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監測系統論文:煤礦安全生產自動監測系統的探究

【摘要】本文提出了煤礦安全生產監測系統的總體結構圖和實現方法，重點討論了系統開發中涉及到的數據傳輸技術、鏈表的使用等主要技術。本系統的開發和使用將大大改善煤礦安全生產中的不安全因素。

【關鍵詞】煤礦安全生產 監測 數據傳輸 鏈表

一、引言

煤礦安全生產是指通過改善勞動環境，減少生產中的不安全因素，防止傷亡事故的發生，從而確保煤礦生產的順利進行。在安全生產中，安全是前提；生產是目的，是維系安全的物質基礎。但是二者之間仍存在一定的矛盾，從某種意義上講，在投入資源一定的情況下，投入安全中的資源增加，意味著投入生產中的資源減少；另外，許多企業由于缺乏長遠的戰略目標。為了追求短期的高效益，往往會以犧牲人員或設備的安全為代價來換取暫時的利潤。而且，煤礦生產本身具有特殊的作業環境，加上地質和環境的復雜性，致使煤礦生產具有更多的潛在的不安全因素。在日常的生產過程中，由于安全管理不善而引發各類安全事故層出不窮。從而影響了煤礦的生產經營秩序，企業總體經濟效益不斷下降。

由此可見，煤礦安全管理己成為煤礦生產經營的“瓶頸”，煤礦安全生產監控系統正是基于上述背景條件下產生的。該系統是以煤礦企業預警管理理論為指導，針對煤礦企業生產中的不安全因素提出的，是一種新型的、具有創造意義的研究課題。它通過及時反饋安全事故信息，提出一種能夠監測、預控安全事故的煤礦安全生產監控系統。旨在為煤礦安全生產管理提供一種具有實際運用價值的安全管理新模式。

二、系統的總體設計

1.系統結構概述

煤礦安全監控系統采用以b/s(browse/server)與c/s(client/server)相結合的方式來架構整個系統。b/s方式用于查詢實時數據和歷史數據，c/s方式用于實現各礦動態圖形的上傳和維護管理。

在設計上，本系統采用三層結構。三層結構的特點是在傳統兩層結構的基礎上加入一個業務邏輯層。它將c/s體系結構中原本運行于客戶端的應用程序移到了中間件層，客戶端只負責顯示與用戶交互的界面及少量的數據處理(如數據合法性檢驗)工作。客戶端將收集到的信息(請求)提交給中間層服務器，中間層服務器進行相應的業務處理(包括對數據庫的操作)，再將處理結果反饋給客戶機。這樣減輕了中心服務器的負擔，提高了整個系統的安全性。

2.系統總體設計結構圖

煤礦安全監控系統的總體結構圖如下圖2-1所示：

3.服務器程序的詳細介紹

在圖2-1中，體現出服務程序是整個系統的核心，各礦點的數據是通過它來中轉的。

各個礦點通過tcp傳送數據時，服務程序為各礦點開辟了一個實時連接線程，進行實時數據的傳輸。然后將數據排入緩沖池，緩沖池的設計防止了數據因為同時的發送，而造成數據接收時的沖突，解決數據收發的速率匹配問題，防止從監控程序接收的數據直接發送至客戶端而帶來的延時及數據丟失。

數據通過兩路前行，一路是數據存入數據庫，這是一個后臺的操作。另一路是數據流向安全客戶端，同樣安全監控客戶端也與服務程序的客戶端連接及管理開辟連接線程，通過tcp接收數據。

從總體上來說，安全監控客戶端和各礦點的監控程序與服務程序采用了c/s的結構，這種結構不但能夠保障數據傳輸的安全性，而且能夠保障數據的實時性。

三、功能實現中的主要技術

1.數據傳輸代碼的實現

服務端的監控部分和客戶端的訪問部分都用到了數據的傳輸，有兩個關于數據傳輸的基類，分別是連接類和連接管理類，這兩個基類分別用了microsoft的socket類和tcplistener類。

(1)socket類

socket類為網絡通信提供了一套豐富的方法和屬性。socket類允許您使用protocoltype枚舉中所列出的任何一種協議執行異步和同步數據傳輸。socket類遵循異步方法的.net framework命名模式；例如，同步receive方法對應于異步beginreceive和endreceive方法。

(2)tcplistener類

tcplistener類提供一些簡單方法，用于在阻塞同步模式下偵聽和接受傳入連接請求。使用tcpclient或socket來連接tcplistener，使用ipendpoint、本地ip地址及端口號或者僅使用端口號，來創建tcplistener。可以將本地ip地址指定為any，將本地端口號指定為0(希望基礎服務提供程序分配這些值)。如果選擇這樣做，使用localendpoint來標識已指定的信息。

start方法用來開始偵聽傳入的連接請求。start將對傳入連接進行排隊，直至您調用stop方法或它已經完成maxconnections排隊為止。可使用acceptsocket或accepttcpclient從傳入連接請求隊列提取連接。這兩種方法將阻塞。如果要避免阻塞，可首先使用pending方法來確定隊列中是否有可用的連接請求。

調用stop方法來關閉tcplistener。stop方法不會關閉任何已接受的連接。需要用戶負責分別關閉這些連接。

2. 程序所用鏈表的代碼實現

在程序中我們經常會用到鏈表這樣一種數據結構。很幸運microsoft為用戶提供了很好的數組類arraylist，用起來很方便，如同在用一個鏈表。

arraylist類提供在大多數collections類中提供但不在array類中提供的一些功能。例如：

array的容量是固定的，而arraylist的容量是根據需要自動擴展的。如果更改了arraylist.capacity屬性的值，則自動進行內存重新分配和元素復制。arraylist提供添加、插入或移除某一范圍元素的方法。在array中，您只能一次獲取或設置一個元素的值。arraylist提供將只讀和固定大小包裝返回到集合的方法。而array不提供。另一方面，array提供arraylist所不具有的某些靈活性。

四、總結

本系統希望在以后能投入使用，各煤礦企業將實現井上下探測有毒、有害氣體濃度的實時監測警報，井上下主要設備運行狀態監控，采掘動態位置顯示，隱患整改督察，調度指揮，故障、事故調查分析“黑匣子”功能。

監測系統論文:調校儀在煤礦監控監測系統中的應用研究

摘要：介紹了煤礦安全生產監控系統在礦井中的作用，從生產實踐角度出發。闡述了調校儀在監控系統中的應用，同時反映了煤礦監控系統的應用狀況和技術水平。

關鍵詞：煤礦安全生產；監控系統；調校儀

1　煤礦安全監控系統的作用

影響礦井安全生產的因素很多，主要的災害因素有3個：即瓦斯爆炸、水災和井下起火，這3個災害中瓦斯爆炸尤為常見，并且是3災中的首害。它的破壞作用極大，是一種瓦斯、煤塵、大火混合型的爆炸災害。解決這個問題的有效辦法就是隨時測出其地域點的瓦斯含量：當超急時采取措施。

煤礦監控系統主要用于煤礦安全監測和實時控制。系統能根據 計算 機程序設定或地面中心站主機控制，對礦井采掘工作面、機電硐室、進風巷、回風巷和采區的環境參數及礦井機電設備的開停狀態和風門開閉狀態進行連續自動地監測，并自動報警及斷電，能對煤礦井下環境、火災參數、通風設施、運輸安全狀況及各種機電設備的開停狀態等安全生產信息進行實時采集和數據處理，實現對 工業 現場的閉環控制。

隨著計算機技術和 網絡 技術的 發展 ，礦井監控系統的研制得到了快速發展，基本形成了一個完整的體系，監控系統在我國的生產礦井中得到了比較廣泛的應用，并在礦井的安全生產管理方面發揮了重要作用；它是保障煤礦安全生產的重要手段。在礦井的防災、減災方面以及提高生產效率方面起著重要作用，是礦井生產實現 現代 化管理的一個重要標志!

2　調校儀在煤礦監控系統中的功能與應用

在煤礦生產實際中，對煤礦安全監控系統的應用提出了具體要求《煤礦安全規程》規定：煤礦 企業 應建立安全儀表計量檢驗制度。安全監控設備必須定期進行調試、校正，每月至少1次。甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測報警儀等采用載體催化元件的甲烷檢測設備，每10d必須使用校準氣樣和空氣樣調校1次。每10d必須對甲烷超限斷電功能進行測試。為了貫徹執行《煤礦安全規程》。確保煤礦安全監控系統和安全監測裝置的正常運行，充分發揮其作用，保障安全生產，就得對甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測報警儀等采用載體催化元件的甲烷檢測設備，進行調試、校正、每月至少一次。另外煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范即aq1029標準對監控儀器調校也有如下要求：

(1)安全監控設備必須按產品使用說明書的要求定期調校。

(2)安全監控設備使用前和大修后，必須按產品使用說明書的要求測試、調校合格，并在地面試運行24h～48h方能下井。

(3)采用催化燃燒原理的甲烷傳感器、便攜式甲烷檢測報警儀、甲烷檢測報警礦燈等，每隔10天必須使用校準氣體和空氣樣，按產品使用說明書的要求調校一次。調校時，應先在新鮮空氣中或使用空氣樣調校零點，使儀器顯示值為零，再通入濃度為1％～2％ch 4 的甲烷校準氣體，調整儀器的顯示值與校準氣體濃度一致，氣樣流量應符合產品使用說明書的要求。

(4)除甲烷載體催化原理以外的其他氣體監控設備應采用空氣樣和標準氣樣按產品說明書進行調校。風速傳感器選用經過標定的風速計調校。溫度傳感器選用經過標定的溫度計調校。其他傳感器和便攜式檢測儀器也應按使用說明書要求定期調校。

(5)安全監控設備的調校包括零點、顯示值、報警點、斷電點、復電點、控制邏輯等。

(6)每隔10d必須對甲烷超限斷電閉鎖和甲烷風電閉鎖功能進行測試。

(7)煤礦安全監控系統的分站、傳感器等裝置在井下連續運行6個月～12個月，必須升井檢修。

因此，調校儀在煤礦監控系統應用很廣。它屬于工作計量器具。它的計量正確與否直接關系到煤礦的生產和安全。因此，國家技術監督局將其列為工作計量器具強制檢定的第四十六項，并頒發了國家計量檢定規程jjc677—90。甲烷調校儀主要用于對煤礦井下及其他行業易燃易爆環境中正在使用中的多種傳感器進行經常性的維護和檢校，確保其性能良好，量值。我們目前研制的智能型甲烷調校儀具備以下功能：①對各種便攜式甲烷報警器，瓦斯斷電儀調校，通過對不同濃度的甲烷標準氣進行流量控制，地對傳感器進行調校。②對一氧化碳傳感器進行調校。③配備標準溫度計，壓力表可對溫度傳感器，負壓傳感器進行調校。(利用工作時傳感器顯示不同數值對應不同頻率來調校)④對傳感器斷電點，復電點進行檢測指示。

