潞寧礦煤礦數字安全監控系統應用

耿志忠

（山西潞安集團潞寧煤業監測監控中心，山西 忻州 036000）

計算機的處理能力、操作系統的功能、界面也在隨之不斷的更新，軟件越來越人性化、功能越來越豐富，統計監測各類危害氣體等數據越來越精準。為了將新技術引入到煤礦安全監測、監控系統，提高煤礦安全監測、監控系統的易用性、穩定性、準確性以及數據等共享性，潞寧煤礦引進KJ83N（A）煤礦數字安全監控系統，用于煤礦或非煤礦井下各種有害氣體及頂板壓力的動態監測監控使用。

1 煤礦數字安全監控系統簡介

煤礦安全監控系統是煤礦和煤礦工人生命安全忠實的“保護神”。

千里鼻：能聞到井下瓦斯、一氧化碳等危險氣體的濃度。

千里耳：能聽到井下設備開停、風速、風量、壓力等。

千里眼：能看到井下人員移動、風門狀態、風筒狀態等。

千里手：在瓦斯超限等緊急狀態下，能用無形之手，代替人們自動實施拉閘斷電等控制行為。

KJ83N（A）煤礦數字安全監控系統主要是監測、監控礦井下各種有害氣體及各種機電設備的工作狀態，如井下的甲烷、一氧化碳、氧氣、煙霧、粉塵、風速、溫度、頂板壓力、主備扇風機的負壓以及局部通風機、膠帶運輸機、采煤機、開關、磁力啟動器等運行狀態和參數等。運行的系統平臺包括Windows XP、2003系統。

KJ83N（A）煤礦數字安全監控系統包含兩方面功能，一是監，即監測；二是控，即控制。兩者相輔相成，互相依存。監測信息的測量、傳遞和顯示，它為控制提供依據。控制，是依據監測提供的信息自動對目標實施行為控制，是監測的目的之一。

圖1 KJ83N(A)安全監控系統圖

KJ83N（A）安全監控系統由地面中心站、CAN轉以太網設備、調職解調器、井下分站、各種礦井傳感器、礦井機電設備以及KJ83N（A）安全監控軟件組成，整個系統搭的簡單組成如圖1所示。

2 工作特性

KJ83N(A)煤礦數字安全監控系統，其軟件具有以下特性：

煤礦前端軟件：是基于單機版的軟件。整套軟件是由兩大部分組成：基于CS桌面系統的數據采集中心站軟件（信息接收系統軟件構架如圖2所示）、基于BS結構的數據分析展示系統設置等一系列的監控軟件（網絡監控系統技術構架如圖3所示）。

圖2 信息接收系統軟件構架

圖3 網絡監控系統技術構架

軟件網絡通訊底層采用Windows面向連接的套接字通訊技術，使得網絡通訊更加穩定安全可靠。數據庫采用 SqlServer（2000、2005、2008）其中的任意一個版本，便于二次開發和數據資源功能等。監測點超限可一控多、多控一，不同分站間互相控制與手動控制，可用軟件測點定義來實現較為復雜的邏輯控制功能。超上限控制、超下限控制靈活選擇。開關量測點可控制斷電便于實現風電閉鎖，查看任意時間段內的測點變化趨勢和曲線等，用戶可以自由定制報表格式。

3 人員管理定位系統應用

3.1 方案設計

3.1.1 可伸縮的系統構架

為了實現系統的可伸縮性能，同時提供對二層次傳統Client/Server模型以及三層次Browser/Server模型的支持，系統將整個軟件系統從邏輯上重新劃分為通訊處理平臺、數據庫中心、Web應用服務器、綜合處理客戶端四個基本構件。根據實際的應用需求，這四個基本構件可以安裝在同一臺物理機器上，也可以分別安裝在不同的機器上或進行冗余配置。為了實現不同地域不同人員對系統的聯網使用要求，通過綜合處理客戶端或通用瀏覽器就能夠實現對系統的多源并發訪問。

3.1.2 設備布置

根據圖紙配置井下讀卡分站及識別器的安裝。

讀卡分站布置位置考慮取電方便，就近能接入最多識別器，節省最多線纜的原則。

動態目標識別器的布置原則為：

1）主副井口安裝目標識別器，監測下井人員信息，并作為上下井的考勤依據；

2）井下機電硐室安裝動態目標識別器，監測進入井下各機電硐室重要區域的人員，設置準入規則，限制人員進入報警；

3）井下皮帶運輸巷、輔助運輸巷、行人巷、進風行等地方拐角以及重要區域設置動態目標識別器，監測路過人員信息；

4）井下回風巷、專用排瓦斯巷入口設置動態目標識別器，工作人員進入該區域報警；

5）井下炸藥庫、無軌膠輪車加油硐室等特殊地點安裝動態目標識別器，設置準入規則，限制人員進入報警。

3.2 系統實現的功能及其性能

RSSI是目前Zigbee和WiFi網絡采用的主要定位方法，它依據無線信號的傳輸損耗模型計算移動節點與錨節點間的距離[1]，大尺度對數距離傳輸損耗模型如下式表述：

式中：Pr（d）為與發射點距離為d處的接收信號強度表達式，dB·m；A0為該節點的發射功率；γ0為自由空間路徑損耗指數，γ0=2；d0為接收功率的參考點；γ為實際的路徑損耗指數；Xσ為零均值的高斯分布隨機變量，標準偏差為σ，σ越大，表示模型的不確定性越大[2-3]。

無線信號的傳輸損耗模型受環境影響大，尤其在傳播模型復雜的煤礦井下，點到點的傳輸損耗無法統一建模，往往必須依靠增加錨節點的密度通過全局優化算法來控制定位誤差[4]。

為了支持精確定位系統必備的實時地理跟蹤功能，實現礦井地圖的顯示、放大、縮小、平移和導航等，系統在解析AUTODESK公司DWG格式文件的基礎上，在非AUTOCAD環境下構建了一個輕量級的GIS平臺，為人員與設備精確位置監測提供地理信息和圖形界面支撐。定位演示圖如圖4所示。

圖4 定位演示圖

4 瓦斯監控管理內容

4.1 采掘生產系統監控管理

在瓦斯抽放監控領域，經過長時間的努力，研制“V”錐流量計（具體比較見表1），含管道溫度、壓力監測，一個傳感器相當于3個傳感器，綜合性能優越。在數字化的采掘工程平面圖上對采煤工作面和掘進工作面的適時位置進行活化處理，根據其推進度按時更新，系統將根據其更新的適時位置線對推進前方影響區域內瓦斯情況進行分析、評價、預測、預報、預警。

表1 多種流量計的綜合性能比較

4.2 監測系統監控管理

監測系統以采掘工程平面圖為基準，新建管道紅外甲烷濃度傳感器（具體性能比較表2所示）及必備的監控內容，設計有傳感器說明牌、傳感器監測表，對監測數據進行定性、定量分析、評價的監測表，實現對監測傳感器的定位管理，對監測數據、監控區域的預測、預報、預警，判斷更直接、快速。

表2 性能比較表

4.3 瓦斯地質信息監控管理

瓦斯地質以采掘工程平面圖為基準，劃出高瓦斯區、高瓦斯帶、突出威脅區、突出危險區，隨采掘工作面推進按監測表要求，隨時進行預測、預報、預警。

5 結 語

KJ83N煤礦安全監控系統實現了煤礦各類環境和生產參數的監測與顯示、報警與控制及瓦斯管理的監測與顯示，并能在井下進行人員定位，實現了井下多系統信息共享、數據共纜傳輸和局部環境的自動化控制。