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點的設置是系統(tǒng)硬件設計中的重點內容，主要由傳感器模塊、微處理器模塊、無線收發(fā)模塊、顯示模塊、報警模塊以及電源模塊六部分組成。在設置傳感器節(jié)點的時候首先要保證節(jié)點位置的準確性，進而才能完成數(shù)據的采集、傳遞與處理；其次還需要保證傳感器節(jié)點分布的密集型和科學性，對整個煤礦形成全面覆蓋，提高監(jiān)控系統(tǒng)的整體性和連通性。

（1）微處理器模塊

傳統(tǒng)微處理器模塊對單片機的處理不到位，受PC機結構影響較大，在應用無線技術之后，在微處理器模塊使用AT mega128L單片機，可以有效解決PC機結構對單片機的影響，在提高微處理器模塊運行效率的同時還能降低運行成本。

（2）無線收發(fā)模塊

系統(tǒng)通信信號的接收和發(fā)出都是由無線收發(fā)模塊完成的，該模塊屬于射頻集成電路，其中在進行節(jié)點設備射頻芯片設計時采用的是ZigBee技術，提高了收發(fā)信號的靈敏度，可以快速對信號做出反應，并且該技術下的收發(fā)信號具有較強的穩(wěn)定性和抗干擾能力，能夠在最大程度上保證信號的準確性和完整性。

（3）顯示和報警模塊

顯示模塊和報警模塊是聯(lián)合工作的，系統(tǒng)通過對煤礦動態(tài)情況進行監(jiān)控，當出現(xiàn)危險信號的時候可以將具體信息以及數(shù)據顯示出來，并利用報警器發(fā)出報警聲，同時LED信號燈也會發(fā)出紅光引起人們的注意，完成對危險信號的報警，進而及時采取有效的措施加以解決，排除存在的安全隱患。

3.2系統(tǒng)軟件設計

（1）系統(tǒng)程序設計

程序設計是軟件設計的重點，數(shù)據的傳輸以及網絡的維護主要是依靠匯聚點程序完成的。匯聚點可以與多個形式網絡節(jié)點進行連接，將系統(tǒng)中的所有數(shù)據匯總到一起，完成對數(shù)據的處理以及向下一級網路結構的傳遞。匯聚點程序在整個數(shù)據傳輸過程中起到連接作用，計算機數(shù)據處理中心與各個網絡節(jié)點之間的信息傳遞與反饋全都需要依靠匯聚點，是系統(tǒng)完成無線數(shù)據傳輸?shù)暮诵某绦颉?/p>

（2）網絡結構以及WSN通信協(xié)議

煤礦安全監(jiān)控難度較高，在應用無線監(jiān)控技術的時候，需要建立逐級傳遞的網絡結構，通過將系統(tǒng)網絡進行區(qū)域性的劃分，能夠實現(xiàn)對系統(tǒng)運行的全面調控，在提高監(jiān)控力度、保證監(jiān)控全面覆蓋方面起到了重要作用。利用逐級網絡結構形式，一個簇頭可以同時完成不同節(jié)點的信息傳輸及處理，使數(shù)據傳輸情況更加清晰明了，提高了數(shù)據傳輸效率，能夠實現(xiàn)更加理想的監(jiān)控效果。WSN是指無線傳感器網絡，由傳感器、監(jiān)控對象以及監(jiān)控人員三部分組成，在設置無線傳感器網絡時，需要根據礦井的開采進度進行相應的調整，為了保持與作業(yè)進度的同步性，可以在礦工身上安裝傳感器節(jié)點，保證監(jiān)測信息的時效性。

4 結束語

煤礦事故的頻發(fā)使人們越來越重視煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)性能，基于無線技術的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)彌補了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中的不足，提高了對瓦斯、CO、粉塵等濃度的監(jiān)控力度，能夠有效降低煤礦事故發(fā)生概率，在保證礦工生命安全方面起到了重要作用，利于我國煤礦開采事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻：

[1]李春麗.基于無線技術的煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].煤礦機械， 2015，36（5）：95-96.