2.1調校儀應用簡介

2.2.1概述

本調校檢測儀采用現代 電子 技術，頻率、電流、電壓采用數碼顯示，可對各種礦用(如甲烷、一氧化碳、風速、溫度和負壓等)傳感器進行調校和檢測。該儀器可用各種標準氣體(如：ch 4 、co等)。裟有標準流量計，通過對不同濃度的氣體進行流量控制，加入傳感器，地對其調校，同時還可對傳感器斷電點、復電點數進行檢測指示。此外還給外部提供穩壓、恒流電源。交流輸出(ac127v、ac380v、a(2660v)為不同分站提供電源。直流輸出電壓0～30v．電流大于等于2a。該儀器操作簡單方便、顯示直觀清晰，可以使您在較短的時間內安全、方便地使各種傳感器校正到產品合格狀態。

2.2.2技術參數

(1)檢測范圍及功能：①頻率：0～10khz；②電流：0～199.9ma；③電壓：0～19.99v；④具有斷電、復電信號指示功能；⑤可輸出acl27、v、ac380v、ac660v一種電壓，功率大于等于60w；⑥電源可輸出電壓：dc0～30v連續可調，輸出電流：dc0～2a連續可調；⑦流量調整范圍：60ml／min～600ml／min

(2)輸入電源：ac220v±10％

(3)工作環境條件：溫度：0～40℃　相對濕度：≤90％

(4)外形尺寸：長×寬×高460mm×550mm×1094mm

2.2調校儀原理

由于現在的傳感器多采用載體催化原件，在日常的使用中，催化原件不斷地與各種氣體接觸催化，經過一段時間后，必定會有不的現象，調校儀就是將這些不的傳感器加以校準。校準時，通人標準氣體，根據標準氣體的濃度，將黑白原件的精度調整成和標準氣體濃度一樣，達到校準的目的。

2.3調校儀在煤礦監控系統中的使用

2.3.1使用方法

(1)將調校檢測儀的電源線接人220v交流電，根據實際需要將電源輸出線與分站等連接好(127v、380v、660v如不檢修分站或不需此組電源則可跳過此步)。把流量計的輸出接到被測傳感器上，把傳感器的連接線接到儀器面板上的接線排)，順序接“十”、“一”、“信”、“斷”從左到右連接好。轉動面板上一的轉換開關，使儀器的輸入與傳感器的信號輸出制式相對應，(在此例中將轉換開關轉到頻率處)，調整電源面板上電壓旋轉鈕(粗調)到最小處(左旋)。

(2)打開面板上的電源開關，這時您將看到面板上的電源指 示燈，電壓指示表、電流指示表、頻率指示表都已有了顯示，過1min后儀器達到穩定狀念。

(3)調整電壓旋鈕(粗調)使電源電壓與傳感器上的輸入電壓相匹配，打開氣瓶閥門開關。調節減壓表，流量計，給傳感器供人標準氣體。這時儀器上方將有與您傳感器相對應的指示，(即頻率型的傳感器由頻率表顯示頻率數字，電流型的傳感器由電流表顯示電流數字，電壓型的傳感器由電壓表顯示電壓數字)。

2.3.2調校

(1)可對傳感器以下6個參數進行調整或設置：可對傳感器零點、精度、報警值、斷電值、復電值、頻率輸出范圍。

(2)調零：通電10min后使用遙控器對傳感器的顯示窗口，按一下“開關”鍵，傳感器進入調零狀態，此時傳感器的千位數顯示“0”并閃爍。將流量計的接入端口通人純凈的標準空氣，調整面板上流量計，使流量為200ml／min，待讀數穩定后，按一下遙控器的“向下”鍵傳感器自動歸零，這時檢測儀面板上．的頻率輸出應為5 hz(此例中傳感器輸出頻率范圍是：5hz～15hz)

(3)調精度：傳感器凋零后，按一下遙控器的“轉換”。傳感器進入調精度狀態，此時傳感器的千位數顯示‘1’，并閃爍。對流量計輸入端輸入0～3％的ch 4 標準氣，調整流量使流量為200ml／min，待讀數穩定后，通過遙控器的“上”“下”，使傳感器的顯示數值與所用標準氣體濃度一致，然后查看面板上頻率表輸出的數字是否與傳感器的輸出頻率相吻合。(傳感器的輸出頻率可由說明書決定的頻率上 計算 出來如本例可查看下表讀取頻率數)。

頻率輸出甲烷傳感器對應表(此例傳感器頻率輸出范圍是：5hz～15hz)。

(4)報警值設置：調滿度后，按一下遙控器的“轉換”，傳感器進人報警值的設置狀態，此時傳感器的千位顯示“h”并閃爍，通過遙控器的“上”“下”鍵，即可設置報警值。

(5)斷電值設定：報警值設定以后，按一下遙控器的“轉換”鍵，傳感器進入斷電值設定狀念，此時傳感器的千位數顯示“d”并閃爍。通過按遙控器的“向上”、“向下”鍵，即可設定斷電值。

(6)復電值設定：斷電值設定以后，按一下遙控器的“轉換”鍵，儀器進入復電值設定狀態，此時儀器的千位數顯示“f”并閃爍。通過按遙控器的“向上”、“向下”鍵，即可設定復電值。在調校過程中，若發現頻率表顯示數值與ch 4 濃度不符合對應關系且偏差較大，則該傳感器應找廠家或專業人員檢修，方可使用。本儀器在對傳感器的斷電信號輸出檢測時對傳感器為高電頻指示燈亮；低電頻時指示燈滅快際檢測時要根據不同傳感器輸出的信號決定)。

2.3.3ka型調校檢測儀管理注意事項

(1)調校檢測儀儀表盤應根據有關要求，由專業人員操作，嚴禁無關人員隨意操作，以防損壞影響正常使用。

(2)各儀表及接線柱如發現異常，應及時分析查找原因。并查閱使用說明書，如有需要應及時與生產廠家取得聯系。以便妥善處理。

(3)傳感器引線與調校檢測儀的連接不可接錯。否則。容易損壞傳感器及儀器。

(4)使用前應當先檢查儀表及其他相關部件工作是否正常。確認無誤后方可進行調校和檢測。

(5)根據調校檢測的步驟操作各開關(電源開關、轉換開關流量旋鈕等)

(6)調校檢測完畢后應及時關閉氣體閥門以及各開關井撤出傳感器和分站的連線。

3　結束語

煤礦安全監控系統在硬件和技術方面在不斷的 發展 ，但是在應用和管理方面同樣需要更多的研究，需進一步走向正規，有時在那些安裝了全套近期型的 現代 化安全設備的煤礦中，安全設備的使用也是大有問題。調校儀在監控系統的實際應用和管理方面起到了比較重要的作用，為系統的正常工作和數據的度提供了有力的保障。煤礦安全防護工作關系重大．需要我們專業技術人員在理論和實踐應用方面做深入大量的工作和研究。

監測系統論文:煤礦安全監測系統頻率信號研究

礦井中對環境參數的連續不間斷監測是通過安全監控系統實現的。他的報警是利用氣體傳感器技術，將檢測到的氣體濃度和標準值進行比較，在一定濃度值時進行相應的聲光報警，提醒正在作業的人員進行相應的處理，避免不安全事故的發生，對保障煤礦安全生產起著非常重要的作用，那么于此同時對監測監控設備的使用至關重要，安裝位置要有一定規范。

1監測監控使用情況簡介

1）監測情況簡介。一號煤礦的安全監測系統采用天地（常州）自動化股份有限公司的KJ95N型煤礦綜合監測系統，監測、顯示瓦斯、風速、負壓、一氧化碳、粉塵、溫度、風門開關等環境參數，具有故障閉鎖和報警、就地和異地超限斷電、風電瓦斯閉鎖。安全監測系統信號傳輸采用信號電纜和光纖相結合的傳輸方式。設備使用的是該公司生產的JFl6B型通用監控分站和與子匹配的瓦斯、風速、溫度、粉塵、一氧化碳傳感器。2）存在問題。一號煤礦采用監控分站安裝在回風順槽內，與回風流處傳感器在同一位置，容易造成安全監測數據不穩定等故障，大致有以下幾點：a.違反《安全規程》、AQ6201-2006和AQ1029-2007安全監測儀器使用管理條列；b.監測監控分站易受到回風順槽潮濕空氣的侵蝕，造成數據傳輸不穩；c.容易成傳輸“隱形”故障，維護維修不便；以上問題容易造成設備使用壽命減短，所以必須挪移我礦安裝在回風順槽的監控分站。

2安全監測系統設備技術點分析

1）主要設備技術參數。a.電源采用KDW65型本質安全型電源，本電源有三路18V直流本安電源輸出，其中第1路與第2路可用于傳感器供電，第3路用于KJF18B型通用監測監控分站供電。b.傳感器主要參數如下：瓦斯傳感器：工作電壓：直流18V；工作電流：≥65mA；測量范圍：0～4%；輸出頻率：200～1000Hz頻率。風速傳感器：工作電壓：直流10～18V；工作電流：≥45～60mA；測量范圍：0.4～15m/s；頻率輸出：200Hz～1000Hz。一氧化碳傳感器：工作電壓：直流18V；工作電流：≥100mA；測量范圍：0～1000×10-6CO頻率輸出；200～1000Hz。粉塵傳感器：工作電壓直流18V；工作電流：≤300mA測量范圍：0～1000mg/m3，頻率輸出：200～1000Hz。溫度傳感器：工作電壓：直流8～18V；工作電流：≥30mA；測量范圍：-5℃～+45℃；頻率輸出：200Hz～1000Hz。c.KJF18B型通用監測監控分站有兩列信號輸入端子，左列為模擬量輸入，共8路信號輸入，右列為8路開關量信號輸入。2）頻率信號分析。頻率信號，通常是由于信號的帶寬而起的作用。帶寬是信號頻譜的寬度，也就是信號的較高頻率分量與低頻率分量之差。信道帶寬則限定了允許通過該信道的信號下限頻率和上限頻率，也就是限定了一個頻率通帶。如果信號與信道帶寬相同且頻率范圍一致，信號能不損失頻率成分地通過信道；但頻率信號不可以遠距離傳輸，易受外界干擾，且如果采用獨立的信道傳輸線纜重復敷設嚴重。可以看出傳感器頻率全部在200～1000Hz。即帶寬相同，且低頻率基點相同，可以在同一信道上傳輸，即回風流處5臺傳感器的信號負極線纜可以復用，得出以下改造措施：a.同一基點（信號負極）可以采用同一根線纜；b.不同信道之間的區分可以由不同線纜與同一根線纜（同一基點）之間配合。傳輸配合圖如下：由上圖可以看出A為公共信號基點，B、C、D、E與A基點組合不同信號的配合線纜，所以AB之間配合是風速傳感器信號，AD之間配合是瓦斯傳感器信號等。

3實際應用

因為原先一號煤礦監控分站與傳感器同時安裝回風順槽的10到15米的位置，所以在改造過程中分站如果搬遷，勢必造成每臺傳感器與分站之間線纜延長，線纜重復敷設嚴重，綜上所述材料的選擇可以依照下列幾點考慮。

3.1材料選用使用說明

1）首先采用MYJ3*2.5+1*2.5型信號電纜做為回風流處所有傳感器電源線纜，其芯線分為“紅”“黃”“藍”“綠”。兩兩一組引接18V直流電源，共兩組18V電源。2）信號線纜采用MHYVP1*7*7/0.52型的7芯信號電纜，其芯線分為“紅”“白”“藍”“綠”“黑”“黃”“紫”，將回風流處傳感器信號負極公用1色“白”，其余顏色為各個傳感器信號正，其中瓦斯信號正采用“紅”，風速信號正采用“藍”一氧化碳信號正采用“綠”溫度信號正采用“黑”粉塵信號正采用“黃”紫色為備用信號芯線。

