综合监控系统在矿井辅助运输系统中的应用研究

陈文波

（平泉煤业有限公司，山西 高平 048400 ）

在计算机技术与传输技术飞速发展的影响下，越来越多的地方开始应用数字化的视频传输技术。把数字化远程视频监控系统引入矿井安全监控系统也是矿井现代化、自动化、智能化发展的一大趋势。平泉煤业经过兼并重组以后，原来调度绞车的信号是通过语音信号装置打点和通讯，操作不方便，经常出现信号不清，不能满足现代化矿井安全生产的需求。为了改善平泉煤矿井下辅助运输系统中存在的安全隐患，提高井下辅助运输系统的安全性和可靠性，平泉煤业为矿井辅助运输系统设计了一种综合监控系统。

1 综合监控系统的含义及作用

该系统相对较复杂，具有一定的综合性与系统性，需用到很多先进技术，如视频采集技术、数据压缩还原技术、传感器技术以及网络传输技术等。矿井装设的综合监控系统，应用了单对双绞线数字传输技术以及Wi-Fi通信技术等，同时应用了固定音、视频监控模式与移动音、视频监控模式相结合的方式进行全面监控。

平泉煤业矿下151轨道大巷应用的是SQ-120/132B型无极绳连续牵引绞车进行运输作业，该运输系统采用了远程视频监控系统，绞车控制人员在日常控制绞车的作业中，对于绞车运行情况，一方面可借助梭车的无线摄像机进行观察，另一方面也可通过轨道上分布的摄像机观察前段轨道情况，不仅有助于全方位第一时间发现事故苗头，提供第一手的重要图像资料供事故分析参考，而且加上手机打点系统、辅助的告警系统、无线通信系统，能够大大地增加绞车的安全性，提高绞车运行效率。

2 综合监控系统的组成

无极绳连续牵引车综合监控系统的大致框架如下图1所示。

该系统主要由视频终端部分、警示单元部分、手机通信终端部分、无线基站部分、网络接口部分、监控显示终端部分以及后备电源等七大部分组成。这七大部分又是由很多小部分组成的，同时它们也具有一些各自的功能，具体如下：

（1）视频终端：主要由数字无线摄像机、有线网络摄像机、本安红外灯组成。是视频图像前端采集设备，能够在无线基站间实现漫游切换。

（2）警示单元：主要由数字本安广播组成。可连接于无线摄像机，实现移动式广播。同时能够实现与后方监控终端的双向语音对讲功能。

（3）手机通信终端：主要由矿用本安三防手机组成。此手机可在无线基站覆盖区域内进行无线通信，且在隔爆计算机的相关软件的支持下可进行手机打点等操作。

（4）传输部分：网络传输平台主要由无线基站以及矿用通信线缆等部分组成。其中无线基站借助定向天线，可在没有遮挡的地区实现500 m左右的信号覆盖（具体应根据巷道实际环境情况来确定）。网络接口可实现不同数据及相关协议的顺利转换。

（5）监控显示终端：该终端由防爆计算机与其相关软件组成，借助此终端可实时监控前段视频，同时可进行前端视频录像，并能与数字广播进行对讲，充当打点系统服务器等。

（6）后备电源：可为系统提供电力供应和后备电源支持。在系统停电的情况下维持系统的正常运行。

图1 无极绳连续牵引车综合监控系统架构图

3 系统主要特点

（1）数字本安技术。监控终端及传输平台均为本安设备，适合于井下任何环境，特别适合采掘面、回采巷道的使用。

（2）无线数字移动音视频技术。在传统的有线方式无法满足系统音频与视频的传输的情况下，通过在系统中应用无线信号传输，这样黑暗中移动物体成像便会清晰可辨，可很好地解决终端设备的线路拖动难题，有效减少巷道布线量。先进的视频漫游技术，适合无极绳连续牵引车的移动视频监控需求。

（3）主干双绞线的数据传输。无线基站间的数据传输使用双绞线连接方式，线缆布防简单，维护方便，特别适合无极绳连续牵引车的使用环境，解决了以往光缆传输存在的回撤熔纤等问题。

（4）低照度、强光抑制数字摄像技术。因矿井作业环境较恶劣，井内大多阴暗潮湿，采用低照度，具有强光抑制作用的数字摄像机来进行矿井拍摄作业，可获得更清晰的图像，这样可很好地克服部分常规摄像机因不能有效避免灯光直射，在进行矿井拍摄作业时，拍出的图像大面积发白的难题，可获得更逼真、更高质量的图像，对监控中心的观察更有利。

（5）本安红外灯，可很好地解决矿井内存在的无光照明问题。很多矿井坑道内无光线，即使借助低照度摄像机进行拍照，拍出的图像通常也会存在严重的雪花点现象，而采用本安红外照明技术进行拍照，即便拍照环境全黑，拍出的图像一般也会清晰可见，借助此技术进行拍照，可获得清晰的采掘工作面图像。

