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煤矿安全监测系统研究

作者:陈旺 刘雷 李广照 来源:科学与财富 202021期 时间:2020-11-19

摘 要:我国目前约有2.5万个煤矿,而且这些煤矿的地理环境大都比较复杂,采用的基本也是地下开采,矿井环境中多伴随着瓦斯突出、粉层过量、热害等问题,各种不安全因素严重...

  摘 要:我国目前约有2.5万个煤矿,而且这些煤矿的地理环境大都比较复杂,采用的基本也是地下开采,矿井环境中多伴随着瓦斯突出、粉层过量、热害等问题,各种不安全因素严重的威胁着煤矿员工的安全及煤矿企业的安全运作。随着物联网技术的出现,实现了对煤矿现场数据的实时采集,并通过数据网络传送到监控中心,进而实现了监控中心对相关的基础设施及环境数据进行有效的监控。基于此,本文对煤矿安全监测系统进行研究分析,为煤矿安全生产保驾护航。

  關键词:煤矿;安全监测系统;物联网

  一、煤矿安全监测系统现状

  1.1产品监控对象单一

  在进入21后,各类软件公司开发出了针对不同监控对象的产品,但是这些企业开发的产品监控对象依旧比较单一,比如深圳爱迪尔电子有限公司开发的煤矿安全监察管理系统主要监控对象是煤矿安全巡检人员;北京中科辅龙科技股份有限公司开发的龙驭煤矿安全监控管理系统主要监控的是煤矿各类安全隐患,包括员工的违规操作、瓦斯粉尘等。产品监控对象单一,这就限制了企业综合自动化水平的提高,对监控对象的丰富与综合,也是目前国内煤矿监控技术研究的重点问题。

  1.2???? 建设及维护成本高

  分散控制系统虽然提高了煤矿安全监控的自动化化水平,但是其在建设及维护过程中存在的问题仍然很多,给用户的使用及维护带来了很多困难。安全监测控制系统采取了分层的结构,但是我们也能清楚的看到在每一个监控分站下面需要接接十几条甚至几十条监控电缆去连接各类控制器及传感器,布线长而复杂,这就大大的增加了布线的难度,也增加了企业的建设成本。而且长距离及繁琐的布线,在出现事故的时候,很难进行故障查找及解决,这又给企业在后期维护上带来了很大的困难。而且分散的控制系统还有一个缺点就是难以实现各子模块的互联及互操作,无法真正实现信息的共享。

  1.3???? 缺乏远程维护及故障的智能诊断功能

  由于煤矿企业的各类设备大都应用于矿井,随着开采深度的加深,目前在我国的有些煤矿中,开采巷道绵延横亘达数万米,各类设备分散在其中,一旦出现了故障,大都依靠上级部门及厂家进行故障查找及维护,缺乏远程的维护及故障的智能诊断,给煤矿企业的正常运行带来了很大的影响。远程维护及故障的智能诊断功能能够及时诊断煤矿安全生产环节的各类各类故障并能远程的进行维护,其对提高煤矿企业的生产效率起到了很大的支持作用,也是目前煤矿企业需求及相关厂家研究开发的热点所在。

  二、煤矿安全监测系统功能需求

  在煤矿安全物联网监控系统图中,一共设计了感知与控制层、信息集成层和管理决策与应用层三个层次,这三个层次在其运作过程中需满足不同的功能要求,主要要求如下:

  2.1???? 感知与控制层

  根据煤矿井下系统的作业特点,本层主要包括两层网络,分别是骨干传输网及感知层网络。

  骨干网功能与要求:作为煤矿安全监控系统的信息高速公路,骨干网为煤矿环境系统的监控、语音及视频信号的传输与管理等提供了通道。

  知网功能与要求:主要是要求是建设无线感知网络。矿山的地理信息采集、矿山生产与安全管理信息的采集、还有煤炭产品加工与运销等信息的采集均需要采用移动的感知网络。

  2.2???? 信息集成层

  信息集成层由信息集成网络系统组成,该系统中的主要组成部分包括互为冗余的 I/O 服务器组、调度指挥控制中心以太网及数据服务器集群。其中服务器组通过1000M 工业以太网实现对全矿安全生产中的各类信息的传输、采集,然后将系统中的各类信息集成到控制中心,控制中心对各种智能信息进行处理,比如信息挖掘和信息融合等。

  2.3???? 管理决策与应用层

  煤矿安全监控系统的管理决策与应用层主要是由各种应用软件系统组成。煤矿的各类相关信息在系统的中间层得到提升后,然后传输到管理决策及应用层,该层获取这些信息之后利用相关处理技术实现动态地描述及控制矿山安全生产与运营的全过程,进而保证了煤矿整体的稳定运行。

  三、系统功能设计

  煤炭安全监测系统的主要作用和功能是对煤矿作业过程中所产生的数据进行收集、统计、分析和处理,提供基础决策,为监管部门提供实时、准确、全面的信息,以提高其管理能力,确保煤矿安全生产。设计煤矿安全监测系统要结合自动化技术的要求,配备设备传感器,同时还要考虑系统的规范性和开放性。结合系统的功能要求以及基本框架结构,确定系统设计的总体方案。目前设计的系统基本结构如图1所示。

  系统由五个部分构成,每个部分的功能如下所述:

  (1) 网络传输系统:该系统的作用是传输煤矿作业中的网络信息。以物联网技术为基础,通过 CAN 总线实现井上井下的信息传递,有效解决移动通信网络的局限性问题。

  (2) 用户管理平台:建立不同用户的使用权限,通过身份验证的方式实现不同权限用户的资源与功能分配。

  (3) 矿井监控子系统:利用数据、趋势图、表格等内容实现对井下作业情况的监控,具体包括七项子功能。

  (4) 专家子系统:该系统主要用于处理突发事件,实现应急预案的制定、发布,并实时记录落实情况。

  (5) 综合数据管理平台:该平台的主要功能是实现企业的门户网站数据管理、实时数据管理、在线设备管理等。综合数据管理平台是监测系统的管理层,能够实时存储井下监测系统采集到的数据信息。

  参考文献:

  [1] 赵国刚.基于通信技术的煤矿安全监测监控系统研究与应用[J].内蒙古石油化工,2020,46(03):102-104.

  [2] 郭晓霞,张少华,王紫民.煤矿监测监控系统存在的问题及改造研究[J].现代制造技术与装备,2019(12):154-155.

  [3] 姜天.基于物联网技术的煤矿安全监测系统研究[J].物联网技术,2018,8(11):13-15.

  [4] 靳伟峰.煤矿安全监测系统物联网技术研究[J].山西能源学院学报,2018,31(04):46-48.

  [5] 贺鑫.煤矿安全监测监控系统存在问题分析及优化研究[J].内蒙古煤炭经济,2018(04):91-92.

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