煤矿瓦斯安全监测系统

煤矿瓦斯安全监测系统（精选12篇）

煤矿瓦斯安全监测系统 篇1

0 引言

辛置煤矿位于山西省临汾盆地北沿、霍州南端, 矿井始建于1952年。矿井通风方式为混合式, 通风方法为机械抽出式。矿井在2008年8月安装了KJ340型矿用安全监控系统。辛置煤矿在用的安全信息以太网综合接入系统为北京金力科技有限公司生产的MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网、型号KJJ50 (B) 。辛置煤矿现有MCTP综合自动化网络传输平台, 各个监控系统以MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网为传输平台, 通过使用发现瓦斯监控系统数据传输时常不能正常传输。为了保证矿井安全生产, 辛置矿拟重新整改现有MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统, 从MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统中分离出4芯光缆组成瓦斯光环网用于传输瓦斯监测监控系统数据。

1 辛置煤矿瓦斯监测监控系统现状

辛置煤矿现用环网系统为北京金力科技有限公司生产的MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统, 型号KJJ50 (B) , 2008年8月由山西阳光三极科技有限公司安装完成, 安装后系统持续稳定运行。KJJ50 (B) 为本质安全型设备, 能满足井下恶劣、危险环境对设备的要求, 在井下出现异常情况对非本质安全型设备进行断电时, 仍然能保证信息连续可靠传输, 且系统维护操作方便、快捷。目前在KJJ50 (B) 以太网系统下运行的安全信息监控系统有:a) 瓦斯监测监控系统;b) 矿井生产监测系统;c) 瓦斯抽采系统;d) 矿井水文监测系统;e) 矿压监测系统;f) 单轨吊监控系统;g) 视频监控系统;h) 矿井通讯联络系统;i) 人员定位系统。

2 辛置煤矿瓦斯监控系统环网运行存在的问题

随着安全信息设备增多, 信息量大, 现有的MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统布局已不能满足安全信息监测监控的需要, 在瓦斯监测监控系统日常运行过程中, 主要存在以下几方面问题:a) 现有以太网上安全信息监控系统设备多, 还将增加扩音广播系统、调度系统在线监测监控系统, 在同一环网设备下运行多种监控系统设备后, 管理难度加大;b) 多种系统共用MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网的同一主板, 由于多种监测监控系统信息量大, 兼容性差, 造成MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统死机率高, 当其中1个系统出现故障时造成整个系统堵塞, 判断、恢复故障困难, 多系统相互影响, 使故障时间延长, 不利于矿井安全生产;c) 带宽不够, 视频信号占用带宽大, 使安全监控系统速度减慢, 终端实时数据显示延时, 超过国家规定的最大巡检时间30 s;d) 辛置煤矿MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网的光缆从2008年8月安装之后, 在系统运行过程中, 辛置煤矿540水平系统巷道中使用的光缆出现过多次损伤, 经熔接后光损耗大, 致使光通量损耗大, 也无法达到光缆使用芯数;e) 辛置煤矿井下环网机柜每台已接入15路信号, 随着安全信息监控设备增加, 井下环网设备已不能满足需求。

3 辛置煤矿瓦斯监控系统改造内容

3.1 线路改造

此次瓦斯监测监控系统升级改造涉及到光缆线路部分的改造, 主要由三部分组成:a) 更换4 400 m32芯光缆, 用来更换辛置煤矿540水平系统巷道中出现过损伤的光缆;b) 新增2 200 m 32芯光缆。由于二采区为新开拓的采区, 之前二采区瓦斯监测监控系统数据传输都是通过电缆经分站传输至跑蹄中央变电所机柜, 电缆传输速度慢, 此次瓦斯监测监控系统升级改造增加跑蹄中央变电所至二采区2#变电所段2 200m 32芯光缆, 使二采区瓦斯监测监控系统数据通过光环网传输, 提高数据传输速度;c) 利用原有MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网线路, 从重新整合的工业以太环网中分离出4芯光缆。通过KJJ12矿用本安型网络交换机, 组成独立的瓦斯监测监控光环网, 从而实现安全监控系统数据正常传输。

3.2 设备选型

井下交换机所选产品应能适应井下恶劣工作环境和防爆要求。并且设备必须取得MA标志证书。根据辛置煤矿瓦斯监测监控系统运行现状及系统设备兼容性的要求, 选配阳光三极科技有限公司生产的KJJ12型矿用本安型网络交换机, 由于辛置煤矿矿井服务年限长, 巷道布局分散, 此次瓦斯监测监控系统升级改造共需安装15台网络交换机。主要安装位置分别为:辛置井上机房4台, 矿井东、南两区各安装2台网络交换机, 一用一备, 实现自动切换;五三口变电所、东四左翼变电所、东四1#变电所、东四2#变电所、450水平变电所、跑蹄中央变电所、一采区1#变电所、一采区2#变电所、跑蹄井上机房、二采区2#变电所、310水平变电所各安装1台网络交换机。另外在地面中心站部分增加1台网管服务器, 完善网络管理。

4 改造实践效果

对于煤矿工业以太网, 井下安装的交换机管理不方便, 在选择冗余网络方案的同时, 采用网络管理软件对整个自动化网络的通讯和设备进行监控和管理非常必要。网络管理软件可以对各种故障报警、历史故障查询, 查看每个交换机的端口状态、通讯流量、交换机设置、系统安全维护等, 具有良好易操作性。

辛置煤矿在现有MCTP矿用高端本质安全型多通道工业以太网系统光缆中分离出4芯组成瓦斯监测监控系统光环网, 用于传输瓦斯监测监控系统数据, 减少了光缆的投用, 大大减少了辛置煤矿瓦斯监测监控系统升级改造费用。

辛置煤矿从2014年2月完成了瓦斯监测监控系统升级改造后, 瓦斯监测监控系统能满足《煤矿安全规程》及AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范中规定的各项要求, 解决了辛置煤矿多系统共同在MCTP矿用本质安全型工业环网系统的同一主板下运行过程中, 当其中的1个安全信息监控系统出现故障时造成整个系统堵塞, 使瓦斯监测监控系统数据不能正常传输的问题。通过此次瓦斯监测监控系统升级改造, 瓦斯监测监控系统与其它安全信息监控系统分开, 单独运行, 提高了瓦斯监测监控系统数据的传输速度, 使瓦斯监测监控系统巡检周期满足了国家规定时间, 瓦斯监测监控系统故障率降低, 减少人员对瓦斯监测监控系统的维护力度, 减小了职工劳动强度, 更好地发挥煤矿安全监测监控系统在煤矿安全生产中的作用, 更好地保证煤矿安全生产。

5 结语

在矿井信息化建设中, 煤矿瓦斯监测监控系统为其中的重要一环。煤矿瓦斯监测监控系统是防止煤矿瓦斯事故的重要科技手段, 是煤矿安全生产的“电子警察”, 它改变了传统管理方式, 提高了安全监管技术水平, 在预防瓦斯事故发生中起到了积极作用, 为各级管理人员对煤矿安全生产监管提供了及时数据和快捷平台。辛置煤矿瓦斯监测监控系统提供的数据为矿井领导分析决策提供了重要依据, 对矿井的安全生产、瓦斯治理起到了重要作用。提高瓦斯监测监控系统数据传输速度, 更能有效地为矿井安全生产提供保障。

煤矿瓦斯安全监测系统 篇2

用 户 使 用 手 册

第一章，安装部分

1.系统登陆

1，首选要检查一下系统所必备的程序在不在。打开控制面板—>管理工具里边有没有如下产红色圈里的项目，如图：

如果没有，你需要找到你的WINDOWS系统盘来通过控制面板的添加删除程序来安装此程序； 2，如果第一步没有任何问题，你需要确认你的系统是事已经安装了微软公司的.NET框架的Framework 1.1程序，切记：IIS的安装一定要在Framework 1.1程序之前。安装完在控制面板—>管理工具里有如图所示的程序：

3,完成前两步后，你就可以将程序包拷贝到你所要安装的目录文件夹，（最好放在C盘以外的其它盘）然后对其右键执行WEB共享，如下图所示：

然后点击如图圈里先项会出现如图所示

接下来只要点上图的确定按纽就可以了；

4，接下来我们回到控制面板—>管理工具打开IIS（全名：Internet 信息服务(IIS)管理器）,会如图所示：

然后对其右键属性出现如图所示：

接下来按照图中点击图中主目录后会出现如图所示：

按照图中所示把目录设为程序所在根目录就可以了；

5，在客户机上都要安装IE6.0才能使用该程序，如果您的IE还不是6。0版本，请您与管理员联系，让他来更新您的IE版本；

如果你的已经是IE6。0，您现在就可以在IE地址栏里输入程序所在服务器的IP；如：我的服务器的IP为:http://219.150.157.201你就可以打开程序并使用了；如下图：

现在您就可以使用该项系统了；

第二章，使用部分

1.系统登陆

当用户在IE浏览器地址栏中输入本系统服务器地址，就进入了本系统的登陆界面。如图1－1－1所示：

图1－1－1登陆窗口

当用户在登陆框中正确的输入自己的用户名和密码点击“用户登录”就可正常进入该系统进行操作。如图1－1－2所示：

图1－1－2登陆演示窗口

1）用户验证：由于用户名和密码是验证用户身份的唯一标志，所以登陆时不得为空。各使用用户请牢记自己的用户名和密码，如登陆系统时用户名和密码输入错误或为空，系统将出现以下提示，如图1－1－3所示：

图1－1－3登陆错误窗口

2）权限设置：不同的用户拥有不同的权限约束，所有用户都由系统管理员进行管理(创建并授权)。当有新用户使用本系统，可以根据需要向系统管理员提出申请，由系统管理员创建用户并根据用户的具体情况授予适当的使用权限。本系统共有4类用户，分别为：系统管理员，矿局用户，矿区用户和矿井用户。系统管理员具有管理本系统最高权限，可对系统所有数据进行浏览，添加，修改及删除，并具有管理系统其他所有用户的权限。矿局用户只具有浏览该矿局以下所属各矿区及矿井数据的权限，但不可以进行修改和删除。矿区用户只具有浏览该矿区以下所属各矿井数据的权限，不可以进行修改和删除。矿井用户只具有浏览本矿井数据的权限，也不可以进行修改和删除。

