无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的运用

2019-12-02张汉焘

电子技术与软件工程 2019年11期

文/张汉焘

安全问题一直是我国煤炭生产过程中最重要的问题，也是制约煤炭工业发展的阻碍原因。由于煤矿生产环境较为复杂，常常会发生各类事故，引起人员伤亡。尽管近年来我国正在尝试做出改变，但还没有明显的效果。解决煤矿安全的问题已经迫在眉睫。

1 利用无线传感器网络安装煤矿安全智能监控系统的重要意义

煤矿生产主要采用井下工作，而井下环境复杂，通讯较差，还有非常多不确定的因素。因此，大多数煤矿都会安装监控系统，利用传统的无线传感器网络并不能满足对数据精准的要求，且受环境影响较大，不仅稳定性无法保障，而且后期维护的工作也比较困难。而利用无线传感器网络就可以很好地解决这一问题。其次，无线传感器网络能扩大井下的监控范围，规避潜在风险，解决传统煤矿安全监控系统中存在盲区的问题。再者，无线传感器网络是由大量密集部署的无线传感器网络节点组成，拥有体积小、成本低，部署简单、维护容易等众多优点，其网络节点还可以接驳传环境、视频等传感器，扩大采集的信息种类。

2 无线传感器网络在煤矿安全智能监控系统中的运用

2.1 用于煤矿的信息管理系统

本段将针对煤矿的环境信息系统和设备信息系统进行介绍。

煤矿在进行井下工作时，常常需要部署各类检测传感器。例如，甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、氧气浓度传感器、顶板压力传感器、水位传感器、火灾传感器、风速传感器、风压传感器、温度传感器等，获取井下环境中瓦斯、一氧化碳、氧气、水、等环境参数。这类型传感器的主要工作流程就是，采集各个监测点的具体数据，通过信息通道将准确的信息传送至地面，交由信息监控中心，随后对这些数据进行处理。主要针对环境信息中的瓦斯、风速、温度等信息进行分析，并对工作现场进行安全的调度，确保井下突发瓦斯爆炸不会引起人员伤亡。此外，这类传感器还可以自动触发安全警报，当搜集的数据出现异常情况时，井下的结点就会自动报警，调度中心可以第一时间掌握井下地理信息状况。环境信息系统能够了解井下工作面的全部信息，还可以掌握瓦斯、风量、温度、一氧化碳、氧气等各类数据，保证生产过程中的环境安全性。当瓦斯超限或局部通风机停止运行或掘进巷道停风时，煤矿安全监控系统可自动切断相关区域的电源并闭锁，实现采掘工作面的风电闭锁，避免或减少瓦斯爆炸。同时，该系统还能提醒相关人员及时撤离，保障领导或生产调度的生命安全，并通过设备监控系统启动相应通风设备。

第二种情况是煤矿的设备信息系统，这类系统主要将传感器部署在矿井工作的不同设备中，实现对相关设备的自动监控和故障诊断。主要工作流程是，在工作设备中安装传感器节点，并设置定时传送，将设备的运行信息通过无线传感器网络进行传送，地面信息监控中心主要负责对传送的信息进行分析和整理，并针对数据反映出的问题及时处理。此外，设备监控系统还可以暂停井下设备，调度中心发布指令后，设备监控系统根据指令内容对设备作出调整，从而实现对井下设备的实时监控和分析。常见的设备监控系统有提升机状态监测子系统，主要负责监控提升机的工作状态和安全状态，确保提升机始终保持高效安全的工作状态。

2.2 用于煤矿的预警决策系统

利用无线传感网建立煤矿安全决策与预警机制能够有效降低井下事故风险，预防安全事故的发生，是提高煤矿安全生产能力的辅助手段。众所周知，煤矿井下工作的潜在风险非常大，预警决策系统可以根据煤矿工作中具体环境，分析出潜在的风险，这是因为该系统中设有不同种类的预警模型，能够分析出绝大多数风险源并发出预警信号，随后启动预警的对应行动。同时，该系统还能对风险源实行全程的监控，根据搜集到的风险源实时信息，调整其预警的等级，以便煤矿工作更好的进行。而决策支持系统主要以企业、行业主管部门批准或规定的临界值或临界环境参数为基础，对风险源进行判定，一旦风险源达到临界值，就进入预警的管理工作，由预警管理中心发送预警信息，相关单位和执行人员根据按照提供的预警等级采取不同的解决措施，在这个过程中仍需要不断监控，直至危险源的参数降至安全范围内。

2.3 用于煤矿的救援保障系统

最后就是救援的保障系统，这个系统的主要功能是在发生矿难后根据救援人员的需求，提取相应的信息，辅助救援工作的开展。该系统的工作主要分成三部分：第一部分是定位井下人员的信息，例如人员的数量，分布的位置等；第二部分是从环境信息系统中提取矿难发生时井下的环境数据，例如瓦斯、风量、温度等；第三部分是从设备信息系统中提取井下工作设备的数据信息。该系统能够利用模拟软件生成矿难发生的实景图，确定被困人员的具体位置，帮助救援工作选择救援的方案。救援信息保障系统还可以通过无线传感器网络，启动矿工携带的生命体征传感器，及时获取矿工的生命体征信息，了解井下被困人员的具体情况。