耿志忠

（山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)監(jiān)測監(jiān)控中心，山西 忻州 036000）

計(jì)算機(jī)的處理能力、操作系統(tǒng)的功能、界面也在隨之不斷的更新，軟件越來越人性化、功能越來越豐富，統(tǒng)計(jì)監(jiān)測各類危害氣體等數(shù)據(jù)越來越精準(zhǔn)。為了將新技術(shù)引入到煤礦安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)，提高煤礦安全監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的易用性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性以及數(shù)據(jù)等共享性，潞寧煤礦引進(jìn)KJ83N（A）煤礦數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)，用于煤礦或非煤礦井下各種有害氣體及頂板壓力的動(dòng)態(tài)監(jiān)測監(jiān)控使用。

1 煤礦數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦和煤礦工人生命安全忠實(shí)的“保護(hù)神”。

千里鼻：能聞到井下瓦斯、一氧化碳等危險(xiǎn)氣體的濃度。

千里耳：能聽到井下設(shè)備開停、風(fēng)速、風(fēng)量、壓力等。

千里眼：能看到井下人員移動(dòng)、風(fēng)門狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)等。

千里手：在瓦斯超限等緊急狀態(tài)下，能用無形之手，代替人們自動(dòng)實(shí)施拉閘斷電等控制行為。

KJ83N（A）煤礦數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)主要是監(jiān)測、監(jiān)控礦井下各種有害氣體及各種機(jī)電設(shè)備的工作狀態(tài)，如井下的甲烷、一氧化碳、氧氣、煙霧、粉塵、風(fēng)速、溫度、頂板壓力、主備扇風(fēng)機(jī)的負(fù)壓以及局部通風(fēng)機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)、開關(guān)、磁力啟動(dòng)器等運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)等。運(yùn)行的系統(tǒng)平臺包括Windows XP、2003系統(tǒng)。

KJ83N（A）煤礦數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)包含兩方面功能，一是監(jiān)，即監(jiān)測；二是控，即控制。兩者相輔相成，互相依存。監(jiān)測信息的測量、傳遞和顯示，它為控制提供依據(jù)。控制，是依據(jù)監(jiān)測提供的信息自動(dòng)對目標(biāo)實(shí)施行為控制，是監(jiān)測的目的之一。

圖1 KJ83N(A)安全監(jiān)控系統(tǒng)圖

KJ83N（A）安全監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心站、CAN轉(zhuǎn)以太網(wǎng)設(shè)備、調(diào)職解調(diào)器、井下分站、各種礦井傳感器、礦井機(jī)電設(shè)備以及KJ83N（A）安全監(jiān)控軟件組成，整個(gè)系統(tǒng)搭的簡單組成如圖1所示。

2 工作特性

KJ83N(A)煤礦數(shù)字安全監(jiān)控系統(tǒng)，其軟件具有以下特性：

煤礦前端軟件：是基于單機(jī)版的軟件。整套軟件是由兩大部分組成：基于CS桌面系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集中心站軟件（信息接收系統(tǒng)軟件構(gòu)架如圖2所示）、基于BS結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)分析展示系統(tǒng)設(shè)置等一系列的監(jiān)控軟件（網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架如圖3所示）。

圖2 信息接收系統(tǒng)軟件構(gòu)架

圖3 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)架

軟件網(wǎng)絡(luò)通訊底層采用Windows面向連接的套接字通訊技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)通訊更加穩(wěn)定安全可靠。數(shù)據(jù)庫采用 SqlServer（2000、2005、2008）其中的任意一個(gè)版本，便于二次開發(fā)和數(shù)據(jù)資源功能等。監(jiān)測點(diǎn)超限可一控多、多控一，不同分站間互相控制與手動(dòng)控制，可用軟件測點(diǎn)定義來實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的邏輯控制功能。超上限控制、超下限控制靈活選擇。開關(guān)量測點(diǎn)可控制斷電便于實(shí)現(xiàn)風(fēng)電閉鎖，查看任意時(shí)間段內(nèi)的測點(diǎn)變化趨勢和曲線等，用戶可以自由定制報(bào)表格式。

3 人員管理定位系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 方案設(shè)計(jì)

3.1.1 可伸縮的系統(tǒng)構(gòu)架

為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可伸縮性能，同時(shí)提供對二層次傳統(tǒng)Client/Server模型以及三層次Browser/Server模型的支持，系統(tǒng)將整個(gè)軟件系統(tǒng)從邏輯上重新劃分為通訊處理平臺、數(shù)據(jù)庫中心、Web應(yīng)用服務(wù)器、綜合處理客戶端四個(gè)基本構(gòu)件。根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求，這四個(gè)基本構(gòu)件可以安裝在同一臺物理機(jī)器上，也可以分別安裝在不同的機(jī)器上或進(jìn)行冗余配置。為了實(shí)現(xiàn)不同地域不同人員對系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)使用要求，通過綜合處理客戶端或通用瀏覽器就能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的多源并發(fā)訪問。

