綜合監控系統在礦井輔助運輸系統中的應用研究

陳文波

（平泉煤業有限公司，山西 高平 048400 ）

在計算機技術與傳輸技術飛速發展的影響下，越來越多的地方開始應用數字化的視頻傳輸技術。把數字化遠程視頻監控系統引入礦井安全監控系統也是礦井現代化、自動化、智能化發展的一大趨勢。平泉煤業經過兼并重組以后，原來調度絞車的信號是通過語音信號裝置打點和通訊，操作不方便，經常出現信號不清，不能滿足現代化礦井安全生產的需求。為了改善平泉煤礦井下輔助運輸系統中存在的安全隱患，提高井下輔助運輸系統的安全性和可靠性，平泉煤業為礦井輔助運輸系統設計了一種綜合監控系統。

1 綜合監控系統的含義及作用

該系統相對較復雜，具有一定的綜合性與系統性，需用到很多先進技術，如視頻采集技術、數據壓縮還原技術、傳感器技術以及網絡傳輸技術等。礦井裝設的綜合監控系統，應用了單對雙絞線數字傳輸技術以及Wi-Fi通信技術等，同時應用了固定音、視頻監控模式與移動音、視頻監控模式相結合的方式進行全面監控。

平泉煤業礦下151軌道大巷應用的是SQ-120/132B型無極繩連續牽引絞車進行運輸作業，該運輸系統采用了遠程視頻監控系統，絞車控制人員在日?？刂平g車的作業中，對于絞車運行情況，一方面可借助梭車的無線攝像機進行觀察，另一方面也可通過軌道上分布的攝像機觀察前段軌道情況，不僅有助于全方位第一時間發現事故苗頭，提供第一手的重要圖像資料供事故分析參考，而且加上手機打點系統、輔助的告警系統、無線通信系統，能夠大大地增加絞車的安全性，提高絞車運行效率。

2 綜合監控系統的組成

無極繩連續牽引車綜合監控系統的大致框架如下圖1所示。

該系統主要由視頻終端部分、警示單元部分、手機通信終端部分、無線基站部分、網絡接口部分、監控顯示終端部分以及后備電源等七大部分組成。這七大部分又是由很多小部分組成的，同時它們也具有一些各自的功能，具體如下：

（1）視頻終端：主要由數字無線攝像機、有線網絡攝像機、本安紅外燈組成。是視頻圖像前端采集設備，能夠在無線基站間實現漫游切換。

（2）警示單元：主要由數字本安廣播組成。可連接于無線攝像機，實現移動式廣播。同時能夠實現與后方監控終端的雙向語音對講功能。

（3）手機通信終端：主要由礦用本安三防手機組成。此手機可在無線基站覆蓋區域內進行無線通信，且在隔爆計算機的相關軟件的支持下可進行手機打點等操作。

（4）傳輸部分：網絡傳輸平臺主要由無線基站以及礦用通信線纜等部分組成。其中無線基站借助定向天線，可在沒有遮擋的地區實現500 m左右的信號覆蓋（具體應根據巷道實際環境情況來確定）。網絡接口可實現不同數據及相關協議的順利轉換。

（5）監控顯示終端：該終端由防爆計算機與其相關軟件組成，借助此終端可實時監控前段視頻，同時可進行前端視頻錄像，并能與數字廣播進行對講，充當打點系統服務器等。

（6）后備電源：可為系統提供電力供應和后備電源支持。在系統停電的情況下維持系統的正常運行。

圖1 無極繩連續牽引車綜合監控系統架構圖

3 系統主要特點

（1）數字本安技術。監控終端及傳輸平臺均為本安設備，適合于井下任何環境，特別適合采掘面、回采巷道的使用。

（2）無線數字移動音視頻技術。在傳統的有線方式無法滿足系統音頻與視頻的傳輸的情況下，通過在系統中應用無線信號傳輸，這樣黑暗中移動物體成像便會清晰可辨，可很好地解決終端設備的線路拖動難題，有效減少巷道布線量。先進的視頻漫游技術，適合無極繩連續牽引車的移動視頻監控需求。

（3）主干雙絞線的數據傳輸。無線基站間的數據傳輸使用雙絞線連接方式，線纜布防簡單，維護方便，特別適合無極繩連續牽引車的使用環境，解決了以往光纜傳輸存在的回撤熔纖等問題。

（4）低照度、強光抑制數字攝像技術。因礦井作業環境較惡劣，井內大多陰暗潮濕，采用低照度，具有強光抑制作用的數字攝像機來進行礦井拍攝作業，可獲得更清晰的圖像，這樣可很好地克服部分常規攝像機因不能有效避免燈光直射，在進行礦井拍攝作業時，拍出的圖像大面積發白的難題，可獲得更逼真、更高質量的圖像，對監控中心的觀察更有利。

（5）本安紅外燈，可很好地解決礦井內存在的無光照明問題。很多礦井坑道內無光線，即使借助低照度攝像機進行拍照，拍出的圖像通常也會存在嚴重的雪花點現象，而采用本安紅外照明技術進行拍照，即便拍照環境全黑，拍出的圖像一般也會清晰可見，借助此技術進行拍照，可獲得清晰的采掘工作面圖像。

