礦山無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)設計及關(guān)鍵技術(shù)

金成

摘要：礦業(yè)在促進我國國民經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。隨著信息時代的到來，信息技術(shù)在采礦過程中得到了廣泛的應用。在采礦過程中，容易發(fā)生二氧化碳、一氧化碳中毒和機械故障，影響采礦安全。為了更好地保障礦山人員的生命安全，礦山企業(yè)應重視安全管理。安全監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代信息技術(shù)，有利于提高采礦效率，更好地保證采礦安全性能。

關(guān)鍵詞：礦井無線;安全監(jiān)測;預警系統(tǒng)設計;關(guān)鍵技術(shù);分析

1礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

礦山以地下作業(yè)為主，整體作業(yè)環(huán)境相對較差。為了確保井下人員和設備的安全運行，有必要將安全監(jiān)測系統(tǒng)應用到礦井中，采用先進的設備和技術(shù)，測量礦井下的工作環(huán)境，將結(jié)果傳輸?shù)降孛姹O(jiān)測設備，維護人員的健康和安全。在經(jīng)濟發(fā)展的支持下，可以生產(chǎn)不同類型的設備，以滿足設備的運行需要，促進技術(shù)和設備的發(fā)展。為了維護礦山安全，有必要建立一個以總體架構(gòu)為固定值的監(jiān)控系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的運行效率，以三維方式作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心，對井下的靜態(tài)參數(shù)、環(huán)境、設備性能和動態(tài)參數(shù)進行監(jiān)控。通過計算機電子設備，可以保證數(shù)據(jù)信息采集的準確性，準確查詢礦井空氣循環(huán)率、負壓參數(shù)和瓦斯參數(shù)。礦井監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)控現(xiàn)場、電力傳輸控制器、傳輸端口、智能檢測軟件。通過技術(shù)、接口設備、軟件、控制器等，可以建立一套完善的監(jiān)控系統(tǒng)。

2礦井無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的設計思路

根據(jù)安全生產(chǎn)的要求，構(gòu)建無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)以下功能：（1）智能數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。施工過程中，依托WIFI無線傳感器網(wǎng)絡，提供無線信號，實現(xiàn)安全監(jiān)控信息的收發(fā)。（2） 安全監(jiān)控信息的無線傳輸。在煤礦安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的運行中，采集的信息主要是人員信息和設備信息。根據(jù)監(jiān)控要求，實現(xiàn)無線信息傳輸。通過配置與機械設備和人員匹配的無線終端，實現(xiàn)人員和設備的定位。（3） 無線語言通信系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)設計中，開發(fā)了具有語音功能的無線終端，實現(xiàn)了信息的無線收發(fā)。利用無線攝像機，采集各種圖像，進行變換，使其成為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)調(diào)制信號，無線輸出。在實際應用中，利用各種傳感器采集數(shù)據(jù)信息，通過無線網(wǎng)絡傳輸，利用預測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，判斷安全性，預測安全風險，制定整改措施并實施。

3礦井無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)設計實例分析

3.1案例概述

根據(jù)安全監(jiān)測的要求，構(gòu)建了基于WIFI無線傳感器網(wǎng)絡的礦山環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)。利用WIFI的高速傳輸優(yōu)勢，實現(xiàn)溫度、濕度等各種參數(shù)的快速采集和轉(zhuǎn)發(fā)。在實際應用中，無線路由器節(jié)點可以根據(jù)802.11協(xié)議快速組建adhoc網(wǎng)絡，協(xié)調(diào)傳感器節(jié)點通信，整合各種監(jiān)控數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)。從實際應用效果來看，WIFI通信技術(shù)具有組網(wǎng)能力強、成本低、速度快等優(yōu)點，能夠準確獲取礦井內(nèi)的溫濕度變化情況，實現(xiàn)遠程安全監(jiān)控。結(jié)合該系統(tǒng)，進行了無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的設計與分析。

3.2總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)運行的目的是采集礦井溫度、濕度數(shù)據(jù)，為生產(chǎn)管理提供依據(jù)。系統(tǒng)的核心是基于WIFI通信的無線傳感器網(wǎng)絡。一般來說，礦井中可以有多個礦井，礦井之間的距離很遠。為了滿足監(jiān)控要求，構(gòu)建了樹形結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點用于收集環(huán)境信息并將其傳輸給路由節(jié)點。路由節(jié)點采集各種數(shù)據(jù)，利用網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)與監(jiān)控中心的連接，實現(xiàn)無線路由轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)傳感器節(jié)點組網(wǎng)和管理。網(wǎng)關(guān)節(jié)點專門負責收集和處理礦山數(shù)據(jù)和信息，并將其轉(zhuǎn)發(fā)至監(jiān)控中心。系統(tǒng)監(jiān)控中心作為安全監(jiān)控預警系統(tǒng)的終端，負責各種參數(shù)的匯總處理和遠程監(jiān)控。