2.系统操作主界面

由于不同用户拥有不同的权限约束，所以各类用户登陆进入系统的主界面也有所不同。用户验证成功后系统进入操作主界面。如下图所示： 1）系统管理员操作主界面：

图2－1系统管理员操作主界面

2）矿局用户系统操作主界面：

图2－2矿局用户系统操作主界面

3）矿区用户系统操作主界面：

图2－3矿区用户系统操作主界面

4)矿井用户系统操作主界面：

图2－4矿井用户系统操作主界面

当用户点击系统左上角自己的用户名，便可对个人信息进行修改。如图2－5所示：

图2－5用户维护

修改页面如图2－6所示：

图2－6用户修改

当用户点击系统左上角的用户注销时，如图2－7所示，用户将自动退出本系统，返回到登陆页面，如图1－1－1所示：

图2－7用户注销

本系统共分为七大模块：实时监控、数据查询、图例查询、数据报表、参数管理、系统设置、在线帮助。每一个模块下又分了若干子功能，下面针对每一功能模块进行详细的描述。

3.模块功能描述

1）实时监控：系统默认的功能模块，根据用户的权限设置，系统自动对各个矿区的实时采集到的数据进行全屏显示，并且每15秒钟刷新一次，该模块共分3个子功能实时数据、设备信息、报警监控。·实时数据：从客户端采集到的最新的传感器监测数据，可以根据树型目录结构进行选择查询，并具有权限和所属矿区的约束。如图3-1-1所示。

图3－1－1实时监控

·设备信息：主要查看传感器的基本信息，根据左边的树型结构列出的矿区和矿井，点击后就在右边窗口中显示所选矿井下所有传感器信息和设备统计表。如图3－1－2所示：

图3－1－2传感器信息

·超限监控：根据用户所属矿区，系统自动对本矿区的实时采集到的报警数据进行全屏显示，并且每15秒钟刷新一次。如果有报警数据就出现一条报警记录，并伴有报警声音，一直鸣叫，直到报警结束，人工进行标记。

·故障监控：自动采集各矿区产生故障的时间及原因，进行记录，实现对各矿区进行实时监控，以便更好的解决故障。如图3－1－3所示：

图3－1－3故障监控

2）数据查询：该本系统具有对采集到的数据进行保存的功能，以便用做历史查询。本模块可用做对历史数据，报警数据及报警处理的查询。

·历史数据：可以查询某矿区或某个传感器所有历史数据。

矿井名为必要查询条件，如不选择具体矿井将出现以下情况。如图3－2－1所示：

图3－2－1无矿井编号

查询条件包括：矿井编号，日期及传感器安装位置。如图3－2－2所示：

图3－2－2查询方法

当正确选择了矿井名，日期及传感器安装位置，便可查询到想要的历史数据了。如图3－2－3所示：

图3－2－3历史数据查询

·报警数据：可以查询某矿区或某个传感器所有报警数据。

矿井编号仍然为必要查询条件，如不选择具体矿井，将会出现如图3－2－1类似情况。

本功能需要2个查询条件：矿井编号及日期。当用户选择了具体矿井及日期，如该矿井当天无报警数据则显示为空，如当天有报警数据，则显示如图3－2－4所示：

图3－2－4报警数据查询

·报警处理：可以查询某矿区或某个传感器报警数据的处理结果和意见。

矿井编号仍然为必要查询条件，如不选择具体矿井，将会出现如图3－2－1类似情况。

本功能需要2个查询条件：矿井编号及日期。当用户选择了具体矿井及日期，如该矿井当天无报警数据则显示为空，如当天有报警数据，则显示报警处理结果。如图3－2－5所示：

图3－2－5报警处理意见

点击意见可以添加对报警数据的处理意见。如图3－2－6所示：

图3－2－6报警处理意见

3）图例统计查询：该模块可实现将系统所采集到的实时数据以图例的形式表现出来的功能。图例包括：曲线图，柱状图和巷道图。绘制图例仍需3个条件：矿井编号，日期，传感器安装位置，如图3－2－2所示。

·全天曲线图：将系统采集到的某矿全天数据以曲线的形式表现出来。如图3－3－1所示：

图3－3－1曲线图

·全天柱状图：将某矿系统采集到的全天数据以柱状图的形式表现出来。如图3－3－2所示：

图3－3－2柱状图

·小时曲线图：将某矿系统采集到的某个小时内的数据以曲线图的形式表现出来。如图3－3－3所示：

图3－3－3小时曲线图

·小时柱状图：将某矿系统采集到的某个小时内的数据以柱状图的形式表现出来。如图3－3－4所示：

图3－3－4小时柱状图

·巷道图：如图3－3－5所示：

图3－3－5巷道图

4）图例报警统计：该模块可实现将系统所采集到的报警数据以图例统计的形式表现出来的功能。图例包括：超限状态统计，超限时长统计，超限矿井统计，报警年统计，报警月统计；

·超限状态统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某个月内的报警数据按报警状态以饼状图的形式表现出来。如图3－4－1所示：

图3－4－1超限状态统计[矿局]

图3－4－2超限状态统计[矿区]

图3－4－3超限状态统计[矿井]

·超限时长统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某个月内的报警数据按报警时长以饼状图的形式表现出来。如图3－4－4所示：

图3－4－4超限时长统计[矿局]

图3－4－5超限时长统计[矿区]

图3－4－6超限时长统计[矿井] ·超限矿井统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某个月内的报警数据按报警矿井以饼状图的形式表现出来。如图3－4－6所示：

图3－4－6超限矿井统计[矿局]

图3－4－7超限矿井统计[矿区]

图3－4－8超限矿井统计[矿井] ·报警年统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某一年内的报警数据按报警次数以饼状图的形式表现出来。如图3－4－9所示：

图3－4－9报警年统计[矿局]

图3－4－10报警年统计[矿区]

图3－4－11报警年统计[矿井] 22

·报警月统计：将所选矿局、矿区或矿井采集到的某一月内的报警数据按报警次数以饼状图的形式表现出来。如图3－4－12所示：

图3－4－12报警月统计[矿局]

图3－4－13报警月统计[矿区]

图3－4－14报警月统计[矿井]

5）数据报表：该模块将系统所采集到的数据统计整理成报表形式，方便用户浏览及打印。数据报表包含3个子模块，分别为：矿井日报表，报警日报表及报警月报表。

·矿井日报表：根据所属矿井记录每一小时数据的最大值，最小值，平均值及报警次数。如图3－5－1所示：

图3－5－1矿井日报表

·报警日报表：根据所属矿井显示查询日期当天所有报警数据。如图3－5－2所示：

图3－5－2报警日报表

·报警月报表：根据所属矿井显示该矿井在当前月所累积的报警数据。如图3－5－3所示：

图3－5－3报警月报表

6）参数管理：该功能只对具有管理员权限的用户可见。管理员用户通过该模块可对本系统所使用的各类参数进行添加，浏览，修改及删除等操作。·计量单位：如图3－6－1-1所示：

图3－6－1-1计量单位

单击修改后的界面

图3－6－1-2修改计量单位

·传感器编码：如图3－6－2所示：

图3－6－2传感器编码

·传感器类别：如图3－6－3所示

图3－6－3传感器类别

·传感器状态：如图3－6－4所示：

图3－6－4传感器状态

管理员用户可以对参数进行添加，如图3－6－5所示：

图3－6－5参数添加

管理员用户还可对参数进行修改，如图3－6－6所示：

图3－6－6参数修改

7）系统设置：本模块也是只对具有管理员权限的用户可见。系统管理员通过该模块可实现对矿井、矿区、矿局的维护，还可实现用户管理，登陆日志管理及短信设置的管理等功能。

·矿井维护：系统管理员通过该功能可对各矿井数据进行添加，浏览，修改及删除等操作。如图3－6－1所示：

图3－7－1矿井维护

·矿区维护：系统管理员通过该功能可对各矿区数据进行添加，浏览，修改及删除等操作。如图3－6－2所示：

图3－7－2矿区维护

·矿局维护：由于本系统只隶属于伊川县煤炭局，所以该模块只实现对矿局信息的修改功能。如图3－6－3所示：

图3－7－3矿局维护

·用户管理：系统管理员通过该模块可实现对所有用户的管理功能，可根据需要添加，修改或删除不同权限的用户。如图3－6－4所示：

图3－7－4用户管理

·登陆日志：记录各用户登陆的时间，IP地址，分别管理员进行管理。如图3－6－5所示：

图3－7－5登陆日志

·短信设置：实现将报警信息及时方便的传送到各矿区领导手机上的功能。具体设置如图3－6－6所示：

图3－7－6短信设置

8）审核校验：本模块也是只对具有管理员权限的用户可见。系统管理员通过该模块可实现对矿井、矿区、矿局数据进行正确与否的校验，以方便管理员快速定位出错数据、查找出错原因进行对系统监控的维护操作。

·矿井编号校验：系统管理员通过该功能可对错误的矿井编号进行审核校验操作。如图3－8－1所示就是对矿井编号为05130101的错误进行校验的结果：

图3－8－1矿井编号审核校验

·传感器编码校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器编码进行审核校验操作。如图3－8－2所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－2传感器编码审核校验

·传感器类别校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器类别进行审核校验操作。如图3－8－3所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－3传感器类别审核校验

·传感器状态校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器类别进行审核校验操作。如图3－8－4所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－4传感器状态审核校验

·传感器编号校验：系统管理员通过该功能可对错误的传感器编号进行审核校验操作。如图3－8－5所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－5传感器编号审核校验

·计量单位校验：系统管理员通过该功能可对错误的计量单位进行审核校验操作。如图3－8－6所示就是对矿井编号为05130435的错误进行校验的结果：

图3－8－4计量单位审核校验

9)在线帮助：本模块主要为用户提供使用帮助及一些特色服务，如软件下载，留言板，新闻动态及巷道图的上传。

·操作手册：以图文结合的方式给各使用用户提供帮助，为用户进行正确指导，以便用户能更好的使用本系统，使用手册即本页面。如图3－9－1所示：

图3－9－1操作手册

·软件下载：本页面主要提供一些常用软件的下载。

·留言板：各系统用户可将自己的意见或建议发表在留言板上，也可在工作之余进行相互交流。这样既有利于系统管理员收集大家的意见，也可方便各用户之间的交流。如图3－7－2所示：

图3－9－2留言板

用户点击“发表留言”按钮即可将留言发布在留言板上了。本留言板还提供多种表情及头像可供选择。如图3－9－3所示：

图3－9－3发表留言

点击右上角的超级管理则弹出管理员登陆页面。如图3－9－4所示：

图3－9－4超级管理登陆

在正确输入管理员帐号和密码后，系统将进入超级管理员管理页面。管理员可在此修改留言板的设置，如改变背景色或边框色，也可对用户留言进行回复或删除。如图3－7－5所示：

图3－9－5留言板管理

·新闻动态：用户可自行浏览，添加或维护近期的新闻与动态，而且不同的用户。如图3－9－6所示：

煤矿瓦斯监测装置的设计与开发 篇3

摘要：文章介绍了基于Mega16单片机的瓦斯监测装置。该装置具有测量、通信、存储、查询、显示等功能，能够满足现场测量的需要。

关键词：瓦斯 监测 ATmega16

0 引言

瓦斯监测是煤矿安全中非常重要的环节，因此高性能的瓦斯监测装置对煤矿的安全系统十分重要。现有的许多瓦斯监测装置存在着可操作性差，显示不方便，反应速度慢等问题。因此，笔者开发了基于Mega16单片机的瓦斯监测装置。