3.2接線工藝

1）MYJ3*2.5+1*2.5型信號電纜輸入側一段直接接入KDW65型本質安全型電源18V電源輸出。共引出兩路（“紅”“黃”為單獨1組18v，“藍”“綠”為單獨1組18v），線纜輸出側接入回風流處接線盒內。2）MHYVP1*7*7/0.52型信號電纜始段直接接入KJF18B型通用監測監控分站，將線纜“白”色全部接入監控分站左列端子的信號負極上。其余線纜按照如下連接：a.瓦斯信號正采用“紅”；b.風速信號正采用“藍”；c.一氧化碳信號正采用“綠”；d.溫度信號正采用“黑”；e.粉塵信號正采用“黃”。依照色譜順序，分別接入左列端子的第1路瓦斯，2路風速，3路一氧化碳、4路溫度、5路粉塵每組端子排的信號正。而MHYVP1*7*7/0.52型信號電纜末端也接入回風流處接線盒內。

4結論

以一號煤礦613工作面為列改造，分站搬出回風順槽后傳感器運行穩定，數據，且“瓦斯電閉鎖”功能正常，達到了預期改造目的，且安裝位置符合《安全規程》、AQ6201-2006和AQ1029-2007安全監測儀器使用管理條列；消除了監測監控分站受到潮濕空氣侵蝕的危害，提高了數據傳輸的穩定性，消滅了“隱形”故障。

作者：朱元軍 單位：陜西陜煤黃陵礦業一號煤礦

監測系統論文:基于無線移動技術的煤礦井下瓦斯監測系統

摘要：瓦斯是古代植物在堆積成煤炭的過程初期，由纖維素和有機質在厭氧菌的作用下，分解而成無色、無味的氣體，當在井下進行采煤作業時，達到一定的濃度后，就會使人缺氧而窒息，甚至發生燃燒或爆炸。本文中介紹的無線移動瓦斯監測系統，可以將井下移動的便攜武檢查儀進行聯網，通過人員的移動不斷地監控各個區域、各個時間節點的瓦斯濃度，并將數據自動上傳至主計算機，當出現瓦斯超標時，計算機就會自動閉鎖進行控制，或者發出警報，通過煤礦井下無線移油咚辜嗖庀低車姆治觶闡述其優缺點，為實現煤礦技術型創新提供一定的參考。

關鍵詞：煤礦井下；無線移動；瓦斯監測系統

瓦斯是威脅煤礦安全生產的關鍵問題之一。據不統計，我國的高瓦斯礦井占全體礦井的50%左右，瓦斯事故所造成的人員傷亡總人數，占礦難總傷亡人數的60%以上，并且在所有礦難中，瓦斯事故幾乎接近于七成，因此所有煤礦的瓦斯監控，都是煤礦安全管理部門的核心監控項目，是所有安全工作中最重要的組成部分。在實際生產過程中，為了實時監測煤礦井下的瓦斯濃度，各個煤礦采用了各種瓦斯監控的方法，用以保障井下正常的生產活動。

1.傳統瓦斯監控系統存在的問題及不足

傳統的瓦斯監控系統主要分為兩大類：一類是固定式監控，所采用的檢測設備是瓦斯傳感器；另一類是移動式監控，所采用的監測設備為個人便攜式瓦檢儀。

1.1固定式瓦斯監控系統

固定式瓦斯監控系統主要的組成部分有：瓦斯傳感器、地面監控系統、井下監控系統等，固定在煤礦井下的瓦斯傳感器，將井下監測的實時數據通過井下監控系統，將監測的信息傳遞到地面的控制中心，以實現井下瓦斯的全天候監控，固定式的瓦斯監控設備采用的是有線連接的方式，雖然監測數據穩定、，但是還存在很多弊端。

及時、固定式瓦斯監控體系存在監控盲區；

第二、瓦斯傳感器后期維護問題；

第三、人為破壞。

1.2移動式瓦斯監控系統

移動瓦斯監控系統與固定傳感器不同的是，由瓦檢人員攜帶便攜式的瓦斯檢測儀，進入到生產區域，進行流動性檢查，當進入到一個瓦斯濃度超標的區域內，瓦斯檢測儀就會發出聲光警報，瓦檢人員需要立即通知井上調度中心，采取相應的安全措施，便攜式瓦斯檢測儀體積小、使用方便，但是同樣存在很多問題。

及時、監測點隨意性較大；第二、監測到的數據不能聯網監測、不能自動上傳，即使把數據上報到調度中心，數據的滯后性也很明顯；第三、人為因素明顯，在監測過程中，對于人員素質的要求很高，如果大量不利的人為因素出現，必然會導致監測數據的不性。

2.無線移動瓦斯監控系統組成及工作原理

針對固定式（固定瓦斯傳感器）及移動式（便攜式瓦斯檢測儀）監控系統的缺陷，由此產生了無線移動瓦斯監測系統。它是通過無線通信技術，將便攜式瓦斯檢測儀中的數據實時的傳遞給調度中心，完成全區域監控。在實際組成煤礦井下整體瓦斯監控體系時，首先需要解決煤礦井下無線信號大面積覆蓋的問題，其次要形成統一的數據上傳網絡平臺，充分利用無線移動技術，將井下便攜式瓦檢儀實時監測的數據，上傳到計算機中，由計算機進行全程監控。無線移動瓦斯監測系統主要包括：終端監測儀、無線收發器、定位裝置、數據通信接口以及計算機監控系統幾個方面。

為了保障上傳的瓦斯監測數據與井下位置保持一致性，也就要確定監測點的位置，需要在井下無線信號覆蓋的地方加裝定位裝置，定位器不斷的發出位置信息，與無線瓦檢儀傳遞的數據一起反饋給地面；同時地面計算機也可以通過操作系統向井下人員發送報警信息，通過聲音、閃光、震動等形式，提醒井下工作人員，現在的瓦斯濃度已經超標，為井下人員的撤離及井上人員的救援提供參考。

3.無線移動瓦斯監控系統功能

無線移動瓦斯監測系統實現了井下信號的多方位覆蓋，有效解決了固定式瓦斯傳感器存在的監控盲區問題，同時實現了聯網監測，解決了傳統便攜式瓦斯檢測儀存在的數據滯后及人為現象嚴重的問題。各個監測點的數據，可以及時上傳，由各個井下監測分站將數據進行匯總，其主要的系統功能有：

及時、瓦斯監測數據實時上傳，監控區域覆蓋于整個煤礦井下。

第二、便攜式瓦斯檢測儀與井下監測分站及井上調度中心形成聯網體系，可以及時時間將數據信息反饋給地面調度部門。

第三、監測數據可以進行自動的分析及保存，有利于井上分析處理相關問題，當瓦斯濃度超標時，具有自動閉鎖及聲光報警等功能。

第四、具有一定的定位功能，方便地面調度中心對瓦檢員的井下移動軌跡，進行相關的跟蹤，進行移動線路間數據的相互對比，防止人為因素現象產生。

第五、無線移動瓦斯監控系統具有雙向通信功能，如果地面調度中心有緊急事件需要通知時，可以通過收發短信的形式，將信息發送到單個或整體的瓦斯監測儀上，煤礦井下人員當遇到突發事件時，也可以反向向地面調度中心發出求救信號，以獲得及時的救援。

4.無線移動瓦斯監測儀關鍵問題分析

4.1煤礦井下信號覆蓋問題

煤礦井下的巷道結構復雜，巷道里面有錯綜復雜的分支、拐彎以及各個工作面，還有生產設備、皮帶車輛等障礙物的存在，所以要實現井下信號的多方位連續覆蓋，其實并不容易。首先要在大巷中設立瓦斯監測分站，并且數量要進行保障，同時這些分站的位置要相對固定，分站與分站之間用有線電纜進行連接，作為信號處理的中轉站，從每個分站中引出多個無線信號收發器，充分分布于分站周邊的各個區域，如：工作面、掘進面、分支巷道等，分站與無線信號收發器之間也采用有線電纜進行連接，以方便后期無線信號收發器的日常維護。

當無線信號收發器鋪設完成后，需要從無線收發器中引出多條信號電纜作為信號天線，沿著所需要覆蓋的區域進行鋪設，有信號電纜的地方就有無線信號，總體來說只要人可以進駐的地方，信號電纜就可以鋪設到哪，沒有區域的限制，同時信號也不會隨著巷道的分支及拐彎而受到影響。

4.2便攜式瓦斯檢測儀的定位問題

信號收發器可接收的范圍往往涉及幾百米的空間，在同一個范圍區域內，有時有可能會出現多臺便攜式瓦斯檢測儀同時上報數據，因此需要對每一臺便攜式瓦斯檢測儀進行數據定位，這就需要通過定位裝置來得以完成，定位器是由電池供電的小型無線設備，通過事先在地面數據庫中進行輸入位置，它會不斷地向外發送其特有的位置數據信息，當瓦檢員到達一個區域后，在它附近的定位設備就會向地面調度中心把當前的位置信息及瓦斯數據信息一起進行上報，并由地面上的瓦斯監控計算機統一處理。

5.結語

通過以上的分析，我們發現無線移動瓦斯監測系統對個人便攜式瓦斯監測儀進行了統一集中的管理，整個系統在實時數據上傳方面及雙向數據通信方面有著無可比擬的優勢，所以在2009年全國煤炭瓦斯防治工作會議中，將無線移動瓦斯監測系統定位為先進適用技術。目前，煤礦井下的無線移動瓦斯監控系統已經完成了相關的開發及準備工作，相關行業部門已經得到了充分的認證，并且已經在一些大新型煤礦中得以實際運用。該系統的推廣，必然會對煤礦瓦斯監測及瓦斯事故預防提供積極方面的意義，對我國整個煤炭行業的安全生產提供堅強的保護。

監測系統論文:能效監測系統在煤礦工作面的應用

摘 要：全國“十三五”能源規劃工作會議提出，堅持“節約、清潔、安全”的發展方針，落實“節能優先、立足國內、 綠色低碳、創新驅動”四大戰略，能源行業控量節能成為新形勢下國家能源戰略的主題，采礦行業耗電量大，是能效監測的重點單位。將煤礦建設成為具備節能形勢分析、能效分析、碳排放分析等功能，為相關部門提高節能調控和管理措施的前瞻性、針對性和有效性，為企業提升能源精細化管理水平提供數據支持。

關鍵詞：綠色低碳；能源戰略；能源規劃；控量節能；能效監測

為實時反饋工作面及重點耗能設備能效狀況，促進工作面能效水平總體提升；同時在國家發改委對“千萬噸級高效綜采關鍵技術創新及產業化示范工程項目”進行驗收時能夠提供詳實的能效歷史數據支撐，開發出一套能夠提升工作面的能效水平的系統成為高產礦井關注和研究的重點。

1 系統研究背景及意義

煤炭工業在發展過程中不協調、不平衡、不可持續問題依然突出。“大馬拉小車”的傳統低效采煤模式普遍存在，生產過程能源消耗不合理，采煤機械化程度與先進產煤國家仍有較大差距。行業總體生產效率遠低于先進產煤國家水平。