（6）综合性的解决方案。系统集成无线视频监控系统、无线通信系统、广播对讲、打点系统等多个子系统，系统会具有更强大的功能，可有效解决无极绳连续牵引车运用时存在的多数难题，进一步提升绞车运行的安全性与高效性。

（7）可直接接入井下工业以太网，兼容性强。可直接接入井下工业以太网，实现异地观看、指挥等。

4 系统方案设计

4.1 详细设计

4.1.1 传输链路设计

平泉煤业井下无极绳连续牵引车系统配置有主机、张紧装置、梭车、尾轮、压绳轮、托绳轮以及转向装置等。其尾轮和轨道会根据需要调整覆盖长度，在实际生产作业中，为使设备安装与维护更方便，人们可把传输基站布设为双绞线的形式。可把151运输线路布设为绞距为3.5 cm左右的两对双绞线，可用双绞线中的两芯来传输信号，另外两芯作为备用，并布设六台双绞线传输基站。下图2为平泉煤业151巷道无极绳绞车运输系统布设现场图。

图2 平泉煤业151巷道无极绳绞车运输系统布设现场图

4.1.2 无线基站布站设计

因平泉煤业151轨道运输大巷存在的起伏部位或转弯部位较多，因此在布设无线基站时，应对无线基站的实际覆盖效果加以考虑。对于一些较平直没有太大起伏的巷道，可把两相邻基站的距离布设为500 m，对于一些存在较多转弯部位的巷道，在巷道水平转弯处也应布设无线基站，并应让基站的两个天线都朝向巷道实际转弯方向，以确保无线基站的信号能全面覆盖巷道转弯部位。图3（a）、（b）分别表示了151巷道无极绳绞车基站的垂直分布示意图与水平分布示意图。

图3 151巷道无极绳绞车基站分布示意图

4.1.3 终端控制设计

可采用15寸隔爆屏并兼本安计算机本地查看功能与本地录像功能为一体的计算机作为控制终端，并应为控制终端配置本安多功能键盘，以实现与前端本安广播的顺利对讲。同时应为计算机预留数据接口，以能与其他自动化控制信号及时高效地进行数据对接，结合手机打点技术，为绞车的无人开停打下坚实基础。计算机安装打点控制，语音广播等软件，充当综合服务器功能。

4.1.4 无线摄像仪设计

设计梭车上安放 2 台无线摄像机作为无线视频终端，配置本安红外灯，提供黑暗环境下的摄像机补光。

4.1.5 有线摄像机设计

在绞车经过的巷道人员聚集区域或人员突然出没的巷道岔口区域安装固定摄像机，让绞车司机能够提前掌握该区域的人员活动情况，提前减速等。固定摄像机可以就近接入无线基站。摄像机也可以根据巷道照明情况选择是否使用红外灯。

4.1.6 局部通信设计

配置3部矿用本安手机，来进行矿井无线通信，并配合网络接口以及隔爆计算机软件来让手机实现移动式打点。

4.1.7 语音警示设计

给梭车装备一台本安广播分站，该广播分站应能实现与隔爆计算机成功进行语音对讲，以支持梭车安全运行。

4.2 系统功能

（1）监控人员可把摄像机直接布设于绞车的位置对绞车进行监控，以更仔细地观察车辆运行情况，以更科学、合理地指挥作业现场，有效提高绞车运输的安全性。

（2）系统集成了开车打点系统，能够通过手机实现对远端的无线打点，有效解决以往半路停车无法打点问题。按相应的手机键，计算机播放对应的提示音，计算机屏幕上提示相应的图标，标示出停车、快速上行、快速下行、慢速上行、慢速下行、紧急刹车等操作提示。系统对外提供I/O接口，一旦有手机发出打点信号，系统可自动输出刹车急停信号，用于控制相关机电设备实现自动紧急停车。

（3）先进的全功能多媒体键盘能够使计算机操作者方便操作计算机和数据维护。

（4）独特的WIFI通信系统，能够为手机与计算机、手机与手机之间提供可靠的语音通信服务，较长的待机时间也省去以往对讲机的每日充电难题。

（5）可把音视频一体化无线监控技术应用于系统中，来更好地指导绞车运行，必要时提供语音警告，这样可更好地保障绞车安全运行。此外本安式数字广播技术同时提供双向的语音通信技术，有效解决了梭车与绞车房的通信问题。

5 结语

平泉煤业矿井辅助运输系统中应用该种综合监控系统后，经实践检验，辅助运输事故率大幅降低，有效提高了矿井辅助运输系统无级绳牵引车运行的安全性、高效性，为企业创造出了更多经济效益。