1 瓦斯检测装置硬件设计

1.1 总体设计：

该瓦斯监测装置主要由微处理器8位AVR ATmega16、传感器采集电路、数据预处理电路、人机接口电路等组成。其工作原理如下：瓦斯传感器队瓦斯浓度进行检测，并产生一个电压信号；数据预处理电路对此信号进行放大处理并将信号传送到AVR ATmega16芯片的A/D转换通道中。AVR ATmega16芯片控制A/D模块工作得到数字信号并取若干次转换的平均值，并将该信号与预设的标准值进行比较并存储，当数字信号超过标准值时就产生声光报警，低于标准值则不报警。人机接口包括键盘和LCD显示屏，键盘主要用来调试日期，进行系统复位，LCD屏用来显示实时瓦斯浓度以及实时时钟给出的日期和时间。当系统进入死机状态时，看门狗可以对系统进行复位。

1.2 瓦斯传感器与信号预处理电路 催化燃烧式传感器突出的优点是传感器模块化设计，体积小，安全性高，而且随着对催化燃烧探头的原理与生产工艺的深入研究，载体催化元件的稳定性，抗中毒性，输出线性等都有了大幅度的提高，更适合于在恶劣环境下对煤矿瓦斯的检测。所以本系统选择催化燃烧式瓦斯传感器。信号预处理电路可以将传感器输出信号处理为适合A/D转换的范围。

1.3 A/D转换 A/D转换装置主要通过ATmega 16芯片自带的A/D转换接口，这样可以节省硬件成本，同时还起到简化外接电路、节省端口的目的。内置A/D转换装置具有10位精度、±2LSB的绝对精度、13?s~260?s的转换时间、在最大精度下可达到每秒15kSPS的采样速率、8路可选的单端输入通道、ADC的电压输入范围0～Vcc、可选择的内部2.56V的ADC参考电压源、ADC转换完成中断等优点。因而，ATmega 16完全适任本设计装置的预期的任务。

1.4 数据存储 ATmega 16单片机的强大的功能还体现在它的存储功能上。ATmega 16支持EEPROM和flash的读写。单片机在对转换信号进行处理后，将所得数据送至芯片自带的EEPROM或flash中。由于EEPROM和flash支持多次读写，且掉电不会丢失数据，因而非常适合在本设计中作为存储器使用。

1.5 人机接口 LCD显示屏是以HD44780为模型，它具有14个管脚，其中包括8个数据地址管脚，选片管脚，读写管脚等。本LCD屏不能显示汉字，可用来显示日期、时间和瓦斯浓度的装置。本LCD显示系统可以显示两行40个字符，第一行轮流显示日期和时间，其显示更替由按键决定。第二行显示瓦斯浓度。该瓦斯监测装置的键盘模块是9位键盘，通过此键盘可以对传感器的多项内容进行设置，例如日期、时间和报警标准值。

1.6 声光报警 当瓦斯浓度超过预置的报警值时，及时进行现场报警显得尤为重要。为了加强报警效果，本传感器采用声光同时报警的方式，当监测到甲烷浓度值超过报警值时，蜂鸣器开始鸣响，高亮红色数码管对当前过限浓度也亮起来。

1.7 串行通信 Atmega16本身带有串行通讯口，但其电平为TTL电平，必须通过MAX232进行电平转换才能与PC机进行串行通讯。为了将信号转化为可用，采用MAXIM公司的MAX232/MAX233芯片实现5V电路中和PC实现串口通信的电平转换芯片。存储数据的上传由PC机控制，PC机向测试仪发送启动发送或停止发送指令，即可完成数据上传的启动与终止。

2 瓦斯监测装置软件设计

软件设计大体上可以分为三部分，分别是主程序，串口中断程序，定时器中断程序。

2.1 主程序设计 主程序的主要作用是各项初始化并循环对键盘进行扫描。初始化包括时间的初始化，串口的初始化，LCD的初始化，定时器的初始化等。键盘扫描要判断键盘是否被按下，如果未被按下则再循环扫描，如果被按下则返回不同的数值，并根据不同的数值做出相应的动作，比如进入和退出设置状态，日期的设置，报警复位和系统复位等。

2.2 串口中断程序 串口中断程序主要用于和上位机的通信，当上位机向MEGA16发送命令时，则串口就会产生一个中断来处理上位机的命令，MEGA16会先判断指令是否是有效指令，如果不是则直接清除中断标志位，如果是有效指令则判断指令的类型并执行相应的操作，指令执行完毕之后清除中断标志位并退出中断。

2.3 定时器中断程序 当定时器产生中断时，A/D转化器进行一次AD转换，并存储转换的数据，然后将转换数据与预设的标准值进行比较，如果没有超过标准值则正常显示，如果转换值超过了标准值则先进行声光报警，然后正常显示。而显示日期时要先判断LCD是否处于设置状态，如果没有处于设置状态则正常显示日期，否则还要判断自定义变量是否是偶数，如果是偶数则正常显示日期的数字，如果是奇数则交替显示“-”和日期。最后清除中断标志位并退出中断。

煤矿瓦斯安全监测系统 篇4

关键词：MQ-2,瓦斯,AT89S52,LCD

事实证明, 在甲烷监测管理工作中最为有效的现代化手段就是运用煤矿瓦斯监测系统, 甲烷事故在装备过监控系统的煤矿中较少发生。瓦斯监控系统保障了煤矿的安全生产并且提高了生产率, 其对于整个煤矿生产系统的自动化程度及管理水平现代化的提高都有着重要的作用。所以这种现代化及具有高精确性的瓦斯监测系统对煤矿安全生产、减少事故发生率及减少生命财产损失都具有深远意义, 其具有着十分广阔的市场应用前景。

1 系统设计方案

1.1 本设计中完整的瓦斯监测系统由以下五个模块组成

(1) 气体传感器:能感知周围环境中瓦斯气体浓度值的敏感元件, 它能将气体体积分数转化成对应电信号。

(2) A/D转换:能够将气体传感器输出的模拟信号转化为数字信号。

(3) 按键设置:根据需要设定气体浓度的上限, 并可以实现气体浓度记录的查询。

(4) 显示单元:根据测量信号与按键信号, 由单片机将待显示的数据进行数据传输给显示处理模块进行显示。

(5) 报警器:当监测气体浓度超出设定报警值时, 蜂鸣器发出报警。

1.2 主要模块器件的选择

(1) 主控器件

随着科学技术的发展, AT89S52常被用作控制器, 通过编程来控制输出电平的高低。AT89S52是8位单片机, 软件编程时编写方便, 多种算术算法及逻辑控制都可以通过编写程序实现。并且AT89S5具有体积小、硬件实现简单、安装方便的优点, 在编程和外围电路的配合使用方面的技术都已日趋成熟。因此本系统选择AT89S52作为主控芯片来实现监测瓦斯气体的功能。

(2) 气体传感器

气体传感器是一种可将气体的成份、体积积分数等信息转换成可以被人员、计算机、仪器仪表等识别的信息的装置。对以上几点的综合考虑, 本系统选择MQ-2气体传感器。MQ-2气体传感器对甲烷、丙烷、氢气、天然气及其它可燃气体的敏感度高。该传感器可检测多种可燃性气体, 是一种适合多种场合应用的低成本传感器。

2 硬件设计

2.1 单片机最小系统电路

单片机包括时钟电路和复位电路, 其中复位电路设计的好坏将直接影响到整个系统工作的可靠性, 时钟电路为系统提供基本的时钟信号。

2.2 时钟电路

单片机的晶振所提供的频率越高单片机的运行速度越快, 单片机每条指令的实现都与晶振密不可分。根据单片机的工作频率的范围来选择晶振。

2.3 气体检测电路

MQ-2气体传感器的气敏元件由测量电极、微型AL2O3陶瓷管、Sn O2敏感层及加热器构成。传感器内部敏感元件被固定于塑料腔体内, 气敏元件正常工作所需要的环境条件由加热器提供。

2.4 显示电路

1602字符型液晶是一种可以同时显示字母、数字及符号等的点阵型液晶模块。其由若干个5*7或5*11等点阵字符位组成, 其中每一个字符都可由一个点阵字符位显示。每位及每行之间都有一个点距的间隔, 可以起到字符间距和行间距的作用。

3 软件设计

本系统采用的是查询方式实现浓度监测的目的。主要包括四段程序的设计:A/D转换, 液晶屏的驱动程序, 浓度设定与查询以及报警程序。

供电后, 系统各模块进行初始化。气体传感器MQ-2进行气体的检测, ADC0832将相应的模拟信号转换为数字信号传送给单片机。根据实际情况判断是否设置浓度的上限值, 若需要则通过按键设置, 否则不设置, 不管是否设置都将在LCD1602显示。当气体的浓度超过上限值时, 报警器报警。进而判断是否需要查询前段时间气体的浓度的范围, 若查询则LCD显示浓度的最大值与最小值, 否则LCD显示此时的气体浓度与设置的上限值。MQ-2气体传感器是可将外界气体浓度转化为模拟信号输出, 但必须经过模数转化成数字信号才能传送到主控部分, ADC0832可以实现模拟信号到数据的转换。

当有查询需要的时候, 先判断是否按下查询按键, 若按键按下则应在进行去抖处理之后再此判断此键是否按下, 确定后调用查询程序来实现查询数据的功能。LCD1602在本系统中既显示气体的浓度, 按键设置的浓度又实现记录查询后气体浓度的上下极值。

运行程序后, 气体传感器MQ-2即可对浓度进行采集, 并送LCD液晶屏显示。我们可以通过按键设置浓度上限值, 当采集到的外界浓度高于当前所设定浓度上限值时, 程序就会进入报警子程序, 触发蜂鸣器进行报警。

4 系统调试

4.1 电路的仿真与调试

首先检查程序中的端口是否与电路图一直, 若没有则更改程序中的端口的引脚。其次将程序导入单片机中, 各个模块检测是否能实现其功能。最后整体检测系统的功能, 比如按键实现浓度的设置与查询。

模块检测常遇到的问题有:LCD1602不能显示, 按键只有一部分可以实现其功能, 查询功能实现不了。因此在程序设计时下功夫, 多调试几次直至出现仿真, 实现功能。

4.2 硬件的调试

按照电路图将元器件焊接在万用板上, 首先用眼观测是否存在虚焊, 如有则重新焊接, 保证没有虚焊的存在。其次用万用表检测电路是否全部导通, 若存在不通点, 则需要更改器件或线路。最后检查显示模块, 温度设置模块, 加热模块和温度采集模块。

5 结束语

在完成LCD液晶显示器的显示以及单片机在完整系统中的运用, 使我们能够体验到单片机在现代控制技术发展的应用, 同时也使我们的动手能力与思维能力有所提高, 为以后在工作岗位上更好地工作奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]董川.煤矿瓦斯监测新技术.化学工业出版社.2010.07

[2]刘西青.论国内煤矿瓦斯监控系统现状与发展[M]山西.煤炭出版社.2006年

[3]曾勇, 吴财芳.矿井瓦斯涌出量预测的模糊分形神经网络研究[J].煤炭科学技术, 2004, 32 (2) :32.