2 能效監測系統設計

能效監測系統采用B/S架構。系統綜合運用測量技術、計算機應用技術、網絡技術、信息技術，實現計量數據（主要是電量和產量）的綜合管理。

能效監測系統以電量和產量數據作為支撐，電量數據主要來自工作面組合開關、變頻中心等設備，通過RS485或TCP/IP協議進入礦井高速工業以太環網，設備利用Modbus RTU、OPC等接口對外發送數據，產量監測數據來自礦井綜合自動化系統的OPC傳輸通道。電量和產量數據都集成到工作面數字化集成平臺的過程數據庫中，然后經過程數據庫存儲到關系數。

3 系統功能

能效監測系統由現場計量儀表、數據傳輸網絡和地面計算機管理系統等構成，對工作面煤炭產量、總用電量及主要耗能設備消耗電量進行計量、采集、傳輸、存儲、匯總、分析、上報、評價、預警，具體實現如下功能：

（1）參數采集：所有時段工作面產量、總用電量、重點耗能設備用電量等數據的采集、傳輸、過濾、存儲；（2）能效計算：根據采集的實時和歷史數據，對工作面總能效指標、主要耗能設備能效指標進行計算；（3）能效指標評估：對采煤機、刮板機、轉載機、破碎機、皮帶機等主要耗能設備工序能耗進行計算，并與預先設定的標準評價值進行比較，形成等級評價；（4）能效指標預警：對工序能耗指標超標的重點耗能設備進行預警，提示管理者進行調整；（5）歷史數據查詢：在任一設定時間段內，實現對單臺設備及整個19108工作面實際能效指標查詢，評價情況查詢、預警指標查詢等。（6）報表功能：多種報表的生成和打印功能。

4 成果展示

該系統可以實時的展示實時用電情況，并能自動生成各類報表和圖表。

5 經濟效益分析

經測算，在工作面可持續生產的七年中，掘進工程量預計減少6872m，平均每年減少981m。按照配置情況，掘進機容量260KW，掘進順槽皮帶四部4×2×75KW，壓風機運行容量2×250KW（壓風機約60%供給掘進系統），忽略其他負荷，掘進工程機械負荷合計1160KW。（260+2×4×75+2×250×0.6）裝備運行負荷率按70%考慮，每年掘進工程節電量為474萬kwh，折583噸標煤；七年累計節電3318萬kwh，折4078噸標煤。

6 社會效益分析

加快高新技術向傳統行業滲透，有效地緩解制約煤礦安全、高產、高效生產的技術瓶頸，提高產業競爭力，推動我國煤炭產I實現可持續發展。同時促進高技術產業快速發展，在信息技術、新材料、先進制造技術、先進能源、自動化等領域形成一大批有較大帶動作用的高技術產業群。

7 結語

本系統實時反饋煤礦工作面及重點耗能設備能效狀況，促進工作面能效水平總體提升；同時在國家發改委對“千萬噸級高效綜采關鍵技術創新及產業化示范工程項目”進行驗收時能夠提供詳實的能效歷史數據支撐，時了解各生產用能環節能源利用狀況，根據能效目標和能效現狀，為管理者提供科學調度和后續改進數據參考。

監測系統論文:Kj558在線光纖監測系統在煤礦防火上的應用

[摘 要]溫度的升高是采空區自然發火和氧化速度加快的重要特征指標，可以通過溫度變化，更直接地研究采空區氧化升溫的規律，預測自然發火的程度。以往掌握采空區自然發火規律依靠煤礦氣相色譜儀分析采空區氣體，傳統的氣體檢測方法存在檢測信息滯后以及增加檢測的復雜性等問題，面對該問題公司引進了山東微感光電子有限公司研發的分布式光纖測溫監測預報系統。該系統對采空區溫度能實現無源探測、實時分析、預報等功效。

[關鍵詞]溫度變化 自然發火 光纖測溫 檢測

目前煤自燃主要對溫度和氣體監測，其中溫度監測主要有無線自組網傳感技術、紅外熱成像技術等，無線傳感器可以再采空^布置，監測直接，但成本高，若對采空區的溫度場充分了解，需要布置大量的測點，無法回收，且目前無線自組網傳輸技術不成熟、需要供電等，限制了該技術的發展；紅外熱成像技術限于煤巖表面溫度監測，要求中間無遮擋物；現在常用的氣體監測手段是束管監測，束管采用氣象色譜儀來對井下的氣體進行監測，其優點是能對自燃過程產生的氣體靈敏監測，精度高，監測參數多，成本低，缺點是束管管路長，無法保障整個管路氣密完整，而在采空區的探頭容易被積水積塵堵塞，且容易被砸斷。針對上述情況，公司于2014年引進了山東微感光電子有限公司研發的分布式光纖測溫監測預報系統，并在興安、富力、南山三個礦井的采煤工作面進行了試用，取得了良好的效果。

1、技術依據

煤的自燃分為三個階段：煤在低溫的條件下，能吸附氧生成不穩定的化合物，放出少量的熱，這種氧化過程十分隱蔽，稱其為潛伏期；經過該階段后，煤的氧化過程加速，發熱量增加，不能及時散熱，就加速煤的自燃；如果煤的自熱溫度繼續升高至臨界溫度（70―80℃）以上，氧化急劇加快，煤的溫度迅速，升至300―500℃時，就會發生燃燒現象，H2、CO、水蒸汽征兆性氣體出現，該階段是防止隱患升級的有利時期；當溫度達到800―2000℃時，煤的燃燒就會出現明火，此時基本就沒有辦法施救，只能被迫封閉工作。因此，在工作面回采過程中，對工作面入風巷、回風巷及切眼位置進行溫度監測、及時發現溫度異常，將煤的自然抑制在早期階段，對控制預防采空區自然發火具有重要意義。

2、光纖測溫系統工作原理

分布式光纖測溫監測預報系統運用拉曼散射和光時域反射技術，可以實現溫度和距離的測定。

3、光纖測溫系統組成

光纖測溫系統主要由測溫光纜、礦用分布式溫度檢測儀、井下交換機、通訊光纜、井上交換機、井上測試PC機部分組成。

4、系統特點

4.1 本質安全，不帶電，不受外界電磁場干擾，長期漂移小；

4.2 復用能力強，可實現對一線多點、兩維點陣或空間分布的連續監測；

4.3 采空區發火點精準定位，誤差小，顯示直觀，反應迅速。

5、系統使用

煤礦安全生產光纖溫度在線監測及自然發火預警系統采用長距離礦用鎧裝光纜作為溫度傳感器，與傳統的溫度傳感器相比具有本質安全，耐腐蝕，不受電磁干擾等優點，光纜沿走向敷設于井下巷道、工作面及采空區內，也可直接埋設于火災隱患的高溫區域，連續監測長距離大范圍的環境溫度信息，為煤礦井下溫度監測等應用提供品質的溫度監測方案。該系統的分布可以用于確定發火點的位置，避免了由于束管漏氣造成的誤差，對煤礦采空區災害監測和控制有著重大意義。煤礦安全生產光纖溫度在線監測及自然發火預警系統則采用不帶電的感溫光纜作為傳感器，能夠真實有效的檢測整個采空區內部的溫度分布，而采空區的有害氣體釋放及自然發火等情況均與溫度有直接的關系，所以對采空區進行溫度的監測更具有直觀性；本系統通過連續的監測，可以監視采空區從起火、自燃到滅火的整個過程，且可以觀察記錄起火的位置、范圍大小等數據，對采空區自然發火的研究有重要意義；感溫光纜可以在回采工作面的回撤過程中連續監測之前已經采完塌落的采空區內部的情況，而不需要等整個工作面采完后再對采空區進行監測。

基于光纖技術的采空區自然發火系統在興安、富力、南山三個礦運行以來，對采空區內溫度進行了實時在線監測，指導了三個礦防滅火工作的開展，提高了礦井抗災能力。

6、結論

6.1 感溫光纜不帶電、可以實現空間連續溫度監測，解決了采空區內部溫度檢測的難題，具有較強的創新性。

6.2 通過分析測試數據，三個礦井采煤工作面溫度場分布受“三帶”影響，都呈現出一定規律，采空區內溫度曲線整體上先增高后降低，呈“峰形”變化，符合實際情況。因此，實際測量與采空區內部煤體氧化機理相吻合，表明該方法是切實可行的。

6.3 系統提供巷道環境溫度及采空區溫度分布及變化趨勢數據，可用來綜合判斷煤的自燃區域。

6.4 通過光纖測溫系統反饋的溫度數據，指導礦井防火重點區域，提高了打鉆、灌漿防滅火的效率。

作者簡介

姚文龍（1982.03― ），男，工程師，學士，2007年畢業于黑龍江科技學院安全工程專業，現在龍煤鶴崗礦業有限責任公司通風技術部防火科從礦井防滅火相關工作。

監測系統論文:對KJ768煤礦微震監測系統相關探討

【摘 要】微震監測技術是20世紀90年展起來的一種新型物探技術。KJ768煤炭微震監測系統是實時監測煤礦微震事件的計算機在線監測系統。微震監測技術是研究巖土工程中巖體變形破裂現象的一種地球物理學方法。近年來，在礦山、水利工程、交通隧道、天然氣石油儲存工程、地熱工程、核廢料處理工程等領域得到了廣泛應用。

【關鍵詞】微震監測技術 KJ768 應用

微震監測技術是20世紀90年展起來的一種新型物探技術。KJ768煤炭微震監測系統是實時監測煤礦微震事件的計算機在線監測系統。系統將計算機技術、信號處理技術、數據通訊技術和傳感器技術融為一體。實現了復雜環境條件下對煤礦井下的微震事件變化情況的自動監測和分析。

1 微震監測技術原理

其技術原理為：巖體發生破壞前后，將持續一段時間以聲波的形式釋放積蓄的能量，從而產生聲發射與微震等物理現象。通過對巖體破壞微震動信號的監測，經計算處理，可以得到巖體發生破壞的微位置坐標、詳細時間和能量級別等信息。進而結合地質、開采和巖體力學理論，判別震動和能量釋放與開采活動的因果關系，為生產安全提供決策依據。

2 微震監測技術

2.1 系統結構及組成

系統包括六個組成部分：（1）計算機及數據處理軟件；（2）GPS授時裝置；（3）KJJ185礦用網絡交換機；（4）KJ768-F礦用本安型監測分站；（5）配接傳感器；（6）KDW127/12B礦用隔爆兼本安電源。

2.2 功能及用途

KJ768煤礦微震監測系統能夠監測能量大于100J，動態范圍110dB的微震現象。本產品通過井上和井下布置的拾震器對礦山微震進行實時在線監測，可給出礦山微震波的能量、頻譜等特征。

本產品系統軟件能對礦山微震事件的位置和能量分布進行定位處理與可視化顯示，得到巖層活動（頂板斷裂、應力分布等）情況，可用于礦井沖擊地壓、動載礦壓、上行開采等不同災害的監測預警。

2.2.1 功能

（1）實時、連續、自動采集原始震動信號；（2）可按不同要求實現數據濾波處理；（3）自動保存原始數據；（4）可進行震源定位和震源分析；（5）基于自震式功能的監測區波速場掃描與應力場評價，監控區域的CT掃描功能；（6）具有多種不同形式的報表；（7）靈活處理震動信息，多種分析手段；（8）實時顯示震動信號波形。

