鄭 立

(西山煤電馬蘭礦通風(fēng)區(qū)，山西 古交 030200)

0 引 言

煤炭資源在我國整個能源結(jié)構(gòu)體系中始終占據(jù)主力軍位置[1]。但由于煤礦開采環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)各類安全事故，對礦井工作人員的身體健康甚至生命構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2-3]。當(dāng)前階段，對煤礦生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)都提出了更高的要求[4-5]。基于此礦井中均設(shè)置了安全監(jiān)管系統(tǒng)，作用是對礦井內(nèi)的各項技術(shù)參數(shù)進行實時監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，避免小問題引發(fā)嚴(yán)重的安全事故[6]。

1 煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)整體方案設(shè)計

煤礦生產(chǎn)過程中對安全構(gòu)成威脅的因素是多方面的，在充分研究煤礦生產(chǎn)實際情況的基礎(chǔ)上，可以將這些因素劃分成為三大類，分別為人員安全、生產(chǎn)設(shè)備完全和環(huán)境安全。圖1所示為設(shè)計的煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)的整體方案示意圖。主要是利用各類傳感器和視頻監(jiān)控設(shè)備，對井下人員活動情況、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)和礦井環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，獲得對應(yīng)的文本、語音和視頻數(shù)據(jù)信息，利用工業(yè)以太網(wǎng)將采集得到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)轿挥诘孛娴臏y控中心。測控中心獲得數(shù)據(jù)信息后，將其存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，同時還需要將這些信息對具有權(quán)限的管理人員共享，最重要的是要對這些數(shù)據(jù)信息進行分析與處理，判斷礦井的工作狀態(tài)，保障煤礦生產(chǎn)安全。

圖1 煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)的整體方案示意圖

2 監(jiān)管系統(tǒng)主要硬件

設(shè)計的煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)主要包含三大子系統(tǒng)，分別為人員定位系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，以下對三大子系統(tǒng)分別詳細(xì)介紹。

2.1 人員定位系統(tǒng)

煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)最重要的是要確保井下人員的安全。因此人員定位系統(tǒng)是所有系統(tǒng)中最為重要的，如圖2所示為人員定位系統(tǒng)基本原理圖。礦井各個位置設(shè)置有固定標(biāo)簽，所有工作人員身上攜帶標(biāo)識卡。標(biāo)識卡和固定標(biāo)簽之間通過AP無線網(wǎng)絡(luò)建立聯(lián)系。通過標(biāo)簽可以獲取井下人員的位置信息，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)綔y控中心，對井下人員的具體位置進行分析判斷。除具備有以上功能外，通過人員定位系統(tǒng)，井上監(jiān)控人員還可以通過對講機對井下人員進行喊話，以便緊急情況下可以與井下人員進行溝通。系統(tǒng)檢測到的人員位置信息會在測控中心監(jiān)控大屏上實時顯示，管理人員可以通過監(jiān)控大屏實時掌握所有人員的具體位置。日常管理中可以利用人員定位系統(tǒng)開展考勤工作，緊急情況下可以利用系統(tǒng)開展應(yīng)急救援工作。

圖2 人員定位系統(tǒng)基本原理圖

2.2 生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

對主要煤礦開采設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測是確保煤礦生產(chǎn)設(shè)備安全的重要措施和手段。為了確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性，對于位置基本固定的機械裝備，比如帶式輸送機、通風(fēng)機等，通過有線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，對于需要不斷移動的機械裝備，比如采煤機、掘進機等，則通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸。需要采集的數(shù)據(jù)信息主要包含兩方面，其一為機械裝備的用電數(shù)據(jù)，比如供電電壓、電流及功率等；其二為關(guān)鍵機械零部件的運行狀態(tài)，比如軸承溫度、電機溫度等?？紤]到礦井機電設(shè)備數(shù)量較多，需要對每個機電設(shè)備設(shè)置監(jiān)控子系統(tǒng)。尤其是對于一些關(guān)鍵的機電設(shè)備，比如通風(fēng)機，必須實現(xiàn)實時監(jiān)測功能。所有監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)信息需要傳輸?shù)降孛鏈y控中心進行分析處理，以判斷設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常。

2.3 環(huán)境參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)