[4]马丕梁, 蔡成功.我国煤矿瓦斯综合治理现状与发展战略[J]煤炭科学技术2007年12期

煤矿安全监测监控系统 篇5

1.1 煤矿安全生产监测监控系统的发展现状 .............................................................................. 2

1.2 煤矿安全生产监测监控系统的发展趋势 .............................................................................. 2

第二章 煤矿安全生产监测监控系统的组成 ..................................................................................... 3

2.1 地面中心站 .............................................................................................................................. 4

2.2 井下分站 .................................................................................................................................. 4

2.3 传感器与控制器 ...................................................................................................................... 5

第三章 便携式安全生产检测装置 ........................................................................................................ 5

3.1 热催化式甲烷检测报警仪的工作原理 ....................................................................................... 5

3.2 热催化式甲烷检测报警仪的主要性能指标 ............................................................................... 5

第四章 矿用监控系统传感器 ................................................................................................................ 6

4.1 智能遥控甲烷传感器 .................................................................................................................. 7

4.1.1 甲烷传感头 .......................................................................................................................... 7

4.1.2 供电电源 .............................................................................................................................. 7

4.1.3 放大器及A/D变换器 .......................................................................................................... 7

4.1.4 红外遥控器及接收器 .......................................................................................................... 7

4.1.5 单片机 .................................................................................................................................. 7

4.1.6 显示电路 .............................................................................................................................. 8

4.2 一氧化碳传感器 .......................................................................................................................... 8

4.2.1 电化学式KG3002型一氧化碳传感器 ................................................................................ 8

4.3 温度传感器 .................................................................................................................................. 8

4.3.1 热电偶、热电阻及热敏电阻温度传感器 .......................................................................... 8

4.3.2 半导体式温度计 .................................................................................................................. 9

4.3.3 红外光式温度传感器 .......................................................................................................... 9

4.4 开关量传感器 .............................................................................................................................. 9

4.4.1 触点传感器 .......................................................................................................................... 9

4.4.2 干簧管传感器 ...................................................................................................................... 9

4.4.3 光电传感器 .......................................................................................................................... 9

4.4.4 电磁感应式开关量传感器 .................................................................................................. 9

第四章 矿山供电系统 ............................................................................................................................ 9

4.1 矿井供电的类型 .......................................................................................................................... 9

4.2 井下中央变电所 ........................................................................................................................ 10

4.2.1井下中央变电所的结线 ..................................................................................................... 10

4.2.2 井下中央变电所的位置和硐室布置 ................................................................................ 11

4.3 采区变电所 ................................................................................................................................ 12

4.3.1 采区变电所的结线 ............................................................................................................ 12

4.3.2 采区变电所的位置和硐室布置 (图4-4) ................................................................... 12

4.4 综采工作面供电与工作面配电点............................................................................................. 12

4.4.1 综采工作面供电(图4-5) ............................................................................................. 12

4.4.2 工作面配电点 .................................................................................................................... 12

第五章 矿用现场总线的选择 .............................................................................................................. 13

矿井安全生产监测监控系统是一种能够自动采集和处理数据并进行相应控制的系统。它能够实现甲烷超限断电、停风断电、通风系统监测监控、煤与瓦斯突出预报、火灾监测与预报、水灾监测与预报、矿山压力监测与预报等，从而减少瓦斯与煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板等灾害事故发生，有效地保障煤矿安全生产和矿工生命安全。

第一章 煤矿安全生产监测监控系统的发展现状与发展趋势

《煤矿安全规程》第一百五十八条明确规定：“所有矿井必须装备矿井安全监测监控系统。矿井安全监测监控系统的安装、使用和维护必须符合本规程和相关规定的要求。”

自以来，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井陆续在装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，同时也为该技术的正确选择、使用、维护和企业安全生产信息化管理提出了更高的要求。

1.1 煤矿安全生产监测监控系统的发展现状

我国监测监控技术应用较晚，20世纪80年代初，从加拿大、法国、德国、英国和美国等引进了一批矿井安全生产监测监控系统(如DAN6400、TF-200、MINOS和SCADA)，这些系统在我国煤炭行业中发挥了巨大作用，也为我国研制矿用监测监控系统提供了良好的借鉴。上述系统均是综合型监测监控系统，但侧重于安全参数的检测和控制，且这些监测监控系统存在如下问题：①性价比过低，即系统价格过高，难以承受;②主监测机的系统软件在文档处理上有些不符合我国企业实际情况;③井下工作站的体积、质量比较大;④技术服务上有缺陷;⑤有些系统的技术并非一流。

在引进国外监测监控系统的同时，通过消化、吸收并结合我国煤矿的实际情况，先后研制出KJ2、KJ4、KJ8、KJ10、KJ13、KJ19、KJ38、KJ66、KJ75、KJ80、KJ92等监测监控系统。目前，这些系统已经在我国煤矿得到广泛运用。实践表明，安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已作为一项重大安全装备。由于当时相当一部分监测监控系统由于技术水平低、功能和扩展性能差、现场维修维护和技术服务跟不上等原因，或者已淘汰、或者停产。因此造成相当一部分矿井无法继续正常使用已装备的系统。特别是近年来由于老系统服务年限将至，已无继续维修维护的必要，系统面临更新改造的机遇。

随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要，国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了KJ90、KJ95、KJ101、KJF、KJ4/KJ2000和KJG2000等监测监控系统，以及MSNM、WEBGIS等煤矿安全综合化和数字化网络监测管理系统。同时，在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。因此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，为用户提供了更多的选择机会、也促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。

1.2 煤矿安全生产监测监控系统的发展趋势

随着计算机技术、网络技术、微电子技术的不断发展，特别是着眼于我国煤矿安全生产的实际，煤矿安全生产监测监控系统在未来将按照信息化、网络化、自动化的方向发展。

(1)自身性能的不断提高

a) 提高传感器的质量

提高各种传感器的质量，特别是要研制高可靠性的瓦斯传感器，使其在智能性、耗能、体积、使用寿命、工作稳定性和调校周期等方面均有所提高和改善。

b) 应用智能化的电气设备

在系统中应用智能化的高压开关柜、高压真空馈电开关、低压真空馈电开关等，向系统提供多参数的信息(如电流、电压、单相/三相漏电电流、开关运行状态、开关机械/电气闭锁状态等)，以减少由电气火灾引起矿井瓦斯爆炸的可能性。

c) 使用高性能的运算处理系统

使用运算处理速度更快、运算处理性能更高的CPU，以提高煤矿安全生产监测监控系统对各种复杂信息的处理能力和处理速度。

另外，使用大屏幕液晶显示技术，可以使煤矿安全生产监测监控系统既能够显示各种表格，又能够显示各种可视图像。

d) 应用新型控制技术

现场总线及现场总线控制系统(FCS)是一种新兴技术，它代表了现场测控技术领域的发展方向。以现场总线控制系统技术为基础开发煤矿安全生产监测监控系统是必然趋势，这种新模式必然会促进和推动煤矿电气控制技术的发展，并推动煤矿向采煤自动化方向迈进。

使用以现场总线为基础建立的煤矿安全生产监测监控系统具有现场总线的所有特点，即总线结构、数字串行通信、多点(广播)方式、接受过滤功能、全分散等。

(2)网络性能的不断完善

a) 统一的通信协议

针对通信协议不规范和传输设备物理层协议不规范的问题，应尽快寻找一种解决系统兼容性的途径或制定相应的专业技术标准，这对促进矿井监测监控技术的发展和系统的推广应用具有十分重要的意义。

b) 网络化的范围不断扩大

目前，煤炭企业装备的计算机网络可实现企业内部的资源共享。今后的趋势是全国的煤炭企业进行联网，从而实现更大范围的资源共享。

(3)智能性能的不断增强

a) 提高生产决策的能力

煤矿安全生产监测监控系统不仅能够实现对煤矿生产过程的监测监控，而且还能根据被监测环境的参数进行有效的危险性辨别和分析，以提出专家的生产决策方案。

b) 提高预报预测的能力

根据煤矿各种历史数据，煤矿安全生产监测监控系统应能够进行趋势分析，以提高对瓦斯等灾害因素的预报预测能力和水平。

c) 提高预防灾害的能力

煤矿瓦斯安全监测系统 篇6

【关键词】煤矿；安全监测监控系统；对策

0.引言

我国煤炭资源丰富，但开采条件复杂，自然灾害严重，47%的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井。在当前煤炭市场需求旺盛的推动下，部分煤矿存在突击生产或盲目超产现象，造成近几年矿井安全事故发生率居高不下。为保障煤矿的安全生产，除进一步加强煤矿安全管理意识外，关键是建立煤矿井下安全监测监控系统，形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道。所以当前现代化矿井的生产不仅要解决煤矿生产过程中存在的安全问题、生产自动化的问题、又要了解各种与生产经营相关的信息。建立安全生产、调度和管理网络系统，对井上、井下安全生产全面了解，靠及时准确的信息指挥生产和防止各种事故的发生，已成为煤矿设计工作必须解决的问题。

1.煤矿安全监测监控系统的内涵和作用

矿井安全监测监控系统是传感器技术、信息传输技术、计算机应用技术、电气防爆技术和控制技术等多种技术在矿井安全生产监控领域应用的产物，对保障煤矿安全生产，提高生产效率和机电设备的利用率都具有十分重要的作用。矿井安全监控系统一般由三部分组成：①中心站（包括应用软件、计算机及外围设备）；②信息传输装置（包括传输接口、分站、传输线、接线盒等）；③传感器和执行装置。具体来讲，煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理并取得数据的一种系统。安全监控系统可以为各级生产指挥者和业务部门提供环境安全参数动态信息，为指挥生产提供及时的现场资料和信息，便于提前采取防范措施。另外通过对被测参数的比较和分析，系统可以实现自动报警、断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材，提供决策信息。

2.安全监测监控系统目前存在的问题

2.1通信协议不规范，可集成性差

因为没有一个符合矿井电气防爆等特殊要求的总线标准，所以现有生产厂家的监控系统的通信协议几乎都采用各自专用的，互不兼容。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差，不易于系统功能扩展。在使用中，个别系统虽经多次升级改造，仍不能实现系统资源的有效共享，形成了一个个独立的“信息孤岛”，严重阻碍了矿井安全生产管理水平的进一步提高。

