井下有毒气体检测矿灯

王皓 宋睿 蒋皓晨 吴飞

摘要：为了达到对空气主要成分和当前环境温度的实时检测并通知相关人员以减少人员损失和经济损失的目的，我们推出多功能矿业作业的安全帽，通过配置相应的传感器及报警器，并通过通信将监测信号传输到监控中心，通过配套的综合管理软件对数据進行分析。通过软件对每个测点的地理位置、测量值或工作状态进行连续采集，如果出现异常，系统会自动生成报警（声光报警）第一时间通知到相关人员，将可能出现的险情消灭在萌芽状态，避免造成大的经济损失及影响框架矿井的正常工作。

关键词：物联网、井下勘探、云平台、气体监测

一.项目背景

我国是世界煤炭生产大国，产量占世界的百分之三十一，同时煤炭作为我国基本能源和重要材料，在国民经济中占有极其重要的战略地位，在我国的能源结构中，煤炭占我国一次性能源生产和消费结构中的70%左右，并且在相当长的时期内煤炭仍将是我国的主要能源，以煤炭为主的能源结构在短期内将难以改变。

然而，我国煤矿与世界各主要产煤国家比较，不仅地质构造比较复杂，以井工开采为主，而且自然灾害也较为严重。煤矿下自然环境复杂，存在多种安全隐患。特别是中小型乡镇煤矿和私人煤矿，由于安全生产设备落后、安全生产意识不够、没有建立一套完整的安全生产管理体系，安全生产状况令人担忧。近年来，我国煤矿事故频繁发生，轻则造成经济损失，重则人员伤亡，安全问题己经成为煤矿生产的瓶颈，这种情况不仅直接影响了国家经济建设和社会发展，同时也对煤矿工作者造成了巨大的心理负担。近年来，随着煤炭产量的逐年增加，煤矿安全生产事故又有进一步提升的趋势。为此，我国领导部门和普通民众对煤矿安全生产越来越重视，煤矿安全监控设备的研究已经成为近年来国家大力扶持及发展。

要解决煤矿安全生产问题，不仅要建立合理的管理制度、完善的规章法则，更要有先进的安全监控设备及技术平台。需要24小时对井下环境参数及工作人员状况进行监控，方便管理者对井下设备及人员进行调整，一旦发生事故，可以引导矿工及时撤离现场，并为井上搜救人员提供井下信息辅助搜救。但现有的监控系统大都基于有线网络且设备昂贵，不利于网络规模的扩大，随着煤炭开采的推进，很难及时将监控网络铺设到开采面，不能及时监测这些危险区域的情况，这就成为有线监控系统存在的最大不足。因此，研究基于无线传感网络、造价低廉、维护简单的煤矿井下安全监控系统有着重要的现实意义。

二.项目技术路线

矿井是一个密闭空间与多种气体交汇的场所，为了充分保障管廊内环境安全，需要对其内部环境进行监测，以达到实时、自动监测矿井下开采环境。

为了达到对空气主要成分和当前环境温度的实时检测并通知相关人员以减少人员损失和经济损失的目的，我们推出多功能矿业作业的安全帽，配置相应的气体传感器及报警器监测环境参数，借助I²C、UART串口协议传输并显示参数的同时利用mQTT协议通信将监测信号传输到阿里云监控中心，通过配套的综合管理软件对数据进行分析。通过软件对每个测点的地理位置、测量值或工作状态进行连续采集，如果出现异常，系统会自动生成报警（声光报警）第一时间通知到相关人员，所有的参数和险情都将在小程序端同步显示，将可能出现的险情消灭在萌芽状态，避免造成大的经济损失及影响矿井的正常工作。

三.项目特色与创新点

1.气体传感器类型新颖，跳出“智慧农业”舒适区，对我们队是否能高效率、高标准开发完成任务是一个全新挑战。

2.传感器芯片业内成熟，都是选用新型传感器，同时具备高灵敏度、高可靠性和低能耗三大优点，部署在环境恶劣的矿区，理论上对于事故率的降低非常大，完胜大部分传统方案。

3.云服务支持一定程度上减轻了业务场景的部署难度，让客户易上手，易维护，资源占用少，成本低。

4.后台数据方便收集，结合如今的大数据平台处理技术，可以对每一个矿井的数据收集分析后生成并维护一个环境阈值，针对性强，实时性强，极大提高矿井的作业效率和安全性。

四、总结

本文设计了一种基于WiFi的矿井环境数据采集云平台监控系统，主要包括传感信息的采集，基于WiFi的信息传输，云平台和手机APP端监控等功能。系统在各种气体传感器模块的控制下采集温湿度、H2、甲烷、瓦斯等环境参数，通过esp8266模块传输到阿里云端，并在手机小程序端同步展示报警信息。经过调试，本系统能够很好地完成数据采集、数据显示、数据上报、手机APP查看测量环境数据等功能，基本实现了设计要求。本系统可用于各种地下探勘，开发工作。本系统采用的WiFi通信可以拓展为移动通信网络、NB-IoT、LoRa、蓝牙等，根据不同的传感信息实现在智能交通、工业控制等领域的应用。

参考文献：

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作者简介：王皓、男、汉族、四川省大竹县人、本科在读、重庆邮电大学自动化学院18级物联网专业学生，研究方向：智慧农业，智慧交通，智慧医疗。