2.2.2 擴展功能

（1）可給出監測區域內巖層活動信息；（2）可給出微震震源的時空分布規律；（3）可給出監控區域內構造分布信息；（4）可給出監控區域的高應力集中區域；（5）可給出采動區沖擊地壓危險的綜合監測評價結果；（6）可進行沖擊危險區解危措施效果檢驗；（7）可進行采動影響下異常地質區的巖體活動信息。

2.2.3 應用案例

（1）可用于動載礦壓監測預警；（2）可用于沖擊地壓/礦震監測預警；（3）可用于上行開采監測；（4）可用于煤與瓦斯突出監測預警；（5）可用于隔水層突水監測。

3 監測系統安裝

3.1 KJ768-F微震監測分站

KJ768-F礦用本安型監測分站（以下簡稱分站）主要作用是采集傳感器數據，與上位機進行數據傳輸。分站采用本質安全電路設計，可用于井下含有瓦斯爆炸性氣體的危險場所。分站可將監測到的數據傳送到KJJ185礦用網絡交換機，通過交換機再將數據發送到地面計算機。

（1）安裝前準備。根據煤礦井巷布置圖和KJ768-F礦用本安型監測分站的覆蓋范圍，事先勘察繪制確定設備放置站點的位置布局圖。

（2）分站和電源安裝。根據位置布局圖所確定分站的位置，將分站懸掛在巷道的壁上，因需連接傳感器電纜和通訊電纜分站不宜懸掛太高，方便接線為宜（分站箱子離地1米左右）。將分站箱子固定在巷道壁上的錨桿或者是鐵網上。KDW127/12B礦用隔爆兼本安電源懸掛在分站箱子旁，為分站提供DC12V電源。

（3）分站線路連接。打開分站箱子上蓋，再打開內部接線盒，按接線盒內部所標傳感器各通道順序將傳感器電纜連接到接線盒內

（4）傳感器信號電纜安裝。接線盒內傳感器電纜連接順序為從左到右（通道1-8），將信號電纜剝皮并從線纜接口插入分站內部，使用剝線鉗剝出線芯，并用十字螺絲刀鎖緊接線盒壓線螺絲。

3.2 GZC-70拾震器

GZC70礦用本安型拾震傳感器（以下簡稱傳感器）是微震傳感器，可以和KJ768-F礦用本安型監測分站配接。該產品主要用于采集煤礦微震事件導致的振動信號。也可用于涵洞或其它地下工程的微震監測。產品采用本質安全電路設計，可用于井下含有瓦斯等爆炸性氣體的危險場所。

根據煤礦井巷布置圖和KJ768-F礦用本安型監測分站的覆蓋范圍，事先勘察繪制確定傳感器安裝位置，做成詳細傳感器安裝位置的布置圖，按布置圖位置打好錨桿。

（1）首先將傳感器轉換接頭與巷道中已有的錨桿連接；將轉換接頭鎖緊在錨桿上，再將傳感器緊鎖在轉換接頭上。（注意：錨桿與巖體不能松動，否則影響傳感器信號接收效果）。

（2）安裝完成后調整傳感器角度，使傳感器保持垂直放置（如上圖），既傳感器輸出接口朝上，然后鎖緊轉換接頭螺絲。

（3）將傳感器電纜連接2通本安接線盒，完成傳感器與分站的電纜連接。

3.3 地面設備安裝

將電腦主機和GPS授時器安裝在監控中心，各設備正常插入通電。主機網線和GPS授時器網線連接到井下到監控中心環網交換機上，GPS授時器插入天線和網線，GPS授時器天線需放在室外開擴位置，以便接收GPS信號。

4 結語

KJ768煤礦微震監測系統，在硬件上實現了噪聲低、響應快、智能化、自動化、可視化和網絡化功能，相對其他傳統監測手段，具有遠距離、大區域、動態、三維、實時監測、監測空間與時間連續等特點。通過專業化數據處理軟件，能夠實現地得到微震事件發生的三維空間位置和量級，從而可對巖體變形破壞情況做出評價。KJ768煤礦微震監測系統在十多個礦或工作面的動載礦壓、上行開采、沖擊地壓等煤礦災害防治領域得到推廣應用，取得了成功。

監測系統論文:煤礦瓦斯監測系統安全運行研究分析

[摘 要]煤礦瓦斯災害會給國家、企業和人民帶來嚴重的災難。因此，必須建設完善的煤礦瓦斯監控系統，在防止瓦斯災害的同時，系統的安全穩定運行顯的尤為重要。本文從煤礦瓦斯監控系統電磁兼容性、后備電源使用、防雷接地等入手，重點闡述系統存在問題，在此基礎上，詳細分析煤礦瓦斯監控系統使用注意事項。

[關鍵詞]煤礦 瓦斯監測 安全運行 分析

一、電磁兼容性能

目前使用的監控系統普遍存在著假數干擾問題，盡管有些礦井使用了光纖傳輸，依舊沒有解決冒大數的頑疾，傳感器信號向分站傳輸大都采用200-1000Hz頻率制式，分站采用脈沖計數方式工作，抗干擾防衛能力很差，極容易在此環節上引入干擾，現場的干擾源有以下3個來源：

1、煤礦井下特殊狹小的現場環境，傳感器連線與動力電纜很難分開鋪設，有些地方干脆就是掛在同一個電纜掛鉤上，大型電器設備啟動和停止時會釋放出極其強烈的電磁脈沖輻射，強干擾脈沖能在瞬間淹沒傳感器信號，結果就造成了“冒大數”現象。

2、遇有線路接觸不良，譬如接線盒壓線螺栓松動，傳感器接插件氧化、連接電纜接頭氧化等等，就會造連接虛抖，致使規整的矩形脈沖被“切割”成許多雜散尖脈沖信號，結果造成大數假象。

3、井下變頻設備工作時會釋放強烈的電磁干擾，嚴重污染電源環境，干擾信號通過電源線路竄入分站，輕則造成假數干擾，嚴重會阻塞分站通信，甚至造成分站CPU頻繁死機。 井下分站和地面計算機無法識別這些比常規信號還強烈的干擾，分站將這些干擾信號作為數據處理，就造成了難以克服的“大數干擾”，干擾問題普遍存在于目前使用的各種系統中，根據對神華寧夏煤業集團所屬14個礦井進行調研，大多存在誤報警，且次數頻繁，極大損害了監控設備的可信度。為了克服脈沖干擾，許多系統都采用軟件干擾濾除方法，即把傳感器多次采集結果進行比較，經過多個采集周期后才能確認超限信息的“有效性”，為了加強濾除干擾能力，需要反復進行多次過濾，結果帶來的是系統反應遲鈍，斷電閉鎖動作緩慢，使真實超限的數據遲遲不能正確反映上來，無法達到煤礦安全監控標準30秒的低要求。

二、分站后備電電源

目前分站中使用的后備電源，大都是鉛酸免維護電池，電池放電完畢，一定要立即充電，否則電池機板將很快硫化損壞！使用中的后備電源，每次放電后，要經過48小時充電方能全部充滿，每天都發生交流電停電的場合，電池將長期處于過放電狀態，不能保障后備時間且極易損壞電池極板。

下面是幾項蓄電池損壞的實例：

（1）井下工作面設備搬遷時，往往生產部門首先切斷工作面電源，然后才逐步拆卸設備，帶有后備電源的分站，在交流電停止那一刻開始，已經開始消耗后備電池中的電能，直到電池放光為止。如果這臺設備不能迅速搬移到新工作地點，并且連接好電源將電池及時充電，那么這臺分站中的電池組注定就報廢了。用戶要避免這種在不知不覺中損壞設備的習慣行為，一定要在拆裝設備之前，用遙控器關閉分站電源。

（2）有些礦井工作面每天都要停電，注意：只要發生一次停電后沒有及時恢復，電池就將全部放光儲存的電能，恢復供電后充電不足24小時接著再次放光，這樣長期處于欠充電的電池將很快損壞。

在進行后備電源容量的測試之前，一定要保障48小時的全充電（二天二夜），如果僅僅充電八小時就開始放電，電池組只能充到1/3不到的容量，將遠遠達不到全容量的指標！使用中要避免后備電池長期處于過度放電狀態，儀器一旦過度放電后沒有及時充電，會造成電池長期性損壞。建議為分站提供雙電源或專用供電線路，保障系統電源的性。

（3）倉儲中的分站沒有連接交流電源，不要輕易啟動設備運行，一旦后備電源被啟動，就將一直放電到電池終了，儲存的環境得不到及時充電，電池將很快損壞。庫存的分站要定期半年充電一次，升井檢修的儀器，一定要充足電后再儲藏，避免損壞電池。

三、系統防雷的若干問題（能改成井下的實際情況不）

除了大氣放電造成的強電磁干擾外，還有一種來自礦井內部動力電源故障浪涌電流造成的破壞， 后者的破壞力往往遠高于雷電的損壞力，特別在動力電源設備發生擊穿短路、電纜短路放炮、電纜弧光短路等情況時，動力電源的相間會發生嚴重的不平衡。擊穿點對地短路，造成很高的跨步電壓（不同位置的兩點大地電位差），能造成井下現場接地點與地面機房接地點很高的電位差。信號傳輸線跨接在這個高電位差的兩地之間，與儀器之間形成放電回路，能在很短的時間內燒焦電路板，并使其碳化擊穿，會破壞整個網絡。用戶往往在沒有發生雷雨的季節也發生了擊穿損壞，這就是動力電源浪涌造成的破壞。

（1）主通訊線采用光纜傳輸，因光纖原材料是由石英制成的絕緣體材料，不易被腐蝕，而且絕緣性好。與之相聯系的一個重要特性是光波導對電磁干擾的免疫力，它不受自然界的雷電干擾、電離層的變化和太陽黑子活動的干擾，也不受人為釋放的電磁干擾，還可用它與高壓輸電線平行架設或與電力導體復合構成復合光纜，這一點對于強電領域（如電力傳輸線路和電氣化鐵道）的通信系統特別有利。

（2）有條件的話地面線路可以考慮采取埋地走線方案，穿入鋼管作防護外皮埋入地下能取得良好防雷性能。

（3）如果實在沒有條件使用屏蔽電纜，把四芯電纜中的二根剩余芯線，在井上井下分別良好接地，也可有效吸收感應能量獲得明顯的保護作用。

（4）傳輸線終端的井上下分別加裝避雷器，不可以只安裝地面，忽略井下。安裝線路避雷器，可以得到很好的保護效果，千萬不要拆掉避雷器運行系統。

（5）避雷器的保險管被擊斷后，要換上相同容量的備用保險管，當地購買不到相同規格保險管盡快與廠家聯系，切不可以用大容量的代換，一般不要用大于500毫安的保險管，不要用導線替代融絲。現場對損壞的保險管可以自己焊接，可以找來0.08到0.1漆包線替代熔絲焊接在玻璃管中。

（6）信號傳輸線不要同動力電纜掛在同一側邦上，更不要掛在同一個電纜鉤子上，否則動力電纜發生瞬間短路的浪涌電流會在傳輸線上感應出數千伏電壓，能量非常強大。

（7）避雷器的接地線要良好接地，特別是安裝在井下的避雷器尤其重要。

（8）雷電大作時，特別在機房附近落雷時，建議關閉地面主計算機，然后拔下主機和接口的電源插頭，接有局域網的也要拔下網線插頭，這樣可以有效的保護計算機不被雷電擊毀，但不能保護井下設備，只停電不拔下插頭，主機照樣容易被雷擊毀。