2.2传感器质量和性能

安全监测监控系统配接的甲烷传感器和CO传感器已成为矿井瓦斯综合治理和监测煤炭自燃发火灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。但在现场使用中，虽然系统主机、分站以及软件已经不断进行升级，但国产安全检测用的传感器几乎全部采用载体催化元件，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁、灵敏度漂移以及制作工艺水平低等缺点，严重制约着矿井有害气体的正常检测。另外《煤矿安全规程》中对甲烷传感器的调校有严格的规定，调校工作需要专用器具和标准气样，对调校人员的技术水平有一定的要求。很多煤矿往往由于缺乏专业技术人员等原因而不能按时对系统进行维护和调校，甚至从不调校，严重制约了矿井有害气体的正常检测。

2.3现场管理和维护水平欠缺

尽管我国各省市煤炭管理部门都强制性要求各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统，而且近几年再次加大了对矿井安全生产的管理力度，但一些地方国有煤矿，特别是乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。另外，在大多国有煤矿还存在着监测监控方面的管理制度不够健全、对已经存在的监测监控管理制度执行不严、对监测监控系统的监督管理不到位等问题，严重地制约着安全监测监控系统的正常运行。

2.4诊断功能有待加强，系统的可维护性低

现场设备在线故障诊断、报警、记录功能不强，现场设备的远程参数设定困难，影响系统的可维护性。作为管理维护监控系统的辅助手段，部分系统只能对系统的通讯状况诊断，不能详细地判断故障的性质和故障点。但实际工作中要求能迅速判断出分站、传感器或电缆故障之间，或短路报警与真实超限之间的区别，为维护人员提供故障的类型和方位，以便于迅速处理故障地点。

3.提高安全监测监控系统良好运行的措施

3.1加强技术培训，完善管理制度

监测监控系统维护要求非常严格，所以在日常监测管理工作中采取多种形式提高维修人员的维修技术和操作水平，每月应组织理论和实践的学习，对新调入的安全监测员，重点加强对其基础知识的学习和培养，合理利用售后服务和兄弟矿井相互指导的便利条件，确保矿井监测系统维护的顺利进行。另外要建立细致严谨的管理制度，及时完善有关监测监控管理的规定和制度，有效提高相互监督、相互预警的能力。

3.2规范监控系统统一通信协议

通信协议不规范将造成设备重复购置、系统补套受制于人和不能随意进行软硬件升级改造等后果。为了改变标准不统一的局面，国家出台了很多规范性规程和标准对监控系统及信息传输协议等进行规范，如《矿井安全监控新标准、新规程汇编及矿井安全监控系统设计与选型手册》等。建议各监控系统统一通信协议，统一采用SQL数据库，采用统一数据格式，这样可以很方便对系统进行维修、补套、升级，也可以很方便的建立矿、公司（矿务局）两级数据存储中心，并与上级监管系统联网，实现系统资源共享。

3.3研究和开发高品质的传感器

国产安全检测用甲烷传感器几乎全部采用载体催化元件，严重制约着矿井瓦斯的正常检测，与国外同类传感器比较差距较大。所以国家科研院所应加大科研投入力度，进一步提高传感器应用的可靠性。

3.4发展专家诊断、专家决策系统软件

科研院所应开发专家诊断、专家决策系统软件。专家诊断应具有对故障的智能分析、判断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况。在发生事故的情况下，能正确指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材提供决策。

随着现代通讯技术和计算机技术的发展，高性能的煤矿监测监控系统在我国有着广阔的前景。安全监测系统是生产、安全及管理方面的一个实时监控系统，通过本系统可以使管理层快速、及时、准确地获取生产相关数据，提高决策的科学性，从而避免或减少因决策失误而造成的安全事故和财产损失。

【参考文献】

[1]赵延明，高军.煤矿安全监控系统的现状与发展[J].煤矿机电，2007，（3）.

[2]冯卫，胡发中.搞好矿井安全监测监控系统确保煤矿安全[J].山东煤炭科技，2008，（3）.

煤矿瓦斯安全监测系统 篇7

瓦斯浓度过高是引起煤矿事故的主要原因, 因此, 实时了解井下瓦斯浓度是煤矿安全生产的一个重要因素。目前, 我国各大煤矿的瓦斯监测系统大多采用有线监测的方式, 但这种方式布线复杂、维护成本较大, 且如果监测系统的某一点发生故障, 则整个网络就会失去控制。基于这一点, 利用Zig Bee技术设计出一种无线网络通信系统, 通过计算机和无线网络获得井下各模块的工作状态和数据, 从某种意义上来说, 促进了煤炭工业现代化的管理, 减少了煤炭事故的发生, 具有可靠性高、成本低、灵活性强等优点。

1 系统总体结构设计

由于煤矿作业环境的特殊性, 所以检测矿井空气中的瓦斯浓度是矿井安全的基础, 以Zig Bee网络为架构的无线监测系统, 再其地面中心以下部分是由终端节点、路由器节点和协调器节点三部分组成, 终端节点主要用来瓦斯数据的收集, 然后传送给路由器节点层, 协调器节点层对其接收到的数据信息进行总结, 再连接主干网络控制中心接收传输的数据信息, 实时监测到井下瓦斯浓度的状态, 系统总体结构如图1所示。

2 系统硬件部分设计

在本设计中, 硬件电路主要有传感器模块和无线通信模块组成, 在实际的应用中, 通常把它们放到一个硬件电路上, 因此, 有利于提高系统的稳定性和准确性。

2.1 传感器模块电路

本设计采用是应用电路简单、耗电低、体积小的KGS-20型可燃气传感器, 瓦斯传感器的工作原理是在瓦斯的作用下是其热催化元件发生燃烧, 导致阻值随着元器件的温度升高而增大, 使电桥失去平衡引起桥路电压发生变化, 由于该电压和瓦斯浓度成正比例关系, 所以通过测量桥路电压就可以检测出瓦斯浓度值。

2.2 Zig Bee无线通信模块

设计采用基于无线SOC设计、内部集成了大量设计电路的CC2430作为系统方案的无线通信模块, 并且集成了一颗8051微控制器和符合了IEEE802.15.4标准的2.4GHz RF射频收发器, 可以实现数据信号的无线收发功能。

3 系统程序设计

程序的总体流程首先是初始化, 建立网络通讯连接, 通过瓦斯传感器采集数据, 对这些数据进行处理及对比, 如果超出所设范围则报警, 并执行相应的控制命令。

3.1 数据采集程序设计

数据采集部分的功能是利用传感器来完成瓦斯数据实时可靠的瓦斯数据采集, 然后再将电信号经过放大电路放大, 经与8051单片机连接, 后经AD转换获得所需要的参数。最后等待系统的无线传输。

3.2 无线收发的程序设计

由协调器节点、路由器节点和终端节点得到的数据传送给无线收发模块CC2430, 然后由其传送给控制中心, 无线收发模块CC2430的工作流程如下:首先初始化CC2430的寄存器参数并改变其参数值使其进入到待机模式的状态, 然后是发送模式或接受模式的工作模式选择, 最终完成数据信号的无线收发的功能。

4 结束语

本设计采用通信技术和无线传感器网络设计成的瓦斯监测系统, 达到了对于煤矿瓦斯浓度的实时监测和预警的功能, 减少了煤矿事故的发生, 使人身安全和财产有了一定的保障, 具有良好的实时性和可靠性。

参考文献

[1]孙利民, 李建中, 陈渝.朱红松.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社.2005.

[2]张雅君, 李明学, 田由辉.基于Zigbee技术的煤矿井下设备监测系统的研究[J].煤矿机械.2013, 34 (06) :271-272.

煤矿瓦斯安全监测系统 篇8

近年来, 在煤矿重特大死亡事故中, 瓦斯事故又占到70%以上, 为此国家和煤矿企业投入几十亿元用于瓦斯治理、防范和相关技术装备更新改造。科技部发布的《固体矿产资源技术政策要点》就发展煤矿信息技术提出要求, 重点发展先进无线遥控、具有无线功能、故障自动检测功能、优化控制和智能化功能的井下移动设备等自动化技术。

煤矿行业目前所使用的瓦斯监测设备主要有2种, 即传统的瓦斯监控系统和分散的便携式瓦检仪, 但这两类设备都有局限性。固定式系统监测范围有限, 在某些瓦斯爆炸事故中未起作用。而便携式瓦检仪虽然监测范围大, 但存在分散、无法联网、数据无法自动实时上传、存在人为不利因素、信息孤岛、无法闭锁控制等问题。

2 国内外研究背景

目前国内外对井下无线移动传感器网络技术和产品的研究与开发, 大多数停留在理论分析阶段。目前研究较多的井下无线传感器网络都采用无线传感器网络技术 (Zig Bee) 。Zig Bee的优势是自组无线网络, 表面上看不需要布线, 可以通过无线自组网方式来传输数据, 但在实际使用中, 它需要很多传感器节点, 形成多路由, 然后选择其中一个最佳路由多跳传输, 最后到达主节点。

由于在煤矿井下巷道结构非常复杂, 存在很多分支、拐弯、上下山、起伏、硐室等, 不可能布设大量的无线传感器节点, 而且井下环境很差, 供电也不方便, 因此在井下布置很多无线传感器节点很难维护, 不现实。并且无线信号在井下传输困难, 容易受到人员、车辆、物体的遮挡, 遇到很多分支、拐弯、起伏、进入硐室等情况时信号就会中断, 因此靠自组网技术在井下复杂的巷道条件下传输无线信号是很难实现的, 也是极其不可靠的。最后Zig Bee采用2.4G频率漏泄电缆, 大约是433M漏泄电缆价格的10倍以上, 且无安标证, 无法在煤矿井下使用。因此, Zig Bee等自组网的无线传感器网络不适用于煤矿井下。

目前, 能够实用的、简单、可靠、价格适合实际应用的煤矿井下无线瓦斯传感器系统还基本上没有。

我们研究的矿井无线瓦斯监测管理系统, 在利用433M无线通讯技术和井下千兆工业以太环网平台的基础上, 有效解决井下信号大范围连续覆盖、目标精确定位的问题。

3 系统设计原则

要实现瓦检仪数据的实时上传, 首先解决井下无线信号的覆盖问题。煤矿井下巷道结构错综复杂, 还有各种硐室、设备和车辆, 因此无线信号要在井下实现连续覆盖很困难。

我们根据井下巷道条件, 设计了独特的系统结构以实现巷道信号连续覆盖。系统将便携式瓦检仪与无线通讯技术相结合, 使得瓦斯监测数据能够实时上传, 瓦斯检测和记录自动完成, 充分发挥便携式瓦检仪大范围流动监测的优势, 同时减少各种人为因素的影响。