（6）綜合性的解決方案。系統集成無線視頻監控系統、無線通信系統、廣播對講、打點系統等多個子系統，系統會具有更強大的功能，可有效解決無極繩連續牽引車運用時存在的多數難題，進一步提升絞車運行的安全性與高效性。

（7）可直接接入井下工業以太網，兼容性強。可直接接入井下工業以太網，實現異地觀看、指揮等。

4 系統方案設計

4.1 詳細設計

4.1.1 傳輸鏈路設計

平泉煤業井下無極繩連續牽引車系統配置有主機、張緊裝置、梭車、尾輪、壓繩輪、托繩輪以及轉向裝置等。其尾輪和軌道會根據需要調整覆蓋長度，在實際生產作業中，為使設備安裝與維護更方便，人們可把傳輸基站布設為雙絞線的形式?？砂?51運輸線路布設為絞距為3.5 cm左右的兩對雙絞線，可用雙絞線中的兩芯來傳輸信號，另外兩芯作為備用，并布設六臺雙絞線傳輸基站。下圖2為平泉煤業151巷道無極繩絞車運輸系統布設現場圖。

圖2 平泉煤業151巷道無極繩絞車運輸系統布設現場圖

4.1.2 無線基站布站設計

因平泉煤業151軌道運輸大巷存在的起伏部位或轉彎部位較多，因此在布設無線基站時，應對無線基站的實際覆蓋效果加以考慮。對于一些較平直沒有太大起伏的巷道，可把兩相鄰基站的距離布設為500 m，對于一些存在較多轉彎部位的巷道，在巷道水平轉彎處也應布設無線基站，并應讓基站的兩個天線都朝向巷道實際轉彎方向，以確保無線基站的信號能全面覆蓋巷道轉彎部位。圖3（a）、（b）分別表示了151巷道無極繩絞車基站的垂直分布示意圖與水平分布示意圖。

圖3 151巷道無極繩絞車基站分布示意圖

4.1.3 終端控制設計

可采用15寸隔爆屏并兼本安計算機本地查看功能與本地錄像功能為一體的計算機作為控制終端，并應為控制終端配置本安多功能鍵盤，以實現與前端本安廣播的順利對講。同時應為計算機預留數據接口，以能與其他自動化控制信號及時高效地進行數據對接，結合手機打點技術，為絞車的無人開停打下堅實基礎。計算機安裝打點控制，語音廣播等軟件，充當綜合服務器功能。

4.1.4 無線攝像儀設計

設計梭車上安放 2 臺無線攝像機作為無線視頻終端，配置本安紅外燈，提供黑暗環境下的攝像機補光。

4.1.5 有線攝像機設計

在絞車經過的巷道人員聚集區域或人員突然出沒的巷道岔口區域安裝固定攝像機，讓絞車司機能夠提前掌握該區域的人員活動情況，提前減速等。固定攝像機可以就近接入無線基站。攝像機也可以根據巷道照明情況選擇是否使用紅外燈。

4.1.6 局部通信設計

配置3部礦用本安手機，來進行礦井無線通信，并配合網絡接口以及隔爆計算機軟件來讓手機實現移動式打點。

4.1.7 語音警示設計

給梭車裝備一臺本安廣播分站，該廣播分站應能實現與隔爆計算機成功進行語音對講，以支持梭車安全運行。

4.2 系統功能

（1）監控人員可把攝像機直接布設于絞車的位置對絞車進行監控，以更仔細地觀察車輛運行情況，以更科學、合理地指揮作業現場，有效提高絞車運輸的安全性。

（2）系統集成了開車打點系統，能夠通過手機實現對遠端的無線打點，有效解決以往半路停車無法打點問題。按相應的手機鍵，計算機播放對應的提示音，計算機屏幕上提示相應的圖標，標示出停車、快速上行、快速下行、慢速上行、慢速下行、緊急剎車等操作提示。系統對外提供I/O接口，一旦有手機發出打點信號，系統可自動輸出剎車急停信號，用于控制相關機電設備實現自動緊急停車。

（3）先進的全功能多媒體鍵盤能夠使計算機操作者方便操作計算機和數據維護。

（4）獨特的WIFI通信系統，能夠為手機與計算機、手機與手機之間提供可靠的語音通信服務，較長的待機時間也省去以往對講機的每日充電難題。

（5）可把音視頻一體化無線監控技術應用于系統中，來更好地指導絞車運行，必要時提供語音警告，這樣可更好地保障絞車安全運行。此外本安式數字廣播技術同時提供雙向的語音通信技術，有效解決了梭車與絞車房的通信問題。

5 結語

平泉煤業礦井輔助運輸系統中應用該種綜合監控系統后，經實踐檢驗，輔助運輸事故率大幅降低，有效提高了礦井輔助運輸系統無級繩牽引車運行的安全性、高效性，為企業創造出了更多經濟效益。