吕世川
中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆市 400039
摘要：在当前的煤矿作业中，十分重要的一点就是需要保证煤矿作业的安全性，而煤矿安全监控系统的应用对于这一目标的实现非常有利，因而需要对煤矿安全监控系统加强研究，以实现矿井安全监控系统的更好发展。
关键词：煤矿安全；监控系统；智能化现状；发展对策
1煤矿安全监控系统智能化现状
1.1伪数据不能有效识别
煤矿安全监控系统伪数据是指不能正确反映井下实际环境情况的监测数据，系统对以下２类伪数据难以有效识别：①传感器调校时产生的伪数据，煤矿井下传感器必须在设备设置地点调校，调校气体浓度大于设定的报警门限时，系统产生伪数据。②设备本身故障产生的伪数据，如传感仪表放大电路受潮、元件失效造成的传感器输出异常值或偏离实际的检测值。
1.2报警处置机制单一
在煤矿瓦斯突出事故中，瓦斯体积分数在数秒内就能达到30％，必须在瓦斯体积分数上升的极早期进行分析、判断和识别。目前煤矿安全监控系统环境参数报警执行１个分级的超限报警，系统不能及时捕捉和发现预定报警值以下的危险动态异常变化，无法提前采取针对性防范措施，在很大程度上制约了矿井灾害治理工作。
2煤矿安全智能化监控系统建设
结合物联网背景开展煤矿智能化监控系统分层结构设计，其系统结构如图1所示。
图1煤矿智能化监控系统结构图
2.1传感层
结合物联网的煤矿智能监控系统采用了无线定位功能实现传感器矿井内三维空间位置识别功能，并通过自身内置电路检测故障信息，利用激光等新检测技术进行系统自我校正，采用总线技术建立双向通信功能。综合运用好这些技术手段，能保证传感器在矿井作业环境中运行稳定、维护简便的优势，并兼具故障闭锁、智能诊断等功能。
2.2传输层
包括有线传输和无线传输。有线传输依靠以太网，主要用于地上数据信息的传递和通信。无线网则服务于矿下，通过ZigBee技术，实现矿下信息的精准传递。
2.3持久层
采用私有云计算等虚拟化技术能够有效整合系统现有资源，为煤矿安全监控系统提供可伸缩的决策方案。虚拟化技术是将系统最底层的物理设备和系统上层的操作系统进行“去耦合”后进行资源有效整合，形成开放共享的虚拟资源群，并将逻辑资源按实际需求有效分配给各个应用部位。运用该技术手段能够有效提高系统资源利用率和系统稳定性，实现系统各项业务快速部署和降低系统能耗。
2.4应用层
应用层作为煤矿安全监控系统的中枢，其功能主要分为传感设备和控制机构的逻辑功能定义重组、大数据实时采集、业务主线检测和控制功能的协调、远程监管、专家预警与决策等。
3煤矿物联网智能安全监控系统软、硬件构成
3.1软件设计
利用Web Access网际组态软件的视频嵌入功能，并通过一体化高速云台摄像机等捕捉设备，建立集成OCX控件方式，将摄像机拍摄的实时图像上传给Web Access监控组件界面系统内，以此实现图像和实时数据同步监测的功能。
在智能化煤矿监控系统中，煤矿生产数据的采集是系统监测功能实现的基础。
在软件开发设计中，监控管理中心利用上行协议向RTU发送上传数据指令，然后RTU将下行协议数据压缩成上行协议数据，并利用无线网桥传送到监控中心，以此实现数据采集和显示。
3.2硬件设计
以ZigBee技术为依托的矿用无线传感器网络硬件系统包括任务管理器、网关、数据汇集模块和采集终端四个部分。其中，采集终端涵盖负责检测各类环境安全信号的无线传感器，可对井下数据进行实时采集和传输。终端传感器的布置分为移动监测和固定监测两部分，移动监测由井下作业人员随身携带，用于采集其活动范围内的环境信号；固定监测则被分别布置在井下各个监测点位置。选用CC2530片上系统，该系统在运行温度要求、外观尺寸、兼容性、FLASH大小等方面均得到明显的优化。CC2530与单片机相结合，可编程闪存达到256B，并提供21个GPIO接口，形成完整的井下网络系统。数据汇集模块能够进行数据的汇总和转发，其通信模式为有线与无线相结合的方式，作为整个系统中的连接、协调环节。
4煤矿安全监控系统智能化建设发展对策
4.1深入应用物联网技术
煤矿安全监控系统目前虽然已经实现了与人员定位系统、通信联络系统、调度广播系统等多种异构系统信息的融合，但只是井上融合，各系统设备井下仍独立工作，并未实现集中融合。未来，实现各异构系统井下融合将会是煤矿安全监控系统智能化发展的主要方向。因此，应进一步对物联网技术的应用进行研究，不断提升监控系统的智能化水平。
4.2云计算、大数据的应用
当前安全监控系统数据存储量大，只能实现简单的数据分析、逻辑控制，无法对标校信息、报警信息类型进行区分，无法根据数据库进行智能化重大隐患预警。将云计算、大数据技术应用到安全监控系统，能将存储的井下信息资源统一管理，并进行智能化数据分析。
4.3软件伪数据识别
①调校伪数据识别。瓦斯传感器现场进行调校时设置为调校状态，传感器将调校信息发送至分站和监控主机，监控主机显示该瓦斯传感器处于现场通气调校状态，然后瓦斯传感器进行通气调校和断电功能测试，结束后瓦斯传感器设置为结束调校状态，监控软件记录调校数据并标注为“调校”。通过该方法可识别传感器调校时产生的伪数据，且缩短监控时段盲区，以提高井下作业安全性并减少误报警。②设备故障伪数据识别。矿开采活动具有一定的周期性，开采时瓦斯浓度高，检修时瓦斯浓度低，通风正常时瓦斯浓度保持某一固定值，通风不畅和瓦斯涌出时瓦斯浓度急剧上升。判定某测点数据是否异常，可关联采掘设备启停、通风系统参数、瓦斯涌出预警等条件进行综合判断，降低伪数据产生概率。
4.4瓦斯涌出、火灾预测预警功能
利用时间序列分析法能够基于煤矿安全监控系统数据预测瓦斯涌出，根据瓦斯涌出变化的连续规律性，运用工作面瓦斯、风速等历史数据，建立描述瓦斯涌出量在一定时间和空间内变化发展的动态模型，反映瓦斯涌出量的变化规律，从而预测工作面瓦斯涌出量，进一步推测未来瓦斯涌出趋势。
结语：
现代信息技术的涌现给煤矿安全监控系统智能化建设带来更多优秀的方案，促使安全监控系统功能不断完善，矿下安全风险预防及控制能力显著提升。随着煤矿行业的进一步发展，其安全监控系统将面临更多挑战。行业应全面树立智能化安全管理意识，重视高新技术的引入，以打造符合煤矿安全生产要求的智能化安全监控系统，促使煤矿生产行业可持续发展。
参考文献：
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[2]徐江陵.基于物联网的智能化煤矿安全监控系统研究[J].煤炭技术，2018,37(08):229-231.
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