解决了信号覆盖问题后, 还要解决定位的问题。瓦斯数据上报时, 必须与瓦斯浓度地点信息关联, 区分信号覆盖范围内的多台瓦检仪同时上报数据。

需要进行连续的精确定位的地点, 每隔一定距离布置一台定位器。定位精度取决于定位器布放的密度, 定位器越密, 定位精度越高。

解决了信号覆盖和定位问题后, 在传统瓦检仪中增加无线通讯模块和操作面板, 使其具备无线数据收发功能。该模块与定位器进行无线通讯以获得当前的位置信息;与无线收发器通讯以将瓦斯数据和位置信息上传。为传统瓦检仪增加汉字液晶显示, 以实现更多的显示功能。地面有事需要通知时, 可以通过地面操作终端编辑好短信息, 然后在几秒钟内下发到井下的无线瓦检仪上并在液晶显示屏上显示出来, 可以单发和群发;当井下瓦检仪携带者遇到紧急情况时, 可以将瓦检仪中编辑好中文短信息发送给地面控制室, 从而实现了实时的信息沟通。

系统的研究充分考虑到兼容性、扩展性、远程维护的方便性, 以保证以后的升级和维护, 并为推广时的二次开发提供便利。

4 系统技术原理

系统组成:矿井无线瓦斯监测系统, 由数据通信接口、读卡分站、无线收发器及防爆直流电源、定位器、识别卡、无线瓦检仪、传输电缆或光缆、工业以太环网、通道防雷保安器、计算机、UPS等设备组成。

硬件系统由井下分站设备、发射天线、人员标识卡、以太网交换机、无线瓦检仪组成。井下分站设备用于完成信息采集和识别。分站、人员标识卡、无线瓦检仪设计均采用智能射频芯片, 无线数据传输有极高的纠错机制, 使用灵活, 人员标识卡、无线瓦检仪体积小巧可随身携带, 低功耗、工作电压范围宽、取电方便、使用寿命长。

瓦检仪和识别卡不断向外发送包含自身身份信息的射频信号, 当识别卡进入矿用本安型读卡分站、收发器和定位器检测范围时, 分站和收发器将收到识别卡信息, 并通过数据传输通道将信息转发给控制计算机。

当需要呼叫瓦检仪时, 由控制计算机将提示信息发送给指定的分站和收发器, 再由分站和收发器发给附近的瓦检仪。瓦检仪接收到呼叫信息后, 同时以声、光、振动方式通知携带者。

计算机收到的全部信息将保存到服务器数据库。当计算机与某个分站或收发器通信故障时, 在操作终端给出报警提示。

5 现场应用情况

系统自2012年8月初在徐庄矿安装调试并运行以来, 已经达到了预期的目的, 整体运行情况稳定。目前系统已经形成全矿覆盖的信息化、智能化的高效安全管理模式。通过系统的实施, 逐步提高了徐庄矿本质安全管理的科技化、信息化, 智能化, 规范化。

与目前传统的瓦斯监控系统、人员定位系统相比, 矿井移动无线瓦斯监测系统的监测范围大, 甚至可以到达井下巷道的每一个角落。各个监测点的瓦斯数据实时、自动上传, 没有人为因素干扰, 避免了各种人为因素而造成的监测失效。每一个无线瓦检仪形成一个双向汉字通讯终端, 为井下人员提供了有效的通讯工具, 实现地面控制室与井下人员之间实时的信息沟通, 为紧急事件处理提供了快捷的条件。

将固定在线式系统的自动监测处理、数据实时上传和便携式瓦检仪的大范围移动监测二者的优点有效结合在一起, 实现了技术创新和应用创新。

6 结论

无线瓦斯监测系统集瓦斯监测、人员车辆跟踪管理调度、危险警示、灾后急救等防、管、救一体, 能及时监控井下人员的动态分布、运动轨迹及变化情况和井下瓦斯气体, 使管理人员能够随时准确掌握各个区域当班作业人员的各种信息。当事故发生时, 救援人员也可根据系统所提供的数据、图形, 迅速了解有关人员的位置情况, 及时采取相应的救援措施, 提高应急救援工作的效率。

系统实现煤矿企业安全一体化管理, 改进本质安全管理方式, 提供反应迅速的自动预警功能。对于及时的消除或控制危险因素, 杜绝由于安全隐患未得到及时整改而发生相应事故, 起到至关重要作用, 以此避免了不必要的人员和财产损失。

无线瓦斯监测系统的应用, 可以明显提高矿山安全生产管理水平, 增加管理手段, 提高管理效率。为井下人员提供了有效的通讯工具, 实现地面控制室与井下人员之间实时的信息沟通, 为紧急事件处理提供了快捷的条件。大大提高煤矿行业瓦斯监测和事故预防技术、管理水平, 在预防瓦斯事故、减少事故人员伤亡、事故救援等多方面发挥积极、有效的作用。

摘要：为了提升煤矿瓦斯监测、事故预防技术和管理水平, 本文通过对目前国内外矿井无线传感监测技术研究现状进行简单分析后, 借助于先进的信息技术, 提出了实施煤矿无线瓦斯监测系统的构想, 并对无线瓦斯监测系统设计原则、工作原理、软硬件框架和结构、系统及特点做了详细的论述, 最后对项目的社会效益和经济效益进行了分析。

煤矿瓦斯安全监测系统 篇9

我国煤炭资源丰富, 但是煤炭开采却面临诸多困难, 近年全国各地煤炭瓦斯事故不断发生, 如何准确有效的监测瓦斯浓度成为煤炭安全生产的主要问题。本文主要对当前瓦斯气体监测有线方式布线难, 检测效率不高、无人值守、检测设备携带不方便等问题, 提出了设计基于无线传感器网络煤矿瓦斯气体监测系统。

2 传感器结点硬件电路的设计

传感器结点电路的设计主要包括两类结点的设计, 分别是移动结点和固定结点。移动传感器结点负责现场的信息感知, 并将现场的信息通过自组网的方式传送到所在簇的簇头。移动结点是根据通信空间的关系或者地理位置的不同分成若干个簇, 每个簇以固定结点为簇头, 簇头作为路由将信息实时的传送到地面监控中心的网关服务器部分, 然后网关服务器将再将接收到的信息传送给瓦斯监控平台, 经过处理后实时显示监测区域的瓦斯浓度。图2为节点关系图。

2.1移动节点与固定节点硬件组成结构

移动节点结构主要由四部分组成:传感器模块、无线通信模块、控制器模块和电源模块。图3为传感器移动节点模块结构图。

考虑系统的性能要求及性价比我们选择加密性强、运行速度快、抗干扰能力超强 (高抗静电ESD保护、EFI测试轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰、宽电压, 不怕电源抖动、款温度范围、芯片电源经过特殊处理) 、超低功耗的STC12C5A60S2单片机芯片, 无线通讯模块我们这里采用射频芯片n RF905, 该芯片广泛应用的射频收发通讯中。

对于固定结点是传感器结点汇聚信息的纽带, 在设计中使用了和移动节点一样的硬件结构, 唯一不同的是固定结点中的汇聚结点增加了RS-485接口通信, 便于与地面进行有线通信。

3 瓦斯数据采集软件的设计

瓦斯传感器结点需要实时采集监测区域瓦斯的浓度, 然后将采集的数据信息进行相应的处理后, 使其构成无线传感器网络, 并将数据信息传输到监控和管理系统。

在井下监控区域内需要建立合适的无线传感器网络系统, 按照功能可分为瓦斯数据采集和瓦斯数据传输两个模块。瓦斯数据采集模块中又包含了瓦斯数据采集和处理。瓦斯数据采集模块流程图如图5-6所示。

瓦斯信息采集后还需要瓦斯处理, 瓦斯数据处理流程图如下。

4 瓦斯数据传输模块软件的设计

瓦斯数据传输模块主要负责通过控制模块处理后进行数据通信。通信设备有两部分组成, 一部分是发射器, 一部分是接收器。图7为传输模块流程图。

5 网络的建立与新结点入网

在自组织的无线传感器网络中, 网络的性能主要依赖于拓扑控制。如何有效的满足网络覆盖和连通度, 去除结点不需要的通信链路, 是传感器网络拓扑控制的主要目的, 这样可以形成一个数据转发的优化的网络结构, 最终延长网络的生存周期。一个好的拓扑结构可以增加路由协议和M A C协议的传输效率。本设计是运用层次型无线传感器网络的拓扑控制, 依据分簇的方法形成一个处理并转发数据的网络。在网络的形成阶段, 首先需要协调器建立一个网络, 然后固定结点和移动结点分别加入到网络中, 对于无线传感器网络, 有许多的信道可以供使用, 为了减少网络的建立时间可设计监测系统在一个固定的信道上, 如果在一个监测区内需要多个无线传感器网络, 则可以将它们固定在不同的信道上, 这样可以减少网络间的相互干扰。建网过程开始后, 固定结点首先要对能量进行扫描, 通过扫描协调器可以获得所规定信道内无线信号的哪些能量高哪些能量低, 以便查得能量峰值, 如果预期设定的可接受标准低于能量峰值, 协调器会继续进行能量扫描, 一直到该信道上能量峰值满足要求为止, 如果能力扫描结果可以接受, 固定结点为即将建立的网络选择一个网络ID作为它的唯一标识。

网络建立起后, 便可以接受未入网的新结点加入到网络, 新结点首先会在提前设定好的一个信道撒花姑娘进行一个固定时间的主动扫描。在扫描国产中, 新结点将向网络中的所有结点广播信标请求信息, 协调器和已入网的结点收到这个信息后会向该结点发送自己的信标帧, 因此在网络连通状况良好的情况下, 新结点将会收到很多个信标信息。扫描结束后, 新结点将会选择与信标中标识允许连接的网络结点进行连接, 如果多个网络结点允许连接, 那么新结点会按照所收到信标帧的顺序来选择靠前的结点连接。如果主动扫描结束后, 新结点没有收到任何一个信标帧, 则新结点会重复主动扫描过程, 直到发现可以连接的网络结点为止。为了使结点可以获取网络中邻居结点的信息, 便于数据传输, 设计每个结点都维护一个记录了该邻居结点信息的邻居表, 对于每一个新结点, 其邻居表初始值为空, 一旦新结点进入到网络, 它将会把信标信息保存到邻居表中, 并将邻居表中的做出记录, 之后新结点将会向网络中结点发送请求加入信息, 该信息包括了结点类型信息, 网络中结点收到这个信息后, 如果允许该结点加入, 则会为该结点分配相应的网络地址, 并将信息存入到邻接表中, 然后网络中的结点向新加入的结点发送应答信息, 包括网络ID、给该结点分配的网络地址等相关参数信息, 新结点收到这个应答信息后, 记录其中的内容, 这样就完成了新结点入网的过程。

6 结语

最后通过传感器节点的软硬件设计, 在实验室及走廊取三个传感器节点进行了实验, 通过数据结果分析, 效果良好。为以后实时运用的煤矿生产现场奠定了基础。

摘要：针对近些年煤矿瓦斯监测不够精确等问题, 本文结合无线传感器网络技术, 提出了基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统的设计方法。根据该设计思想将系统分为信息采集、传送、监控和路由设计等几部分。针对现场实际的需求, 提出固定节点和移动节点的实现方法并对两类传感器结点进行了软硬件设计。结点硬件部分主要包括:控制模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块。软件部分主要包括数据采集采集模块与处理模块和数据传输模块, 并给出了各模块的流程图。

关键词：甲烷,监测,无线传感器网络,节点

参考文献

[1]景旭, 鲁文华.单片机矿井安全监测系统[J].重庆:自动化与仪器仪表, 2003, 2:43-45.