3.3傳感器節(jié)點的硬件設計

安全監(jiān)測和預警功能的實現(xiàn)需要傳感器節(jié)點的支持，完成傳感器節(jié)點的各種參數(shù)的采集和組網(wǎng)，以及信息的發(fā)送和接收。在硬件設計中，不僅要考慮傳感器節(jié)點的參數(shù)采集、功耗等要求，還要考慮使用環(huán)境和數(shù)據(jù)傳輸距離，做好綜合控制工作。綜合分析，最終設計的無線傳感器方案內(nèi)容如下：（1）設計微處理器模塊，作為終端節(jié)點信息處理和控制的核心。（2） 設計WIFI模塊作為數(shù)據(jù)傳輸通道，支持終端和路由節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。在實際應用中，通信采用802.11協(xié)議實現(xiàn)。（3） 所設計的傳感器模塊配有溫度傳感器和濕度傳感器，用于采集各種數(shù)據(jù)。（4） 設計的電源模塊主要為系統(tǒng)供電。

3.4軟件設計

設計監(jiān)控中心軟件，具體負責系統(tǒng)參數(shù)設置和實時監(jiān)控，通過傳感器采集各種數(shù)據(jù)，處理和顯示數(shù)據(jù)。軟件建設，采用B/S結(jié)構(gòu)，基于NETFramework平臺，進行軟件設計與開發(fā)，本程序在VisualStudio2013環(huán)境下進行編寫。利用WIFI通信網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)接入，支持各類終端設備接入安全監(jiān)控中心，如手機，實時獲取安全監(jiān)控和預警信息，提高安全生產(chǎn)管理和維護水平。

4礦井無線安全監(jiān)測預警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1無線技術(shù)

以無線傳感器為基礎，構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡，將地面數(shù)據(jù)中心、地面安全監(jiān)控系統(tǒng)和井下安全監(jiān)控系統(tǒng)集成，構(gòu)建礦井無線安全監(jiān)控預警系統(tǒng)，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的實時監(jiān)控。在具體設計中，結(jié)合安全監(jiān)測的實際需要和要求，建設安全監(jiān)測系統(tǒng)和安全預警系統(tǒng)，通過收集溫度、濕度和設備運行狀態(tài)等信息，進行安全分析，檢查安全風險，然后實現(xiàn)安全監(jiān)控和預警。

4.2智能終端技術(shù)

建立安全預警的安全監(jiān)控系統(tǒng)。要想充分發(fā)揮系統(tǒng)的作用，需要配置終端設備，實現(xiàn)信息的實時傳輸，以便及時接收預警信息，落實安全措施。這需要終端智能技術(shù)的支持。安全檢查員和地面管理人員等使用終端設備APP進入安全數(shù)據(jù)中心，獲取安全生產(chǎn)信息。根據(jù)發(fā)布的預警信息，借助GIS技術(shù)或GPS技術(shù)，可以實現(xiàn)安全風險的精確定位，快速發(fā)現(xiàn)安全隱患。

5結(jié)論

在采礦過程中，安全管理非常重要，安全管理不僅會影響采礦效率，而且還能減少采礦過程中安全事故的發(fā)生。現(xiàn)代礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應用于礦山安全管理中。礦山監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)控礦山環(huán)境，幫助礦山安全管理人員及時發(fā)現(xiàn)開采過程中的異常情況。礦山監(jiān)控系統(tǒng)也有利于提高礦山安全管理的現(xiàn)代化水平，可以更好地保證礦山的安全開采。在未來的發(fā)展過程中，礦業(yè)單位要擴大安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用范圍，加強安全管理人員的培訓，從而推動我國礦業(yè)工作朝著智能化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，也要更好地保證礦業(yè)企業(yè)的發(fā)展質(zhì)量。

參考文獻

[1]何衍興.金屬礦山主提升設備安全監(jiān)測與預警系統(tǒng)研究[D].中國地質(zhì)大學，2010.