（9）計算機外殼接地不能改善防雷性能，恰恰相反，機器外殼懸空能有效阻斷放電通路，更有利于防雷。建議電腦插座中的保護接地不要連接大地（品字形插座中間的插孔），但要保障外置接口的外殼和電腦的外殼地連接在一起就可以（插在同一電源插座上，或用導線將二個插座的“保護地”連在一起），千萬不可以只有一臺接地而另一臺外殼懸空（指通信接口和電腦的外殼）。

（10）在使用多個電源插座時，尤其是采用雙回路電源供電的機房，千萬要將幾個電源插座中的保安接地相互牢靠連在一起。以保障電腦及接口的外殼“同電位”，否則電源浪涌和雷電極易損壞你的串行接口！千萬不可以輕視此問題，即使不采用雙回路供電，也是一樣的危險，現場已經發現多起類似嚴重的事故。

四、總結

煤礦瓦斯監測系統目前雖然存在著一定的問題，但從各礦實際出發查找系統存在的不足，著實解決安全隱患 ，是保障系統安全穩定運行的基礎。同時系統的穩定運行也離不開專業的技術支持，煤礦安全監測維護人員應加強計算機技術、電子技術、供電與安全等方面的學習，從而助推瓦斯監測系統長期安全運行。

作者簡介

李偉（1986―），助理工作面，現任金能煤業分公司通風隊技術員、2007年畢業于北京機械工業學院，從事的崗位工作或研究的方向；安全監控系統個人經驗可寫可不寫；參加工作時間；2008.5年。

煤礦井下斷路器實時監測系統設計

【摘 要】針對目前煤礦井下常見的斷路器故障及誘因，設計了一種以TMS320F2812為核心的斷路器實時監測系統，分析了系統的工作原理，完成了系統中各個功能元件與單元的設計，并實現了軟件的預警和抗干擾控制。通過硬件與軟件的設計，保障了電氣設備中各個硬件模塊的安全性及其監控的實時性與穩定性，對于提升斷路器的保護能力及其性有著重要的意義。

【關鍵詞】斷路器；實時監測；系統設計；性

0 引言

煤礦產業屬于相對特殊的行業，由于井下的工作環境存在諸多危險因素，比如高溫、高濕以及高瓦斯濃度等，導致煤礦生產條件的安全系數較低。隨著煤炭需求量的逐年遞增，促使煤礦井下的作業逐漸實現了機械化、自動化、系統化，同時為了保障各個電氣設備的正常工作，避免突發電力事件造成人力、物力的損失，要求斷路器實時監測系統具有很強的穩定性和性[1]。

斷路器監測信息需要進行實時通訊，通訊數據包括電參數及溫度參數，及時對上傳的數據進行分析及處理，若出現了預設的預警條件，將會把相關信息直接發送至管理員客戶端，實現遠程控制。系統由硬件與軟件共同控制，要求其性、數據檢測的實時性、性以及穩定性等要充分得到保障，并能夠根據用戶要求選取相關監測參數，避免硬件工作的浪費，為設備維修與維護提供明確的方向，從而提高設備運行效率，降低工作成本。斷路器是煤炭安全生產的初始保障[2]，相對于發達國家，國內斷路器實時監測系統的功能以及應用程度還存在較大差距，但隨著硬件與軟件技術的普及，斷路器實時監測系統具有良好的發展和應用前景。

1 斷路器故障分析

1.1 跳閘分析

（1）高溫引起斷路器跳閘

當斷路器安裝位置的通風散熱性不佳時，斷路器的工作溫度能夠超過70℃以上。在斷路器內部結構中，具有兩種不同熱膨脹系數的金屬材料，若斷路器溫度超過一定范圍，負載保護金屬將發生不同程度的變形，正常情況下，當電流過載時，將產生瞬間高溫，形成過載保護[3-4]。

（2）電機啟動過程中的斷路器跳閘

斷路器非正常跳閘的誘因主要包括機械故障與電氣控制和輔助回路故障等，其中，機械故障占總故障發生率的65%以上，比如機構卡扣、元件變形、零件損壞、銷軸及鐵芯松動等。

1.2 故障誘因

分析斷路器機械故障的誘因主要包括以下方面：（1）內部線圈與鐵芯的裝配精度較低，導致阻力過大，無法正常跳閘；（2）內部運動部件發生機械損壞或者較大變形，無法過載保護；（3）閥體機構等金屬構件發生銹蝕，銷軸松脫等。為了降低斷路器的機械故障發生率，在斷路器的生產及安裝時，需要進行反復調試。在電氣故障方面，其具體表現為：線圈短路、燒毀及過長時間帶電，輔助開關異常，合閘接觸器損壞，二次接線故障，電源故障等。其中，在電氣故障中由于接觸問題造成的故障較多，造成短路或者斷路，使得斷路器無法正常跳閘。

一般地，造成斷路器的錯誤動作的主要原因有：（1）元件質量不過關，二次回路中的接線端排線受環境影響（潮濕等）導致絕緣能力下降，引起部分短路放電現象，造成斷路器誤跳閘；（2）工作電壓不穩定，尤其在低壓工作下，容易受到外界擾動產生誤動作；（3）斷路器內部的液壓構件密封性降低，導致液壓油外泄無法產生及時的跳閘動作，或者閉鎖后無法開啟；（4）斷路器內部的彈簧機構尺寸調整或者設置不合理，在長時間工作下，無法讓斷路器產生動作。

2 系統總體設計

2.1 系統主要監測內容

（1）分合閘線圈電流監測

電磁鐵是斷路器操動機構里面的一個重要元件，當線圈中有電流流過時，線圈會產生磁通，鐵芯會在電磁力的作用下動作，接通操作回路，進行高壓斷路器的分閘或者合閘。其實分合閘時的線圈電流信號中含有大量的信息，監測線圈電流并觀察其波形，可以判斷線圈的電氣連續性和完整性，反映出二次回路的狀態。分合閘時的線圈電流不僅能反映出操動機構的運動狀態，還能反映出控制閥、鏈條的工作狀態信息，比如：鐵芯行程、鐵芯有沒有卡澀等。通過分析合分閘時的線圈電流，可以了解并掌握高壓斷路器的操動機構的運行狀態，還可以據此判斷高壓斷路器是否拒跳、偷跳，并且可以分析出高壓斷路器發生故障的原因。

（2）溫度監測

因為高壓斷路器需要長期通過電流。正常負荷電流，短路時很大的故障電流，而實際情況下導體中都是有電阻的，電流流過時會產生熱量，導體的溫度會升高。在高壓斷路器的端子處，由于環境和設計、制造不當等原因，它們的電阻會增大，同樣溫度升高也很明顯，溫度升高會導致連接處的氧化程度加劇，致使接觸電阻變得更大，假如不能進行及時處理，就會破壞期間絕緣絕緣、絕緣被擊穿等重大事故。所以為了保障斷路器地工作，就要確保斷路器各部位的溫度不超過較高允許溫度。

測量溫度是比較常用的技術，難度不是很大，已經能夠達到高精度水準。目前，經常使用的溫度檢測方法是：使用便攜式紅外測溫儀進行測量，用紅外溫度傳感器進行測量，熱電偶間接測量法等等。

（3）動觸頭行程監測

動觸頭行程―時間特性是高壓斷路器重要的表現機械特征的參數，它可以用于斷路器分、合閘的速度的計算。斷路器觸頭的分、合閘的速度，是非常重要的參數，影響著斷路器的開斷性能，特別是分閘后以及合閘前的動觸頭速度。動觸頭速度可以通過行程―時間關系計算得到，也是斷路器在線監測中比較重要的內容。

2.2 系統工作原理

文中高壓斷路器在線監測系統以TMS320F2812為核心，并進行擴展外圍電路，根據不同監測參數的要求，選用不同的傳感器進行監測，信號調理電路把采集到的信號處理后傳輸給芯片，利用系統內部的A/D轉換器進行模數轉換，再通過RS485傳輸采集到的數據，由上位機顯示參數分合閘線圈電流、溫度等的數據、并將得到的數據儲存與打印出來。在外圍電路中，還根據實際需要設計了電源、鍵盤、開關量、顯示屏。

該系統所能實現的功能：（1）監測與診斷斷路器的合分閘線圈電流；（2）監測與診斷斷路器母排端子溫升；（3）監測與診斷斷路器的動觸頭行程；（4）監測與診斷開斷電流；（5）監測開斷次數；（6）監測三相同期性；（7）顯示斷路器的監測參數信息；（8）統計、打印和數據共享功能。

3 系統硬件與軟件設計

3.1 硬件設計

（1）傳感器選型及調理電路設計

本文中是使用JT5-B磁平衡式霍爾電流傳感器進行采集分合閘線圈電流，它能夠對不同波形的電流進行測量，輸出端可以將輸入端的電流波形真實反映出來，把斷路器的線圈引線從霍爾傳感器的測量孔徑中穿過去，這樣便于獲得電流信號歷史記錄，還能夠避開電磁式互感器的不足，解決電磁干擾問題。

該型號傳感器的參數主要有：輸入/輸出電流的比例是500：1，響應時間小于1μs，失調電流小于0.4mA。傳感器裝在斷路器的操作回路中，電流信號輸入到電流傳感器，在傳感器內通過取樣電阻將信號轉換為電壓信號，然后再經過信號調理電路傳輸到DSP中，再通過DSP內部的模數轉換器把模擬信號轉換為數字信號，再處理數據。

電流經過JT5-B霍爾傳感器后按照一定比例被轉換為對應的電壓信號，為了避免電壓信號受到后續電路的干擾，可以根據運算放大器的“虛斷”、“虛短”性質進行電壓跟隨器的設計，并把霍爾傳感器輸出的電壓值按一定比例縮放。調理電路如圖2所示。

因為溫度測量點處的電位比較高，如果采用接觸式測溫的話，傳感器的供電問題是一個難題，而且高壓成分容易沿著傳輸路徑傳輸產生對地擊穿，導致發生嚴重故障；所以，要采用非接觸式方法進行測量斷路器及其母排接線端子溫度。

本文選用基于紅外線輻射原理進行溫度測量的測溫模塊，該模塊通過紅外線輻射進行測量被測物體的溫度，在20～70℃的測量環境下，傳感器誤差不超過3℃。傳感器輸出電壓信號，在 V/F轉換后，被轉換為頻率與電壓有正比關系的數字脈沖信號，并傳輸到DSP中進行處理，測溫元件采用TPS534型紅外溫度傳感器。

本文中選用光電式位移傳感器[5]進行動觸頭行程的測量。需要在斷路器的操動機構的主軸上安裝旋轉光電編碼器，因為動觸頭行程是對應于旋轉光電編碼器的脈沖數，從而可以求解相應特征量。如果編碼器輸出N個信號，信號間的相位差就是π/N，可計數脈沖是2N光柵數，再結合斷路器的傳動比，就能夠算出斷路器動觸頭的位移。