[2]谢满温.高瓦斯水掘工作面瓦斯涌现出规律的研究[J].北京:煤炭学报, 1997, 22 (1) :61-66.

[3]将玉华.高性能遥控瓦斯传感器的研制[J].抚顺:煤矿安全, 1998, 4:6-9.

煤矿瓦斯安全监测系统 篇10

在多年的开采中企业发生过多起瓦斯超限现象, 给矿井安全生产带来了威胁, 其他由于盲目生产, 导致瓦斯超限, 并发生瓦斯爆炸的矿井不胜枚举, 给企业造成了巨大的经济损失。

随着煤矿监测系统的引入, 企业能够更好的进行治理瓦斯, 瓦斯超限立即报警并进行断电, 保证了工作面的安全生产, 但是, 如何更加有效的发挥监测系统在生产中的作用, 需要我们进一步的探索, 因此, 在2010年瓦斯鉴定中, 我们探索性的利用监测系统进行瓦斯等级鉴定, 并取得了一定的成效。

1 矿井监测系统

矿井监控系统包括瓦斯监测系统、抽放监测系统、瓦斯预警系统。瓦斯监测系统对矿井个各采掘活动地点、采区总回、一翼总回的瓦斯、风速、一氧化碳、温度等参数进行监测;抽放监测系统对各抽放地点瓦斯、一氧化碳、流量、负压等参数井下监测。

能够实时、准确、连续的监测井下各采掘工作面的风量和瓦斯变化情况, 是预防瓦斯超限和防范瓦斯事故的重要手段之一, 是执行“瓦斯治理十六字”工作体系的重要一环 (通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位) , 也是确保煤矿工人人身生命安全不可缺少的保障。

瓦斯预警系统基于瓦斯监控系统, 对井下的瓦斯、一氧化碳、风速等数据进行分析处理, 及时有效的发现瓦斯等参数异常变化情况, 对异常地点进行预报和预警, 以便及时采取相关措施进行治理。

2 利用监控系统进行瓦斯等级鉴定

人工瓦斯鉴定工作在实施的过程中比较繁琐并且容易造成误差, 1) 人工测定时间不能保证统一, 矿井瓦斯涌出在不同时间瓦斯涌出量存在差异;2) 仪器仪表 (风表、温度计、光学瓦斯机) 的使用, 仪表之间测定存在误差, 人使用之间也存在着误差。因此, 监控系统成为瓦斯等级鉴定的一种可行的研究方法。

任楼煤矿在2010的瓦斯等级鉴定中探索性的在人工鉴定的同时, 利用监测系统进行瓦斯等级鉴定, 并取得了一定的成效。

在瓦斯鉴定之前, 利用瓦斯预警系统对全矿所有采掘工作面的瓦斯涌出情况进行动态分析, 得出每天的瓦斯涌出最大值和时间段, 确定瓦斯鉴定当天的具体时间段, 在瓦斯等级鉴定当天利用KJ90NB瓦斯监控系统在规定时间内进行数据捕捉, 并生成表格供技术人员分析, 得出结论。同时利用人员定位系统监测参与瓦斯等级鉴定的人员的到位情况和时间段, 确保鉴定结果的可比性。

3 效果分析

根据瓦斯监控系统数据计算, 矿井最大风排瓦斯量为15.45m3/m in, 根据瓦斯鉴定人员现场实测数据计算, 矿井最大风排瓦斯量为15.70 m3/min。监控数据和人工测定数据计算的最大风排瓦斯量差值为0.25m3/min, 误差率为1.64%。数据如下表所示:

4 结论

1) 利用监测系统取代人工进行瓦斯等级鉴定, 节省大量人力和物力, 同时也能保证获取数据的时效性、准确性。

2) 为了更精确的计算瓦斯涌出量, 建议采掘工作面T2传感器位置建立标准测风站, 采区总回、一翼总回内建立永久测风站。并将瓦斯、风速、温度等传感器安设在测风站内, 保证巷道断面的标准, 计算风量更准确。

3) 利用监控系统进行瓦斯等级鉴定具有较高的推广价值, 对于二氧化碳数据无法监测的问题, 矿井可以根据需要增设二氧化碳传感器。

参考文献

[1]Administrationofnational security.Minegas classification specification[M].Beijing:Coal Industry Press, 2007.

[2]国家安全管理总局.矿井瓦斯等级鉴定规范[M].北京:煤炭工业出版社, 2007.

[3]Anhui Province Economic Commission.Anhui coal mine gas classificationRules[M].Hefei:Anhui Economic Commission Office, 2008.

煤矿瓦斯安全监测系统 篇11

关键词：安全监测监控系统；布置；构成

中图分类号：TD76文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0174-02

煤矿安全监控系统是指对煤矿的瓦斯、风速、一氧化碳、烟雾、温度等环境参数和矿井生产运输提升排水等环节的机电设备工作状态进行监测和控制，通过对被测参数实施实时有效的控制，及时实现自动报警断电和闭锁，便于制止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线。矿井监测监控系统是煤矿企业安全、集约、高效生产的一种现代化高科技保障手段,对改善我国煤矿的安全状况、提高煤矿生产效率和现代化水平起到了重要作用。

1工程概况

呼图壁县东沟煤炭有限责任公司煤矿矿井设计生产能力0.9 Mt/a，本矿井为主、副井开拓，主井采用带式输送机运输原煤，副井利采用单钩串车提升。矿井为低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，煤层均属易自燃煤层。为确保矿井生产的安全可靠，对煤矿井下工作场所的环境参数及各主要生产环节的设备状态进行连续监测、并实现各主要生产环节自动化控制，以实现对矿井自然灾害的综合治理及矿井生产的安全。

2安全监测监控系统内容

2.1网络结构

①确定矿井装备一套KJ90NA安全监测系统。其信息检测及分站等设备的布置完全按照矿井特点设置，使各部分设备都能被充分合理地运用，以满足矿井管理的要求。煤矿可根据矿井生产情况增减传感器及分站，以增强监控系统功能。

②为保证井下工作人员的安全，并加强人员管理，矿井设计选用KJ256型井下人员定位子系统一套，系统可实现对井下作业人员及运输车辆位置的监测查询，进行实时的全程及全覆盖跟踪和监控，使管理人员能够随时掌握井下人员及运输车辆分布状况，以便于进行更加合理的调度管理。同时，当事故发生时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

2.2系统构成

2.2.1安全监控系统的构成

由监测主机、分站和各种传感器等设备组成，主要用于对井下各采掘工作面、运输巷、回风巷的瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、粉尘、风速、负压、温度等环境参数，以及矿井主要采掘、排水及通风等设备的运行状态进行监测。分站和传感器采用本质安全型设备。系统具有足够的运算能力和存贮容量，可对所监测的各类参数进行统计、存贮、分析、实时处理、显示、报警、报表及打印等功能。

2.2.2人员定位系统系统的构成

主要设备包括地面监控主机、井下监测分站、无线编码接收器及配套矿用电源等。对井下作业人员监测查询，进行实时的全程及全覆盖跟踪和监控，使管理人员能够随时掌握井下人员布状况，以便于进行更加合理的调度管理。同时，当事故发生时，救援人员也可根据井下人员及设备定位系统所提供的数据、图形，迅速了解有关人员的位置情况，及时采取相应的救援措施，提高应急救援工作的效率。

根据井下监控分站的设置位置，部分安全监控系统的分站电源（隔爆兼本安型防爆电源）需与分站分开设置，分站电源就近设在中央变电所或主运输巷配电点及机电硐室内。安全监控系统的电源电缆和传输电缆采用符合MT818标准的铜芯橡套电缆和通讯电缆。

3监测监控点的设置

3.1监控分站设置

安全监控及人员定位系统设备环境监测分站设置：分为地面及井下两部分，环境监测分站分别选用（KJ90N-F（16）型和（KJ90N-F（8）型分站设备。

①井下环境监测分站：针对井下巷道布置情况，在井下共设8个环境分站，井下分站具体分布如下：井下中央变电所（1 FZ）、二采区回风上山掘进面（2 FZ）、主井与一采区轨道下山联络巷（3 FZ）、1W4-202工作面回风顺槽掘近面入口处（4 FZ）、1W4-202工作面回风顺槽掘近面（5 FZ）、+1 520 m水平运输石门（6 FZ）、1W4-201工作面（7 FZ）、+1 555 m水平轨道石门（8 FZ）。

②井下设1个永久避难硐室、3个临时避难硐室，在每个永久（临时）避难硐室内均设有监控分站。

③地面设有4个环境监测分站：分别设在地面扇风机房（9 FZ）、主井井口房（10 FZ）、地面生产系统（11 FZ）、地面35 kV变电所。

3.2传感器布置

①回采面传感器的布置。采煤工作面设置如下：传感器，CH4传感器、CO传感器、CO2传感器、声光报警、T温度传感器、Q馈电状态传感器、D断电仪、DJ机载断电仪、KT设备开停传感器，其中装于采煤工作面侧的甲烷传感器报警浓度为1.0%的CH4，断电浓度为1.5%的CH4，复电浓度为<1.0%的CH4，装于进风巷的甲烷传感器报警浓度为0.5%的CH4，断电浓度为0.5%的CH4，复电浓度为<0.5%的CH4，装于回风巷的甲烷传感器报警浓度为1.0%的CH4，断电浓度为1.0%的CH4，复电浓度为<1.0%的CH4，断电范围为工作面及回风巷中全部非本质安全型电气设备。

②掘进面传感器的布置。掘进工作面设置CH4传感器、CO传感器、CO2传感器、声光报警、T温度传感器、Ft风筒开关传感器、Q馈电状态传感器、D断电仪、Fm风门传感器、Fv风速传感器、KT设备开停传感器。装于掘进头侧的高低浓度甲烷传感器报警浓度为1.0%的CH4，断电浓度为1.5%的CH4，复电浓度为<1.0%的CH4，其中装于出口侧的高低浓度甲烷传感器报警浓度为1.0%的CH4，断电浓度为1.0%的CH4，复电浓度为<1.0%的CH4，断电范围为掘进巷道内全部非本质安全型电气设备；当检测到局部扇风机风筒风量低于规定值或瓦斯超限时，立即停止局部扇风机和切断掘进工作面的所有非本质安全型设备的供电电源。

