潞宁矿煤矿数字安全监控系统应用

耿志忠

（山西潞安集团潞宁煤业监测监控中心，山西 忻州 036000）

计算机的处理能力、操作系统的功能、界面也在随之不断的更新，软件越来越人性化、功能越来越丰富，统计监测各类危害气体等数据越来越精准。为了将新技术引入到煤矿安全监测、监控系统，提高煤矿安全监测、监控系统的易用性、稳定性、准确性以及数据等共享性，潞宁煤矿引进KJ83N（A）煤矿数字安全监控系统，用于煤矿或非煤矿井下各种有害气体及顶板压力的动态监测监控使用。

1 煤矿数字安全监控系统简介

煤矿安全监控系统是煤矿和煤矿工人生命安全忠实的“保护神”。

千里鼻：能闻到井下瓦斯、一氧化碳等危险气体的浓度。

千里耳：能听到井下设备开停、风速、风量、压力等。

千里眼：能看到井下人员移动、风门状态、风筒状态等。

千里手：在瓦斯超限等紧急状态下，能用无形之手，代替人们自动实施拉闸断电等控制行为。

KJ83N（A）煤矿数字安全监控系统主要是监测、监控矿井下各种有害气体及各种机电设备的工作状态，如井下的甲烷、一氧化碳、氧气、烟雾、粉尘、风速、温度、顶板压力、主备扇风机的负压以及局部通风机、胶带运输机、采煤机、开关、磁力启动器等运行状态和参数等。运行的系统平台包括Windows XP、2003系统。

KJ83N（A）煤矿数字安全监控系统包含两方面功能，一是监，即监测；二是控，即控制。两者相辅相成，互相依存。监测信息的测量、传递和显示，它为控制提供依据。控制，是依据监测提供的信息自动对目标实施行为控制，是监测的目的之一。

图1 KJ83N(A)安全监控系统图

KJ83N（A）安全监控系统由地面中心站、CAN转以太网设备、调职解调器、井下分站、各种矿井传感器、矿井机电设备以及KJ83N（A）安全监控软件组成，整个系统搭的简单组成如图1所示。

2 工作特性

KJ83N(A)煤矿数字安全监控系统，其软件具有以下特性：

煤矿前端软件：是基于单机版的软件。整套软件是由两大部分组成：基于CS桌面系统的数据采集中心站软件（信息接收系统软件构架如图2所示）、基于BS结构的数据分析展示系统设置等一系列的监控软件（网络监控系统技术构架如图3所示）。

图2 信息接收系统软件构架

图3 网络监控系统技术构架

软件网络通讯底层采用Windows面向连接的套接字通讯技术，使得网络通讯更加稳定安全可靠。数据库采用 SqlServer（2000、2005、2008）其中的任意一个版本，便于二次开发和数据资源功能等。监测点超限可一控多、多控一，不同分站间互相控制与手动控制，可用软件测点定义来实现较为复杂的逻辑控制功能。超上限控制、超下限控制灵活选择。开关量测点可控制断电便于实现风电闭锁，查看任意时间段内的测点变化趋势和曲线等，用户可以自由定制报表格式。

3 人员管理定位系统应用

3.1 方案设计

3.1.1 可伸缩的系统构架

为了实现系统的可伸缩性能，同时提供对二层次传统Client/Server模型以及三层次Browser/Server模型的支持，系统将整个软件系统从逻辑上重新划分为通讯处理平台、数据库中心、Web应用服务器、综合处理客户端四个基本构件。根据实际的应用需求，这四个基本构件可以安装在同一台物理机器上，也可以分别安装在不同的机器上或进行冗余配置。为了实现不同地域不同人员对系统的联网使用要求，通过综合处理客户端或通用浏览器就能够实现对系统的多源并发访问。

3.1.2 设备布置

根据图纸配置井下读卡分站及识别器的安装。

读卡分站布置位置考虑取电方便，就近能接入最多识别器，节省最多线缆的原则。

动态目标识别器的布置原则为：

1）主副井口安装目标识别器，监测下井人员信息，并作为上下井的考勤依据；

2）井下机电硐室安装动态目标识别器，监测进入井下各机电硐室重要区域的人员，设置准入规则，限制人员进入报警；

3）井下皮带运输巷、辅助运输巷、行人巷、进风行等地方拐角以及重要区域设置动态目标识别器，监测路过人员信息；

4）井下回风巷、专用排瓦斯巷入口设置动态目标识别器，工作人员进入该区域报警；

5）井下炸药库、无轨胶轮车加油硐室等特殊地点安装动态目标识别器，设置准入规则，限制人员进入报警。

3.2 系统实现的功能及其性能

RSSI是目前Zigbee和WiFi网络采用的主要定位方法，它依据无线信号的传输损耗模型计算移动节点与锚节点间的距离[1]，大尺度对数距离传输损耗模型如下式表述：

式中：Pr（d）为与发射点距离为d处的接收信号强度表达式，dB·m；A0为该节点的发射功率；γ0为自由空间路径损耗指数，γ0=2；d0为接收功率的参考点；γ为实际的路径损耗指数；Xσ为零均值的高斯分布随机变量，标准偏差为σ，σ越大，表示模型的不确定性越大[2-3]。

无线信号的传输损耗模型受环境影响大，尤其在传播模型复杂的煤矿井下，点到点的传输损耗无法统一建模，往往必须依靠增加锚节点的密度通过全局优化算法来控制定位误差[4]。

为了支持精确定位系统必备的实时地理跟踪功能，实现矿井地图的显示、放大、缩小、平移和导航等，系统在解析AUTODESK公司DWG格式文件的基础上，在非AUTOCAD环境下构建了一个轻量级的GIS平台，为人员与设备精确位置监测提供地理信息和图形界面支撑。定位演示图如图4所示。

图4 定位演示图

4 瓦斯监控管理内容

4.1 采掘生产系统监控管理

在瓦斯抽放监控领域，经过长时间的努力，研制“V”锥流量计（具体比较见表1），含管道温度、压力监测，一个传感器相当于3个传感器，综合性能优越。在数字化的采掘工程平面图上对采煤工作面和掘进工作面的适时位置进行活化处理，根据其推进度按时更新，系统将根据其更新的适时位置线对推进前方影响区域内瓦斯情况进行分析、评价、预测、预报、预警。

表1 多种流量计的综合性能比较

4.2 监测系统监控管理

监测系统以采掘工程平面图为基准，新建管道红外甲烷浓度传感器（具体性能比较表2所示）及必备的监控内容，设计有传感器说明牌、传感器监测表，对监测数据进行定性、定量分析、评价的监测表，实现对监测传感器的定位管理，对监测数据、监控区域的预测、预报、预警，判断更直接、快速。

表2 性能比较表

4.3 瓦斯地质信息监控管理

瓦斯地质以采掘工程平面图为基准，划出高瓦斯区、高瓦斯带、突出威胁区、突出危险区，随采掘工作面推进按监测表要求，随时进行预测、预报、预警。

5 结 语

KJ83N煤矿安全监控系统实现了煤矿各类环境和生产参数的监测与显示、报警与控制及瓦斯管理的监测与显示，并能在井下进行人员定位，实现了井下多系统信息共享、数据共缆传输和局部环境的自动化控制。