斷電流是監測與預測斷路器電氣壽命的重要參考依據。本文中用霍爾電流傳感器來測量開斷電流，傳感器的輸入電流范圍是0～100A，輸出信號的范圍是-5V～+5V。傳感器是利用霍爾效應進行電流的測量的，當一個導線上有電流流過時，會在導線周圍產生磁感線，如果附近同時有霍爾傳感器，那么傳感器內部的電子在磁通的作用下受力，會發生偏移，霍爾傳感器會輸出一個電壓信號，然后把這個信號利用放大器進行放大，輸出的信號可以反映原邊電流。在監測電氣壽命時，除了需要開斷電流，還需要對開斷次數進行計數。本文中選用硬件計數對開斷次數進行計數，串聯兩個74HC161，從而構成一個256進制的計數器。利用10MHz有源晶振輸出的高速脈沖作為系統的外部參考頻率，并且用其求取鎖相環輸出信號的寬度，這種方法滿足能精度要求，電路圖如圖3所示。

TMS320F2812的JTAG接口需要滿足IEEE1149.1標準，它可以實時工作，即使在執行代碼與中斷時，也可以隨時修改寄存器地址與存儲單元中的內容。當不與中斷服務沖突時，可以選用單步執行程序的方式。JTAG接口電路如圖4所示。

3.2 軟件設計

（1）預警設計

斷路器在線監測與故障診斷系統除了實現監測與診斷功能外，還要重點完成保護作用，因此，文中通過軟件控制方案[6]，對預警狀態進行設計。系統運行后，斷路器在線監測與故障診斷系統開始監測配電網參數，同時進行預警判斷，預警的主要內容包括：溫度預警、電流信號越線預警、三相電壓不平衡預警等。通過程序控制觸發預警窗口，并發出音頻警告，比如溫度預警控制，其工作流程如圖5所示。首先，系統要檢驗DS18B20數字傳感器的存在，即初始化，初始化完成后，發送跳過ROM指令，然后發送讀取暫存器指令，并向DS18B20發送復位脈沖，DS18B20接收信號以后開始記錄溫度值，通過CRC校驗得出最終的測量數據。系統在通訊端口設置通信口和波特率、停止位長度等參數信息，控制串口的關、閉屬性，通過溫度報表管理模塊處理并顯示測量數據的圖表或曲線。

（2）抗干擾設計

數據采集的單次監測中，出現的隨機誤差并沒有規律可言，但是監測次數較多時，數據中的誤差將按照正態規律分布，因此，在采用周期內，信號參數所經歷的檢測次數越多，隨機誤差越容易處理和消除。一般地，消除隨機誤差較為常見的方法為算數平均法，即算數平均濾波，采用次數能夠直接決定該方法對干擾信號處理的平滑度，采樣次數越多，則能夠濾除的干擾信號越多，但是容易導致系統靈敏度下降。因此，在實際工作條件下，需要綜合考慮兩方面因素，適當選取采樣次數，確保能夠在盡量少的采樣次數下獲取較好的濾波效果。

在抗干擾處理中，錯誤信息的消除是非常關鍵的。一般地，錯誤信息的來源主要為狀態信息變位信號的失真。若不能被及時發現并消除，將帶給管理員諸多錯誤信息，誤導錯誤指令，嚴重時造成一定的事故。

（3）通訊設計

文中系統采用GPRS通訊，通過網絡短信，將監測系統與下位機進行連接，完成系統高效控制。GPRS模塊通過串口連接，接收和發送需要解碼的信息。控模塊中發出的數據信息將通過串口進行CMGS判斷，當判斷出回執時，則表示發送成功，若未出現回執，則進行錯誤驗證，最終返回錯誤代碼。整個過程保障了數據傳輸的性，能夠實現監測數據的安全性。

4 結論

斷路器是煤礦生產中電力系統中的重要組成元件，它的性對電力系統的穩定性而言非常重要。本文利用DSP的TMS320F2812芯片設計了一個高壓斷路器在線監測與故障診斷系統，實現了對分合閘回路電流、動觸頭行程監測，分別完成系統的硬件與軟件設計。該系統性好，穩定性高，對于煤礦井下的安全生產有著重要的意義。

監測系統論文:煤礦絞車遠程監測系統的設計與實現

摘 要：文章以礦井絞車的運行管理為切入點，對煤礦絞車遠程監測系統予以探究。首先對相關研究背景及理論依據加以概述，隨后對絞車遠程監測系統的方案設計與主要功能展開詳實的論述，結合生產實例分析了遠程監測系統的實際應用效果。

關鍵詞：OTC；煤礦絞車；遠程監測

煤礦絞車作為其主副井提升的關鍵設施，是礦井生產運輸有效運轉所不可或缺的必要保障，其運行的安全與否對于礦井安全至關重要。但鑒于絞車運行環境的惡劣多變、操作運行方式的各異、設備維護人員水平的不一等實際問題，使得絞車運行管理不僅任務繁重且困難重重，這就對絞車運行的監測系統提出了極為嚴格的要求。過去，煤礦對于井筒絞車運行的監測多是采取直線管理網絡，不僅方法單一，且缺乏有效的管理功能，所使用的監測系統也多缺乏通用性，往往是所使用的絞車一經更換就需要對整個系統進行重新布設，為礦井生產造成阻礙的同時亦增加了礦井運營成本。因此，研發一套高效且通用的低成本絞車遠程監測系統，成為礦井發展的必然需求。

1 遠程監測的原理與選擇

礦井絞車的遠程監測是指將絞車運行的實時數據采集后，通過電子網絡傳輸到遠處的服務器終端上，并通過服務器對所采集的數據加以運算處理后，獲得能夠真實反映絞車運行狀態的信息參數，從而對絞車整體狀況的良好與否加以判定。

在數據的搜集上，遠程監測系統同現場運行監測系統的方式是基本相仿的。這也就意味著兩者在系統的硬件構成上基本一致，不過鑒于遠程監測系統需對所搜集的信息實施遠程的傳輸，這就需要對數據輸出量的大小加以考量，并對其他相關的網絡問題進行分析和研究，如寬帶設置、網速設定、網絡堵塞的處理等，而這就要求必須創建一個有效的遠程數據通信方式。

通常而言，完善的絞車運行系統其在不同的控制時期，多會配置各不相同的低層控制系統，諸如DCS、PLC、FCS等，這些控制系統不僅網絡接口各有差異同時通信協議也不一致，這使得其彼此間數據的出書難以實現有效的銜接，必須借助第三方的機制對其進行相互的協調，從而實現對控制操作細節的屏蔽。而OPC技術正好可以有效滿足這一需求，因此文章最終選定通過OPC技術達成遠程監控所需的數據遠程通訊。

2 絞車遠程監測系統方案設計

2.1 系統框架構成

綜合化的礦井絞車遠程監測系統應當是對電子信息技術、網絡通信技術、自控技術、傳感技術、人工智能技術等諸多現代高新技術的科學化綜合運用。一般而言，其多以網絡通信技術與電子信息技術為核心內容，為絞車各組成部件的運行提供遠程的實時監控及維護等功能，在有效確保礦井生產正常進行的同時實現對設備運行性的較大優化。絞車遠程監測系統系統框架構成如圖1所示。

2.2 現場硬件構成

現代化的絞車系統多是由數個相互銜接配合的模塊所構成，系統通過不同的模塊完成不同的動作命令以實現其功能的發揮。而為有效獲取裝備運行時的實時狀態，絞車各個主要構成硬件中均裝設有傳感設施，借助其獲得所需的數據信息。一般情況下，設備控制器內的數據包括狀態信號、控制器信號等。其現場硬件的構成如圖2所示。

2.3 軟件系統構成

上世紀90年代以來，計算機系統的發展出現兩種較為主流的趨勢，其分別為封閉式系統向開放式系統的轉變；集中式系統向分布式系統的轉變。其各自的代表模式分別為B/S模式與C/S模式。兩者各有自己的優勢亦有獨自的不足，所以在本次絞車遠程監控系統的設計中選用B/S模式與C/S模式相互結合的混合式軟件系統。

2.4 網絡系統構成

一個完善的絞車遠程監測系統由監測總服務器和數個現場PLC系統共同構成，運作時每個PLC系統負責對一臺絞車的運行進行操控。整個系統最為關鍵的核心是監測總服務器，借助其可實現對多個絞車運行數據的實時監測。現場的PLC系統則是整個系統的基礎所在，其借由工業以太網將自己采集的數據信息遠程傳輸給監測總服務器，服務器對數據進行處理后獲得每臺絞車運行的實時信息，并將所獲得數據存儲至數據庫以備調用。現場PLC系統和監測總服務器兩者相互協調構成一個完善的分布式監測系統，其構成如圖3所示。

3 絞車遠程監測系統功能模塊

3.1 遠程通訊模塊

遠程通訊模塊共包含兩個組成部分，其分別為數據通信服務器與數據通信客戶端。其中前者主要功能為對客戶端的現場數據進行搜集，并依據具體需求針對性的發送客戶端程序。客戶端與服務器之間借助OPC技術實現數據的傳輸通訊。

一般情況下，服務器的數據采集均是依據客戶端實際需求進行，非需求數據服務器不予收集，同時服務器還會對所搜集的數據進行實時監控，一旦發現數據的變動，服務器會對數據進行重新采集并將其發送給客戶端；后者可讓使用者借由其實現對所需現場數據的動態搜集，這種方式有利于實現系統資源的優化利用。

3.2 系統管理模塊

整個系統的管理功能劃分為三種，分別為數據庫管理、用戶權限管理、用戶管理。

3.2.1 數據庫管理

遠程監測系統在運行時，會在數據庫中儲存數量眾多運行數據。為避免由于病毒感染、使用者誤操作等原因而導致數據的丟失，在使用時必須對數據庫中的信息進行及時的備份，以便在發生數據丟失現象時可以對數據進行還原。通常情況下，數據備份應在系統運行不忙碌時，依靠人工操作完成，備份的數據即可存儲在數據庫硬盤中，亦可依據使用者需求刻錄到光盤或移動硬盤上。

3.2.2 用戶權限管理

鑒于遠程監測系統使用者在企業中所處職位的不同，系統可針對性的賦予系統用戶各異的使用權限。譬如有的用戶僅僅是進行設備運行狀況的查閱、有的則需對系統軟件進行編輯和維護等。借助靈活的權限管理能夠在有針對性的滿足不同使用者不同需求的同時較大限度的確保系統運行的安全、，避免非法使用者的惡意登錄。

3.2.3 用戶管理

借助該功能可對遠程監測系統的使用者及管理者進行自由的刪減和增添。

3.3 報警模塊

整個遠程監測系統借由分布于各個設備組件上的傳感器可實現對設備運行狀態的實時監控，一旦發現數據異常情況，監測總服務器可立即向工作人員發出警報并對故障的位置及原因進行定位，并給出相應的解決意見，以便維修人員可以盡快地實現對故障的排除和修復，較大限度的確保礦井生產的正常進行。此外，該模塊還會實時將相關故障信息存儲到數據庫中，對故障進行綜合分析，避免相似事故的再次出現。

3.4 信息實時顯示模塊

遠程監測系統可將采集到的絞車運行的實時信息借由表格、曲線圖等多種形式予以顯示。通常情況下實時信息包含有實時的數據顯示和實時曲線繪圖顯示兩部分。

3.5 Web信息模塊

絞車遠程監測系統可借助Web分布系統，將經由系統檢測后的各類設備運行信息、報警信息、故障信息等實時信息或歷史數據對外，使用者通過計算互聯網即可實現對信息的遠程查閱。

