煤礦環境監測系統設計

張琦

（黑龍江龍煤雙鴨山礦業有限責任公司科技研究開發中心，黑龍江 雙鴨山155100）

煤礦能源作為基礎能源，為社會生產建設提供了極大的動力。但在人類的過度開發下，煤礦資源儲量不容樂觀。這意味著煤礦資源的開采難度增大，通常需要進行井下作業。與地面環境相比，井下環境更加復雜，具有較高的危險系數。對煤礦環境進行檢測是很有必要，有利于確保采礦環境的安全性。能夠及時地發現不安全因素，并采取有效的措施予以解決。在安全監測系統的運作下，煤礦意外事故發生的概率得到有效控制。近年來，信息技術發展取得了突破性進展，在技術的支持下，安全監測系統十分智能化。將其引用到煤礦開采行業中，能夠保障采礦作業的安全有序，避免很多不必要的麻煩。在煤礦環境監測系統的設計階段，值得注意的事項有很多。

1 煤礦環境監測系統

我國煤礦開采工作已經進行了多年，易于開采的煤礦數量不斷減少。但社會生產建設對煤礦能源的需求量卻在逐年增長，煤礦開采工作面臨著更高的要求。目前常見的煤礦礦井類型，主要是濃度極高的瓦斯礦井。這種礦井的危險系數較高，一旦發生安全事故，將造成重大的人員傷亡。同時，新建礦井的數量又在不斷增多，使得礦井的地質情況十分復雜，礦井地質結構穩定性得不到有效保障。煤礦環境監測系統的主要功能，就是幫助工作人員掌握礦井情況。在礦井中安裝大量的環境傳感器，一旦礦井環境出現異常，能夠及時地檢測到，系統會向工作人員發送安全預警，給工作人員足夠的撤離時間，避免造成采礦人員的傷亡。雖然信息技術已經發展到比較先進的程度，但在煤礦環境監測系統設計階段，需要充分考慮到煤礦環境的特點，確保系統設計能夠滿足煤礦行業的需求。

本文是煤礦礦井環境監測系統設計思路，主要內容包括系統功能模塊的設計，系統數據庫的設計、系統是基于B/S 架構來設計的，對系統的服務處又進行設計，最后對系統的安全性進行的設計提供了注意事項。

2 煤礦環境檢測系統設計

2.1 系統的功能模塊設計

首先，在泵房監測模塊的設計階段，需要意識到該模塊的功能以及原理。該模塊的設計目的在于，實現對礦井原有的泵房系統改良和優化。與原有的泵房系統相比，新系統需要具有更多的優勢和功能。在信息化時代下，系統自動化水平尤其重要。新系統主要由多個控制柜以及報警裝置和通信系統構成，智能化程度較高，不需要人工操控，而是會結合礦井的實際情況，進行自動化運行和維護。這無疑節省了人力資源，而且出現誤差的概率較小。經過改造的泵房系統結構功能更加強大，強化了與中央監測系統的聯系。因為中央監測系統也作出了一些調整和改進，采用的是當前十分先進的PLC 編程控制，能夠對模擬量以及數字量進行精準的控制，把控其輸入和輸出情況。

其次，介紹電網監測模塊的設計。該模塊主要由三部分構成，分別是電力監控站、電力監測核心層以及防爆交換裝置。各部分都發揮著不可或缺的作用，同時又緊密聯系協同配合，實現電網監測模塊的正常運行。如電力監測層中含有智能化的通信接口，能夠對煤礦環境信息進行全面的采集，同時將采集到的數據傳送到其他模塊。并通過通信接口，向其他的模塊發布指令。而電力監控站的主要功能，則是負責聯系井下開關保護裝置。當煤礦環境異常時，由電力監測層下發命令，而電力監控站則向開關保護裝置發出閉合的命令。防爆交換裝置則是溝通電力監控站網絡和地面數據中心的樞紐，實現井下和地面人員的聯系，幫助地面人員及時掌握井下的情況。

最后，瓦斯監控模塊，該模塊的設計需要應用到科技性較強的技術。瓦斯監控系統中包含了多個軟硬件，軟件和硬件協調配合，能夠確保系統的穩定運作，提高了煤礦環境的安全系數。瓦斯監控系統的工作原理比較復雜，首先是瓦斯傳感器收集信號，這些信號經過單片機的處理，形成數字信號。數字信號經過井下分站，并借助光纖網絡傳輸到地面控制中心。地面控制中心與煤管局安全中心緊密聯系，在接到井下信號后，第一時間通過互聯網的方式，發送到煤管局安全中心，等待上級做出指示。如果發現瓦斯情況出現異常，煤管局安全中心會做出全面詳細的應對方案，并將應急措施原路返送到井下系統。