③永久避难硐室及临时避难硐室内、外设置有CH4传感器、CO传感器、CO2传感器、O2传感器、T温度传感器、Fm传感器。

④其它地点传感器的布置。在煤仓上下装煤点处装设瓦斯传感器，装煤点瓦斯传感器的报警浓度≥0.5%的CH4。回风顺槽及回风顺槽的测风站设置风速和CH4传感器。风硐设置风速传感器和负压传感器,主扇风室设负压、瓦斯、风速及设备开停检测传感器。安全监控传感器通过分站将监控信号传至地面中心站；地面中心站通过对井下用电设备的开停，风门状态，风筒状态，水仓水位等进行实施监测。

3.3矿用人员监测读卡分站及设置无线编码接收器设置

矿用人员监测读卡分站，主要设在变电所及水泵房（1RD）、+1 555 m水平回风石门（2RD）并在井下进出人员、分支处设置人员无线编码接收器，接收井下人员携带的无线编码发射器发出的信号，传给读卡分站及地面控制中心，实现对动静态目标（井下工作人员）定位、跟踪，进行实时的全程及全覆盖跟踪和监控，使管理人员能够随时掌握井下人员、设备的分布状况和每个矿工的运动轨迹，以便进行更加合理的调度管理。

4结语

随着计算机技术的发展，高性能的煤矿监测监控系统在我国有着广阔的前景，并已经渗透到采掘机运通的各个环节。但是在现场应用中，还是有一些监测监控设备不太实用，希望科研院所尽快开发出符合现代化矿井发展要求的产品，充分发挥监控系统在煤矿安全生产中的作用。

参考文献：

[1] 闫广祥,郭圣义.数字化煤矿安全监测监控系统的应用与实践[J].中国煤炭,2004,(2).

煤矿瓦斯爆炸安全预警系统研究 篇12

目前, 我国多数煤矿企业已经对矿井瓦斯含量、地下水位、温度、顶板压力等环节进行了自动化监测, 这对保障煤矿的安全生产起到了积极的作用。但是, 大多企业只是对原始数据进行简单地报警、显示存储, 获得的信息通常是相互独立的数据, 且大多是非线性变化的, 对监测数据之间的内部联系研究不足。此外, 如何从模糊和随机的大量数据中挖掘有用的信息也是亟待解决的问题。

为此, 针对煤矿监测系统所提供的数据具有冗余性、互补性与合作性的特点, 以数据挖掘技术为基础, 并结合数据融合技术的原理, 构建出煤矿瓦斯爆炸安全预警管理系统。采用数据挖掘技术对安全监测数据进行处理, 提取隐藏在其中的有用信息并分析规律, 运用信息对新的监测数据进行融合, 以期及时了解和发现事故的状态和趋势。

2 煤矿瓦斯爆炸安全预警系统原理

在煤矿安全预警相关理论的指导下, 借鉴文献研究成果, 本文构建出基于数据挖掘的煤矿瓦斯爆炸安全预警系统, 如下图所示。

煤矿瓦斯爆炸安全预警管理系统分为两步:首先通过对煤矿瓦斯爆炸历史监测数据进行数据挖掘, 建立数据融合的模板;然后对监测数据进行融合:新监测数据被送到系统中, 首先查询数据库, 确定检测数据的融合结果是否已经存入库中, 若已存入库中, 则直接输出库中存储的结果;若未存入库中, 则将其输入数据与融合结果一并存入数据库中, 以降低数据库的模糊度。

该安全预警系统是周期性工作的。当大量新的有代表性的监测数据输入系统, 数据融合模版与新的数据不再匹配, 输出误差超出限制时, 可启动预警系统的下一个工作周期:在存储了一定数量新数据的基础上, 通过数据挖掘模块重新建立融合模板, 并通过该模板融合新的数据。如此循环工作, 不断的进行自我纠正, 融合的模板将更为准确, 数据库也更完备, 使该系统的性能大大提高。

3 安全预警管理系统数据挖掘模块设计

本文主要采用粗糙集 (RS) 理论和径向基 (RBF) 神经网络相结合的方法。粗糙集 (RS) 理论首先对检测数据进行属性约简, 保持原信息系统分类能力不变的情况下, 对数据属性进行约简, 剔除冗余成分, 导出问题的决策分析;径向基神经网络具有较强的分类能力, 网络的权值可由线性方程组地推计算, 从而大大加快了学习速度并避免了局部极值问题。

3.1 评价指标体系的确定

评价指标体系的选择和确定是评价研究对象的基础和关键, 直接影响到评价的精度和结果。指标体系应能反映掘进面瓦斯爆炸事故的特征和基本状况, 以反映系统存在的危险状态为目标。因此, 指标体系的构成要素对评价过程至关重要, 选择的因素太多, 可能过分增加系统指标体系结构的复杂程度和评价的难度, 并且有可能掩盖了主要的关键因素;指标因素过少, 评价过程虽然简单易行, 但难以全面反应系统客观状况, 因此必须科学、客观、全面的确定指标体系。

在遵循安全评价原则的前提下, 依据三类危险源的观点, 通过对瓦斯爆炸“三要素”诱发因子的分析, 结合实地调查研究, 确定瓦斯爆炸危险源评价指标体系。瓦斯爆炸危险源评价指标体系包括三大类, 共涵盖 28个评价指标:其中, 第一类危险源是指固有存在的危险物质等因素, 包括平均断层落差、瓦斯浓度、顶板状况、平均瓦斯涌出量、自燃发火期;第二类危险源是能够约束第一类危险物质能量的措施等因素, 即机械设备保养维修合格率、瓦斯抽放设备完好率、设备故障率、安全防护设备完好率、风量供需比、温度控制合格率、通信设施完好率、通防设施完好率、局扇完好率;第三类危险源是指个人或组织管理等因素, 即安全管理组织机构设置合理性、外部监察、技术人员平均工龄、专业安全管理人员占有率、工人受教育年限、工人平均工龄、工人技术水平达标率、“三违”发生频率、工人平均受培训时间、安全投入兑现率、监管有效性、管理干部安全监察水平、违规违章惩罚到位率、安全信息管理体系、安全系统信息化体系。

3.2 评价等级的确定

根据煤矿安全生产的特点及其影响因素, 可将瓦斯爆炸安全评价等级分为五个级别, 如下表所示。

3.3 应用 RS 方法进行评价样本属性约简

对监测数据进行属性约简, 从而简化网络结构, 缩短网络训练时间, 提高识别精度, 简化表中的内容也更直观, 同时简化后的决策表要与原决策表具有相同的功能。

3.4 运用径向基 (RBF) 神经网络模型进行分类

使用粗糙集对原始瓦斯爆炸危险源评价指标样本数据属性约简后保留了瓦斯爆炸危险源评价指标体系的核心属性, 这大大减少了计算量, 简化了计算过程。然后根据约减后的核属性对所研究的瓦斯爆炸危险源评价样本进行多级分类。

4 实际算例

4.1 样本数据收集

本文在建立煤矿瓦斯爆炸安全管理模型的基础上, 以山西官地煤矿等各主要煤矿所收集的历史数据作为评价专家样本, 结合生产现场的实际情况收集资料进行安全评价, 以此检验评价模型的可行性、适用性。

4.2 RS 约简

用Rosetta工具对样本数据进行预处理, 对预处理后的决策表属性约简, 约简得到的结果为:平均断层落差、瓦斯浓度、平均瓦斯涌出量、机械设备保养维修合格率、设备故障率、安全防护设备完好率、通防设施完好率、安全管理组织机构设置合理性、外部监察、技术人员平均工龄、工人平均工龄、工人平均受培训时间、安全信息管理体系与安全系统信息化体系。

4.3 RBF神经网络分类

运用粗糙集理论对原始样本进行属性约简保留了14个核属性, 进而运用RBF神经网络的基本原理对这14个核属性进行多级分类。评价结果为第三种安全等级——中等级 (Ⅲ) 。

4.4 结果分析

通过上述指标分析, 第一类危险源对第二类危险源中的子因素作业环境有显著效应;第二类危险源中的子因素防护设备对第一类危险源有显著效应;第三类危险源中的子因素安全管理组织因素对第一类危险源有显著效应;第三类危险源中的子因素安全管理组织因素对第二类危险源中的机械设备可靠性子因素和防护设备子因素有显著效应;第三类危险源中的子因素安全信息管理体系因素和子因素安全系统信息化体系因素对第一类危险源与第二类危险源有显著效应。由此可见, 三类危险源中的评价指标是相互联系, 相互影响的。

另一方面, 上述评价样本的评价结果比对实际情况, 两者相符合。因此, 样本在经过粗糙集理论的约简后, 保留下的核属性依然保有较高的评价分类能力。同时, 径向基神经网络的功能就在于它能够对评价样本作出较为正确的区分, 这表明, 该评价模型有良好的适用性。

粗糙集约简后保留下了14个核属性, 对应的危险源评价指标分别是平均断层落差、瓦斯浓度、平均瓦斯涌出量、机械设备保养维修合格率、设备故障率、安全防护设备完好率、通防设施完好率、安全管理组织机构设置合理性、外部监察、技术人员平均工龄、工人平均工龄、工人平均受培训时间、安全信息管理体系与安全系统信息化体系。这样的分析结论正是指导我们要在平日的安全工作中加强对这些保留下的核属性的监控和防范, 与此同时, 对其余较为薄弱的环节也不可掉以轻心, 这样才能起到对煤矿瓦斯事故的预防和控制的目的。

5 结 论

煤矿安全事故是在多个方面共同作用下发生的, 对煤矿事故的管理必须要从“硬件”和“软件”两方面同时着手, 既要不断完善安全管理法规、保证安全设备、机械等的可靠性, 同时更要科学管理, 提高基层职工安全意识, 完善安全信息管理体系。

本文只针对煤矿瓦斯爆炸危险源进行研究, 而煤矿有瓦斯、水、火、顶板、矿尘五大灾害, 且各种灾害之间往往联系紧密, 相互影响。因此, 对每一种灾害系统进行充分研究是进行矿井综合安全评价的基础, 对矿井的综合评价及预警还需要开展大量的研究。

摘要：煤矿安全检测至关重要的一点在于能够捕捉到当前煤矿的安全状况并预测其趋势, 以做好防范措施, 但目前在这方面的研究相对较少。本文针对煤矿监测数据的特点, 以数据挖掘技术为基础, 并结合数据融合技术的原理, 构建出煤矿瓦斯爆炸安全预警管理系统。采用数据挖掘技术对安全监测数据进行处理, 提取隐藏在其中的有用信息并分析规律, 运用信息对新的监测数据进行融合, 以期及时了解和发现事故的状态和趋势。

关键词：煤矿安全管理,数据挖掘,预警

参考文献

[1]袁昌明, 张晓冬, 章保东.安全系统工程[M].北京:中国计量出版社, 2006.