礦井工作環(huán)境非常復(fù)雜，內(nèi)部包含有大量的粉塵、瓦斯、CO等有毒有害氣體，這些氣體輕則影響井下工作人員身心健康，重則引發(fā)火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重的安全事故，威脅工作人員的生命安全。安全監(jiān)管系統(tǒng)主要是在礦井工作面、巷道、避難硐室等位置設(shè)置不同類型的傳感器，通過傳感器對井下相關(guān)的環(huán)境參數(shù)，比如風(fēng)速、瓦斯?jié)舛?、CO濃度、氣體壓力、溫度等進行監(jiān)測。傳感器檢測得到的數(shù)據(jù)信息通過井下分站以及工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)降孛鏈y控中心。測控中心對數(shù)據(jù)信息進行分析后，如果技術(shù)參數(shù)發(fā)現(xiàn)存在超標(biāo)現(xiàn)象，則立即發(fā)出聲光警報，以提示井下及井上工作人員。與此同時，還可以通過遠(yuǎn)程控制手段，啟動瓦斯閉鎖、風(fēng)電閉鎖，故障閉鎖等保護措施，對井下采煤機械裝備進行斷電處理。圖3所示為主要環(huán)境參數(shù)傳感器型號及技術(shù)參數(shù)，所有傳感器均為本質(zhì)安全型設(shè)備，能夠適應(yīng)礦井復(fù)雜的工作環(huán)境。

圖3 主要環(huán)境參數(shù)傳感器型號及技術(shù)參數(shù)

3 系統(tǒng)實踐應(yīng)用

基于上述整體設(shè)計方案及各子系統(tǒng)的設(shè)計思路，利用C#語言作為開發(fā)工具得到了煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)，如圖4所示為煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)的登錄界面。

圖4 煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)的登陸界面

將系統(tǒng)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)實踐中，對各項功能進行測試，取得了很好的實踐應(yīng)用效果，在保障礦井安全方面發(fā)揮著非常重要的作用。安全監(jiān)管系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能主要包含以下幾個方面：

(1) 井下人員的定位與考勤。利用安全監(jiān)管系統(tǒng)可以對井下所有工作人員的位置進行實時監(jiān)控。所有進入礦井的人員全部攜帶標(biāo)識卡，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)準(zhǔn)確獲知人員的位置信息。位置信息傳輸?shù)綔y控中心后會實時顯示到監(jiān)控屏幕中，系統(tǒng)會記錄所有人員的行動軌跡，作為礦井管理時的考勤依據(jù)，更重要的是一旦礦井出現(xiàn)緊急情況就可以調(diào)用數(shù)據(jù)，以便更好的開展應(yīng)急救援工作。

(2) 瓦斯、粉塵、煤塵濃度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測與預(yù)警。安全監(jiān)管系統(tǒng)利用各類傳感器可以對礦井中的各項環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，服務(wù)器對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息進行存儲分析，利用內(nèi)置算法對礦井內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)做出綜合預(yù)判。一旦發(fā)現(xiàn)礦井環(huán)境存在安全隱患則會做出對應(yīng)的報警和預(yù)警，以提示井下工作人員做好防范措施。如果危險等級較高時，系統(tǒng)會觸發(fā)安全機制，切斷井下采煤裝備供電，防止發(fā)生瓦斯爆炸等安全事故。

(3) 煤礦生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控。系統(tǒng)可以對主要的煤礦生產(chǎn)機械裝備，如采煤機、掘進機、刮板輸送機、帶式輸送機等的運行工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控。能及時發(fā)現(xiàn)機械裝備運行中存在的各類安全隱患并及時排除，防止小問題引發(fā)嚴(yán)重的安全事故，有效規(guī)避了煤礦生產(chǎn)過程中由于設(shè)備導(dǎo)致的各類安全問題。

4 結(jié) 語

當(dāng)前階段，國家層面越來越重視煤礦安全問題，很多煤礦企業(yè)均結(jié)合煤礦實際情況了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)對礦井進行綜合監(jiān)測。本文在充分結(jié)合煤礦安全方面的實際需求的基礎(chǔ)上。對煤礦安全監(jiān)管系統(tǒng)進行了設(shè)計，并將其應(yīng)用到煤礦工程實踐中。通過該系統(tǒng)中設(shè)置的各類傳感器可以對礦井中的人員、設(shè)備和環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，基于控制器可對上述參數(shù)進行分析，從而達到監(jiān)控的目的。安全監(jiān)管系統(tǒng)的實踐應(yīng)用是提升礦井安全生產(chǎn)的重要舉措，值得其它礦井借鑒。