2.2 數據庫設計

大數據時代下，基于互聯網平臺強大的數據共享能力，以及智能系統對數據的處理功能，在煤礦環境監測系統中，也會產生海量的信息數據，同時涉及到對數據的存儲、分類和傳輸。因此，數據庫發揮著至關重要的作用，數據庫設計的重要性也不言而喻。數據庫的設計需要充分考慮到與其他系統的聯系，以其他功能模塊的需求為依據，確保數據庫設計符合要求。首先要對處理對象進行深入的分析調查，以此來確定新的數據庫應該具備的功能和特點。采用先進的數據庫構建方法，確保數據庫結構科學合理。通常來說，數據庫設計主要針對三個部分，即數據庫對象、數據庫以及數據庫的運行模式。而后臺管理系統的數據庫更是尤其重要，其管理用戶的權限，并對數據進行一系列操作，例如數據修改、清除以及檢索等，以滿足操作人員的要求。在設計時，需要嚴格遵循的設計原則是，優先保障數據庫的安全性，并不斷提高數據庫處理數據的效率和準確度。

2.3 服務層設計

煤礦礦井環境監測系統采用WSSF 工具建立服務器，服務器為煤礦礦井環境監測系統終端和數據庫之間的數據交換提供服務接口。整個服務體系可以分為服務接口層、業務層和數據訪問層等三個層次。

2.4 安全性設計

煤礦礦井環境監測系統正常通信依賴得網絡協議為TCP/IP。由于TCP/IP 網絡協議存在一定風險，煤礦礦井環境監測系統所面臨的安全威脅來自網絡，所以煤礦礦井環境監測系統可能存在的大致為以下六個方面，我們應采取相應的應對措施。

物理層的安全威脅，由于物理安全防護措施的不足，導致系統異常，影響網絡性能及使用。可能導致網絡系統平臺或網絡內數據資源的損毀，影響網絡系統的可用性，造成嚴重的安全隱患。

網絡層的安全威脅，網絡應用都是基于網絡通信平臺的，在數據的傳輸過程中，面臨著來自網絡上的竊聽、篡改等安全威脅。

操作系統和數據庫管理系統的安全威脅，許多操作系統和數據庫管理系統均存在安全漏洞，對付這類的安全威脅最好采用安全的操作系統和安全數據庫管理系統，有必要采取其它手段加強這方面的安全性能，如系統漏洞檢測、打補丁、升級等。

應用業務服務的安全威脅，應用業務服務的安全依賴于網絡及操作系統的安全。由于應用系統的復雜性，沒有特定的安全技術能夠完全徹底的解決應用系統的安全問題。

應用系統的安全威脅，應用系統的安全與系統設計和實現關系密切。應用系統可采用加密技術。如果系統設置錯誤，很容易造成損失。

系統安全管理上的漏洞威脅，一個網絡系統雖然采用了很先進和嚴密的安全技術措施，如果安全管理人員沒有責任心疏忽管理，都可能給系統帶來安全隱患，因此需要系統安全管理員要有極強的責任心加強對系統安全管理。

綜上所述，煤礦開采能夠創造可觀的經濟效益和社會效益。近年來我國經濟發展日新月異，對煤礦能源的需求量逐年攀升。但與此同時，煤礦儲量情況不容樂觀，煤礦開采難度逐日增大。目前煤礦開采主要是以井下作業的方式進行，礦井環境難以把控，尤其是礦井類型多為高濃度瓦斯礦井，危險性很大。因此，在礦井中安裝環境監測系統迫在眉睫，是保障采礦工作順利開展的基礎。在進行煤礦環境監測系統設計時，要積極應用先進前沿的技術，提高系統的智能化水平和信息化程度。同時，還要充分考慮煤礦環境的特點，以系統功能要求為設計依據，使得監測系統在運行過程中，能夠快速檢測到安全隱患，并發布預警信號，避免意外事故造成損失。相信在環境監測系統的支持下，我國煤礦開采工作能夠順利開展，煤礦行業得以健康發展。