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关于煤矿自动化与矿山安全综合监测系统设计

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：苗岩杰

[导读] 摘要：基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统，可以采用无线通信与自动化技术相结合的方式，对井下不同区域位点进行全方位监测，为事故灾害的预防提供依据，保障矿山开采安全。

        昌吉州能源安全监测中心新疆昌吉 831100
        摘要：基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统，可以采用无线通信与自动化技术相结合的方式，对井下不同区域位点进行全方位监测，为事故灾害的预防提供依据，保障矿山开采安全。文章以煤矿机器设备自动化监测为入手点，简要分析了基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统的设计背景，并对基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统的设计方法进行了进一步讨论。
        关键词：煤矿；自动化；矿山；安全综合管控
        前言
        煤炭是我国基础能源之一，为我国经济社会平稳发展提供了充足支撑。近几年，随着煤矿挖掘采取深度的持续增加，矿山不稳定安全事故出现频率不断增加，对煤矿安全生产造成了较大的威胁。而基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控的实现，可以及时发现风险隐患及时消除。基于此，对煤矿机器设备自动化监测与矿山安全综合管控系统的设计方法进行适当分析非常必要。
        一、基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统设计背景
        某煤矿位于某地南部，年产量为410万t，回采模式为垮落法管理顶板模式，主要用技术为后退式回采与走向长壁综合机械化一次采全高综合技术。该煤矿现有矿井中绝大多数为低瓦斯矿井，所采煤层为自然发火风险较高的煤层，在自然发火期四十一天至九十二天时自然发火等级为I级，而最短自然发火期为四十一天。
        二、基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统设计方法
        1、平台设计
        基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统主要经信息交互接口与视频监测控制模块、通风与矿井不稳定风险检测监视、工作者位置确定及汇总、皮带输送机集控系统、矿山综合信息服务平台连接。同时经1000M主干网（网络自愈时间在50.0ms以下）与局域网无缝隙连接，形成基于计算机的远程监测控制硬件平台，提供WEB（World Wide Web，即全球广域网）服务[1]。
        其中，视频监测控制系统主要是在PLC、总线技术支持下，依托系统软件界面所开发的门户管理平台。同时经TCP/IP（传输控制协议/互联网协议）协议转换，利用统一的数据格式进行数据资源库构建，为后期异常风险数据挖掘应用提供依据。
        通风与矿井不稳定风险检测监视主要是对煤矿井下不同区域位点风力等级、温度、发声体无规则振动声响及有害烟尘（烟雾浓度、粉尘浓度）、气体浓度（如一氧化碳、甲烷等）参数进行检测。同时以风筒压力、通风设备运行状态及设备开停与否、风门开度、甲烷电闭锁状态、井下紧密避险系统运行状态为对象，在地面中心双机热备组件支持下，结合电源避雷器、不同类型传感器，经双回路电源，实时、在线监测。
        工作者位置确定及汇总主要是在不同类别的矿山安全子系统支持下，进行信息交互接口与通信协议开发。在信息交互接口与通信协议开发后，将底层安全子系统接入矿山安全综合管控系统，实现计算机全网监测控制，或者经移动智能手持终端随时监测控制，从根本上解决工作者位置确定及汇总过程中遇到的“信息孤岛”问题。同时在无线传感器网络全部节点信息交互期间，选择具有集成基带处理功能的芯片CC2420，获得更多数据。

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        皮带输送机集控系统主要是在自动化技术、传感器与总线技术、网络技术、软件开发技术支持下，进行数据采集与传输接口开发。并将开发过程中获得的数据采集与传输接口与综合监测系统连接。在煤矿井下皮带运输机控制、监测要求引导下，经OPC客户端程序（OPC client，跨平台中间件软件），为多途径数据共享提供依据。同时经触发器程序，将运输集控系统中数据存储在统一的数据库内。
        矿山综合信息服务平台主要是在控件开发技术、中间件开发技术、Winsock技术（Windows下的网络编程接口）、OPC客户端技术支持下，结合数据挖掘处理算法、SQL Server（关系数据库管理系统）技术及软硬件接口技术，将所采集的井下人员定位、中央泵房自动排水、井下皮带输送机集控、隔爆电气、矿井主风机远距离监测控制等数据，集中汇集为数据仓库。并传输至基于.NET的UI（人机交互与图形用户界面），实现煤矿机器设备自动化监测背景下矿山生产现场感觉识别层数据的远距离检测、显示[2]。
        2、软硬件配置
        在基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统软件配置过程中，可采用基于GE智能平台（GE-IP）的iFix分布式的人机界面和过程可视化解决方案，设计一个过程化窗口。随后在.NET架构中以图形化实时动态显示的形式，在统一标准下，进行不同类别监测参数、图像采集。同时为了降低后期管理难度，可以引入B/S模式，实现无序安装软件或设置参数的计算机远距离监测控制。
        在基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统硬件配置过程中，除工业以太网、视频监测控制、主井提升、通风系统监测所需的服务器、传输光缆、不同类别接口设备外，还可准备不同类型传感器、网络摄像机、PLC模块。为实现24h不间断监测，可以在工作面标志位置，进行不同类型传感器的恰当布置，如瓦斯浓度传感器、温度传感器、烟尘浓度传感器、一氧化碳浓度传感器、回风侧上偶角传感器等。
        3、仿真验证
        在基于煤矿机器设备自动化监测的矿山安全综合管控系统软硬件配置完毕后，可以在MCCB算法及mcl-simulator仿真工具的支持下，设定巷道为100.0m*5m，采用链式布置方式，在巷道内随意布置信标节点（间隔距离为10.0m、20.0m、35.0m，半径为50.0m）。通过在0.20r~1.80r速度范围内，对整个系统监测范围、精确度进行分析，得出该系统运行状态良好，误差较小，且性能较为稳定。
        总结
        综上所述，我国现有煤矿中具有较多井下地质条件复杂、采掘工作面狭窄的矿井，其内部爆炸性风险介质含量较高，存在较大的不稳定事故隐患。因此，为保障矿山安全生产，煤矿企业应以瓦斯爆炸、煤炭自然发火等风险防控为对象，利用自动化技术，搭建安全综合管控系统，实时动态监测矿山内部瓦斯浓度、温湿度及其他风险因子，保障异常风险事故的及时发现、处理。
        参考文献
        [1]周雪田.矿山安全监测预警与综合管理信息系统[J].世界有色金属, 2017,000(19):44-45.
        [2]隆俊.煤矿自动化与矿山安全综合监测系统设计[J].数字技术与应用,2017,000(6):7-8.
        作者简介
        苗岩杰（1989-8-16~），性别：男，学历：本科，籍贯：新疆奇台，现任昌吉州能源安全监测中心助理工程师，主要从事能源安全监管、信息化监管系统建设等工作。