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摘要:近年來，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮著愈加重要的作用。安全監(jiān)控系統(tǒng)存在著無法精確定位井下人員位置、缺乏井下三維空間模型、傳感器性能不夠穩(wěn)定等問題。井下人員精確定位技術、構建三維可視化模型、多系統(tǒng)融合、有效挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)及煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術等是改進煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要手段。

關鍵詞:煤礦安全;監(jiān)測監(jiān)控;傳感器;災害預警;物聯(lián)網(wǎng)

隨著我國煤炭資源開發(fā)逐漸向深水平進展，地質條件愈加復雜，煤礦安全管理難度隨之增加。煤炭行業(yè)通過研究重點技術、提高集約化生產(chǎn)程度，顯著改善了安全生產(chǎn)形勢。先進、可靠的安全監(jiān)測監(jiān)控技術能夠了解井下人員的分布狀況、機械設備的運轉情況及預防動力災害的發(fā)生，保證煤炭高效開采。為了實現(xiàn)煤炭工業(yè)十三五科技發(fā)展規(guī)劃，煤炭系統(tǒng)應當加大對煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控技術的研究力度。

1煤礦監(jiān)控技術現(xiàn)狀

1．1井下員工定位技術

目前，井下人員定位系統(tǒng)由副井罐籠處、井底車場、集中運輸大巷、采區(qū)出入口設置的分站組成。在企業(yè)層面，該系統(tǒng)便于調度室統(tǒng)計各工種作業(yè)人員考勤情況，保證員工的出勤次數(shù);在政府監(jiān)管層面，該系統(tǒng)使各級煤監(jiān)局實時掌握所轄煤礦井下人員數(shù)量，有效遏制超員生產(chǎn);在應急救援層面，該系統(tǒng)可以確定受困員工的具體范圍，減少事故的死亡人數(shù)。然而GPS信號井下傳輸能量衰減大，無線傳輸會受到巷道拐彎、分支的影響，信號不能完全覆蓋井下作業(yè)區(qū)域，從而形成了大面積盲區(qū)。

1．2缺乏井下三維空間模型

煤礦在煤炭開采過程中，獲取了大量的地測、一通三防、礦山壓力等現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如果將這些數(shù)據(jù)融合起來，將會形成一個有效的安全信息管理系統(tǒng)，為經(jīng)營管理層決策提供一個重要參考。

1．3傳感器性能不穩(wěn)定

井下環(huán)境潮濕、粉塵含量高、含有腐蝕性氣體，造成傳感器元件、電路等接觸不良、容易氧化，降低元件的可靠性。井下復雜的電磁場會影響傳感器的正常工作。一些傳感器一致性差，容易受到其他氣體干擾。當傳感器進水、受到井下振動作業(yè)影響時，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)會失真。傳感器經(jīng)常由于安裝地點不合理，導致其不能有效監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1．4安全監(jiān)控設備兼容性低

目前，部分煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術要求較低，不適宜現(xiàn)場安全生產(chǎn)。安全監(jiān)控系統(tǒng)的通信協(xié)議不統(tǒng)一，不同廠家設備在傳輸數(shù)據(jù)時很難做到有效互換。監(jiān)控設備監(jiān)測礦井數(shù)據(jù)時，可以修改或刪除超限數(shù)據(jù)，導致傳感器安全作用喪失。

2煤礦監(jiān)控技術發(fā)展方向

2．1井下員工精確定位技術

井下定位系統(tǒng)的無線技術是由短距離、低傳速向遠距離、高傳速發(fā)展。定位系統(tǒng)采用藍牙、RFID技術，井下無線節(jié)點向礦工攜帶的智能終端發(fā)送RSSI值，RSSI值最終會傳送到井上控制中心，可以根據(jù)相應的算法確定人員位置。未來的井下定位系統(tǒng)具有高魯棒性與較好的自組網(wǎng)能力

2．2構建三維可視化礦井模型

通過3DGIS把煤礦大量的空間參數(shù)和與之對應的屬性參數(shù)結合起來，進行礦井三維建模和三維可視化表達。該模型中含有煤層賦存、頂?shù)装鍘r性、皮帶運輸、監(jiān)測監(jiān)控、采掘進尺、水泵排水、通風機運行情況、供電線路敷設等現(xiàn)場信息。

2．3多系統(tǒng)融合

多系統(tǒng)融合分為分站級融合、鏈路級融合和數(shù)據(jù)級融合。分站使用ARM處理器，將不同系統(tǒng)的監(jiān)控設備通過各自物理鏈路接入融合分站的不同的通信接口中，從而實現(xiàn)多系統(tǒng)分站級融合。鏈路級融合是把不同系統(tǒng)的設備通過同一條鏈路接入融合分站，數(shù)據(jù)經(jīng)各系統(tǒng)的程序處理后發(fā)送至各自監(jiān)控主機。鏈路級融合能夠減少電纜、無線接口設備數(shù)量。數(shù)據(jù)級融合可以實現(xiàn)跨系統(tǒng)共享參數(shù)。當某一系統(tǒng)安裝該參數(shù)傳感器后，其他系統(tǒng)可以通過地面融合軟件獲得該參數(shù)。多系統(tǒng)融合可以避免系統(tǒng)的重復構建并降低運維成本。

2．4煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術

為了確保現(xiàn)場監(jiān)測監(jiān)控機電設備的可靠性，避免因使用偽劣礦用機電零部件引起事故，煤礦企業(yè)需要采用物聯(lián)網(wǎng)技術管理監(jiān)測監(jiān)控零部件。物聯(lián)網(wǎng)技術可以優(yōu)化采購、儲存、運輸、維護等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)全礦井動、靜態(tài)管控。

2．5有效挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)

井下分站與地面中心站之間傳輸?shù)男畔⒏臑樘崆皦嚎s好的數(shù)據(jù)，以達到提高傳輸速率的目的。監(jiān)控系統(tǒng)要重視采集數(shù)據(jù)變化量的比對工作，這樣可以預防瓦斯、火災等礦山災害。未來的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)不再由某一個公司構建，而是由相互獨立的多個公司兼容式開發(fā)。云計算將會成為未來數(shù)據(jù)存儲架構的主流模式，為綜合分析地質參數(shù)提供基礎。

3結語

我國數(shù)字化礦山建設已經(jīng)取得了初步成效，但仍然存在安全監(jiān)控標準不規(guī)范、大數(shù)據(jù)挖掘不充分、傳感器性能不穩(wěn)定等技術薄弱問題。引入人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、微電子、數(shù)據(jù)通信、計算機、自動化、射頻識別等新興技術，可以帶動煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控技術快速發(fā)展。高性能的安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠監(jiān)測生產(chǎn)環(huán)節(jié)，預防瓦斯、火災等煤礦重大災害事故，以達到自動化生產(chǎn)、精細化管理、科學化決策的效果。只有找準煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展方向，才能保障煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。

參考文獻:

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作者:梁博森 單位:山東科技大學