3.1.2 設(shè)備布置

根據(jù)圖紙配置井下讀卡分站及識別器的安裝。

讀卡分站布置位置考慮取電方便，就近能接入最多識別器，節(jié)省最多線纜的原則。

動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別器的布置原則為：

1）主副井口安裝目標(biāo)識別器，監(jiān)測下井人員信息，并作為上下井的考勤依據(jù)；

2）井下機(jī)電硐室安裝動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別器，監(jiān)測進(jìn)入井下各機(jī)電硐室重要區(qū)域的人員，設(shè)置準(zhǔn)入規(guī)則，限制人員進(jìn)入報(bào)警；

3）井下皮帶運(yùn)輸巷、輔助運(yùn)輸巷、行人巷、進(jìn)風(fēng)行等地方拐角以及重要區(qū)域設(shè)置動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別器，監(jiān)測路過人員信息；

4）井下回風(fēng)巷、專用排瓦斯巷入口設(shè)置動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別器，工作人員進(jìn)入該區(qū)域報(bào)警；

5）井下炸藥庫、無軌膠輪車加油硐室等特殊地點(diǎn)安裝動(dòng)態(tài)目標(biāo)識別器，設(shè)置準(zhǔn)入規(guī)則，限制人員進(jìn)入報(bào)警。

3.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能及其性能

RSSI是目前Zigbee和WiFi網(wǎng)絡(luò)采用的主要定位方法，它依據(jù)無線信號的傳輸損耗模型計(jì)算移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與錨節(jié)點(diǎn)間的距離[1]，大尺度對數(shù)距離傳輸損耗模型如下式表述：

式中：Pr（d）為與發(fā)射點(diǎn)距離為d處的接收信號強(qiáng)度表達(dá)式，dB·m；A0為該節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率；γ0為自由空間路徑損耗指數(shù)，γ0=2；d0為接收功率的參考點(diǎn)；γ為實(shí)際的路徑損耗指數(shù)；Xσ為零均值的高斯分布隨機(jī)變量，標(biāo)準(zhǔn)偏差為σ，σ越大，表示模型的不確定性越大[2-3]。

無線信號的傳輸損耗模型受環(huán)境影響大，尤其在傳播模型復(fù)雜的煤礦井下，點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸損耗無法統(tǒng)一建模，往往必須依靠增加錨節(jié)點(diǎn)的密度通過全局優(yōu)化算法來控制定位誤差[4]。

為了支持精確定位系統(tǒng)必備的實(shí)時(shí)地理跟蹤功能，實(shí)現(xiàn)礦井地圖的顯示、放大、縮小、平移和導(dǎo)航等，系統(tǒng)在解析AUTODESK公司DWG格式文件的基礎(chǔ)上，在非AUTOCAD環(huán)境下構(gòu)建了一個(gè)輕量級的GIS平臺，為人員與設(shè)備精確位置監(jiān)測提供地理信息和圖形界面支撐。定位演示圖如圖4所示。

圖4 定位演示圖

4 瓦斯監(jiān)控管理內(nèi)容

4.1 采掘生產(chǎn)系統(tǒng)監(jiān)控管理

在瓦斯抽放監(jiān)控領(lǐng)域，經(jīng)過長時(shí)間的努力，研制“V”錐流量計(jì)（具體比較見表1），含管道溫度、壓力監(jiān)測，一個(gè)傳感器相當(dāng)于3個(gè)傳感器，綜合性能優(yōu)越。在數(shù)字化的采掘工程平面圖上對采煤工作面和掘進(jìn)工作面的適時(shí)位置進(jìn)行活化處理，根據(jù)其推進(jìn)度按時(shí)更新，系統(tǒng)將根據(jù)其更新的適時(shí)位置線對推進(jìn)前方影響區(qū)域內(nèi)瓦斯情況進(jìn)行分析、評價(jià)、預(yù)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警。

表1 多種流量計(jì)的綜合性能比較

4.2 監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控管理

監(jiān)測系統(tǒng)以采掘工程平面圖為基準(zhǔn)，新建管道紅外甲烷濃度傳感器（具體性能比較表2所示）及必備的監(jiān)控內(nèi)容，設(shè)計(jì)有傳感器說明牌、傳感器監(jiān)測表，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行定性、定量分析、評價(jià)的監(jiān)測表，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測傳感器的定位管理，對監(jiān)測數(shù)據(jù)、監(jiān)控區(qū)域的預(yù)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警，判斷更直接、快速。

表2 性能比較表

4.3 瓦斯地質(zhì)信息監(jiān)控管理

瓦斯地質(zhì)以采掘工程平面圖為基準(zhǔn)，劃出高瓦斯區(qū)、高瓦斯帶、突出威脅區(qū)、突出危險(xiǎn)區(qū)，隨采掘工作面推進(jìn)按監(jiān)測表要求，隨時(shí)進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警。

5 結(jié) 語

KJ83N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了煤礦各類環(huán)境和生產(chǎn)參數(shù)的監(jiān)測與顯示、報(bào)警與控制及瓦斯管理的監(jiān)測與顯示，并能在井下進(jìn)行人員定位，實(shí)現(xiàn)了井下多系統(tǒng)信息共享、數(shù)據(jù)共纜傳輸和局部環(huán)境的自動(dòng)化控制。