4 結 語

通過文中所述可知，將遠程監測系統作為煤礦絞車操控的核心手段對于實現礦井生產的自動化建設有著極為顯著的推進作用，特別是在我國能源市場競爭日益殘酷的今天，礦井生產自動化程度的高低一定程度上決定了企業能否實現自身的長久和可持續發展。作為一名礦山機電技術人員，我們理應全力投入到遠程監測系統在礦井絞車控制中的應用推廣，為實現企業生產效率與生產成本的雙豐收提供助力。

監測系統論文:礦井水文動態監測系統在煤礦防治水中的應用

【摘 要】潘二煤礦安裝了礦井水文動態監測系統，通過近兩年來的應用，水文技術人員能夠動態掌握井上、井下水文鉆孔水位、水壓、水溫、流量等水文情況，起到了預防水患的作用，并為論證A組煤層開采的可行性、設計方案的科學性以及生產的安全性提供了有力的水文資料，確保在開采A組煤層時能取得經濟效益。

【關鍵詞】水文；動態；監測；防治水

潘二煤礦現年產量為360萬噸，一水平的C組煤、B組煤已近枯竭，下一步主采煤層為B組的4煤和A組的3煤。B4煤屬于強突出煤層，為了能夠盡快解放B4煤，潘二煤礦通過相應的安全技術措施，將A3煤作為B4煤的下保護層開采。不但確保了礦井的可持續發展，還為今后整個潘謝礦區A組煤的開采提供寶貴的經驗。

A組煤的開采受地下水威脅比較嚴重，為了安全開采A組煤層，必須首先施工相應的疏水降壓巷道和配備相應的疏干降壓設施，并制定相應的安全技術措施來確保安全生產，因此對地下水的監測就十分必要了。潘二煤礦原先采用各種各樣的監測方法，基本上是以人工為主，在不同程度上存在這樣那樣的缺陷。因此，潘二煤礦安裝了西安欣源測控技術有限公司研發的KJ402礦井水文動態監測系統，該系統精度高、實時性強、運行、自動化程度高，能夠連續長期測量、分析數據，適用各種不同環境的水壓水位觀測，對于及時處理水患，保障煤礦的正常安全生產具有重要的現實意義。

1 KJ402礦井水文動態監測系統簡介

KJ402礦井水文動態監測系統是對礦井上、下水文觀測點進行綜合監測的系統。系統以工控機為核心，集電子、通訊、網絡和水文等技術為一體的現代化監測系統，它涉及到水文數據的采集、顯示與上傳，通過網絡來進行各部分的連接工作，最終完成在煤礦企業內部水文信息數據的共享。

通過本系統，技術人員可在地面辦公室內動態監測井上、井下各水文觀測點的水位、水壓、水溫、流量信息。在遇突發事件，如斷層、不良封閉鉆孔、頂板滲水等引起井下透水事故時，水文技術人員通過分析系統主站內井上、井下各分站反饋回的綜合信息，便可迅速判斷出是哪個層位的含水層透水及涌水量，從而進行有效引、堵、排水工作，大大提高了礦井的安全生產。

2 KJ402礦井水文動態監測系統的組成

整個系統由2個子系統組成：地面水文遙測系統和井下水文監測系統組成。

2.1 地面水文遙測系統

地面使用KJ402-FA水文分站實時監測地面水文長觀孔的水位、水溫變化，將所測數據通過GSM無線通訊方式，傳送至設在監控中心內的主站進行數據處理。

圖1 地面水文遙測系統結構圖

2.2 井下水文監測系統

井下使用 KJ402-F礦用本安型水文分站實時監測井下放水巷放水鉆孔的流量、壓力、溫度參數，及礦井井下涌水量動態變化。分站將流量、壓力、溫度傳感器采集到的頻率信號經集成電路處理后，轉換為數字信號顯示于分站顯示屏上，并可通過485接口傳輸至地面上位機進行相關數據處理。同時，可通過地面上位機對井下分站進行參數設置。

圖2 井下水文動態監測系統結構圖

3 潘二煤礦水文動態監測系統的應用

依據礦井水文動態監測系統安裝技術條件的要求，結合潘二礦的實際需要，潘二煤礦先后安裝了21套地面水文長觀孔遙測裝置、15組井下水文放水孔監測裝置、2套礦井涌水量測量裝置。系統結構圖如圖3所示。實現了整個礦井的井上、井下水文參數數據的實時監測：通過無線遙測的方式實現連續或定時自動記錄地面21個水文長觀孔內水位（水壓）、水溫的變化情況，并利用GSM無線通訊模塊將所測數據傳送至主站進行數據處理；通過井下現場總線的方式實現井下2處礦井匯總涌水量的實時動態監測和15組管道流量、水壓、水溫等各個水文參數。

圖3 礦井水文動態監測系統結構圖

4 潘二煤礦采用的KJ402水文動態監測系統有以下特點

（1）適用面廣，不僅適用于地面長觀孔的監測，而且適用于井下壓力、流量的監測。不僅適用于日常觀測，而且適用于抽放水實驗、礦井涌水量自動監測。

（2）集成化數據處理，主站數據處理系統實現了集成化，既可處理遙測數據，也可處理自動記錄數據、明渠流量測量數據、壓力流量動態監測數據。

（3）性高，采用大規模集成電路，高性穩壓電源，保障了系統無人值守下的運行，井上采用GSM網絡進行數據傳輸，不受距離的限制，凡有手機信號的地方，都能夠進行數據傳輸。

（4）分站具有獨立性和兼容性。分站可以顯示及參數設置，可以現場對分站的參數進行設置，并且顯示實測數據，獨立工作而無須其它輔助設備。

（5）軟件具有循環檢測、單點追蹤、定時檢測等各種檢測手段，提供數據的查、改、刪等編輯功能，圖形處理、報表處理等分析手段，且具有水位超限報警、傳感器出水面報警等系統安全運行報警功能。

（6）具有遠程終端顯示及上傳等其它功能。

5 結論

通過該系統的應用，不但免去了繁重的人工計量工序，還大大提高了礦井防治水害方面的科技含量，確保了水情監測數據的時效性、性，對礦井各處水文水量情況有了動態掌握，不但為潘謝礦區A組煤的開采提供寶貴的數據，還在預防礦井水害確保礦井安全方面起到重要作用。

作者簡介：

宋虎恩，（1974-），男，安徽淮南人，工程師，學士，從事“一通三防”管理工作。

監測系統論文:光纖光柵溫度在線監測系統在煤礦提升系統中的設計及應用

【摘 要】煤礦提升系統在安全生產中位置十分重要，機電設備較多，運行電流大，時間長及溫度高是普遍存在現象，特別多處在強電磁場中，高壓開關的在線監測，高壓變壓器繞組、電動機定子、主要軸承等地方的溫度和位移等參數的實時檢測都要求絕緣性能好，體積小。傳統方法是采用人為巡查用紅外測溫儀，或者點式感溫裝置如熱電偶及熱敏電阻式等方式進行測量，存在測量不不能多方位覆蓋，安裝維護不方便，易損壞及布線復雜，抗干擾能力差，不能實現實時性和預測分析等功能，容易造成因溫度過高造成掉電、停機，甚至發生機電事故等現象。

【關鍵詞】光纖光柵；測溫；在線監測；技術應用

光纖光柵在線溫度監測系統具有絕緣度高、不受電磁環境影響、適合遠距離、高質量信號傳輸，測量精度高等優點，特別適合煤礦復雜環境、點多面廣、高電壓、強磁場的環境使用，因此從根本上解決了傳統測溫設備的缺陷，為電力設備的安全運行提供的技術保障。就KBW-90系列礦用光纖溫度在線監測系統在淮北礦業集團孫疃煤礦副井提升系統的應進行介紹。

一、系統介紹

KBW-90系列礦用光纖溫度在線監測系統采用國際先進的光纖光柵溫度傳感技術，具有耐高壓、不受電磁干擾、本質安全、長期、易擴展等特點，對室外及地下電纜接頭等監測點的溫度進行實時在線監測，能實時顯示當前溫度，通過軟件數據分析預測電纜頭的故障趨勢和溫度變化率分析，歷史數據保存與分析，異常數據保存與分析，當溫度超能及時告警，并提供電纜的故障部位。

應用范圍：提升機電機定子、導向輪軸承、滾筒軸承溫度監測；開關柜內觸點溫度監測；主變線連接頭溫度監測；電纜饋線終端頭溫度監測；電纜中間接頭溫度監測。

工作原理：寬帶大功率泵浦激光器輸出的寬帶光經光纜傳輸到達高靈敏光纖溫度傳感器，不同波長的光經光柵反射后返回高精度光譜分析儀解調模塊解調出波長，后經智能光電轉換系統變成數字信號到達PC機通過軟件進行信號處理將波長和溫度顯示出來。當溫度變化時，光柵將發生變化從而波長也發生變化，由于在一定范圍內溫度和波長成線性關系，根據波長的變化就可以得出變化后的溫度。

二、系統組成及性能指標

（一）光纖多點溫度在線監測系統包含如下組件：1、礦用光纖溫度調制解調儀。包括：高精度光譜分析儀模塊、多通道光路開關模塊、寬帶大功率泵浦激光器、報警輸出模塊等。2、溫度監測軟件。包括：溫度數據監測模塊、報警控制模塊。3、溫度傳感器。4、光信道轉換系統。包括：多路光轉換開關。5、報警系統。包括：聲光報警、手機短信報警。6、其他組件。包括：標準機柜、工控機、顯示器等。

（二）系統特點：1、安全性高：整個系統的信號處理和控制單元處于遠離工作區域的控制室，傳感器對溫度信號的采集在無電（本身不帶電）的情況下進行，本征更安全；2、度高：采用光纖光柵溫度傳感器，典型精度±1℃；3、容量大：溫度測量系統較大可以接入32路傳感器，每路可串聯12個測點，單臺設備較大可以完成384個溫度測點；4、方便定位：通過軟件關聯技術，能夠快速定位測點的區域或者具體物理位置；5、實時在線測量：系統采用的光源使用壽命長（20年以上），能夠滿足實時在線、全天候監測的需要；6、快速響應：系統響應時間不超過60秒，確保事故能夠得到及時處理；7、簡單直觀：在溫度測量系統的顯示屏上可以直接看到各被測點的溫度情況，在設定溫度告警門限后，系統自動提供聲光報警；8、布設方便：可以根據工程需要，靈活調整傳感器的布設位置；9、良好的兼容性：通過各種通訊接口（串口、網口等），可以實現與外部系統的良好結合，提高系統之間的數據交換速度；10、使用壽命長：在正常工作情況下能安全運行20以上年。

（三）系統軟件功能：1、顯示功能：立體流程畫面的顯示功能；具有多種類型圖表、系統圖、曲線圖，用戶界面更加直觀；2、分析功能：歷史趨勢顯示，對未來趨勢進行評估，提供檢修參考信息；3、報警功能：根據實際情況設定不同地點的定溫及差溫預警值、火警值、報警級別及地理位置名稱；系統可設置聲音報警功能；4、打印功能：可以進行各種報表的打印；5、上傳功能：實時溫度數據網絡上傳，輕松實現無人值守；6、自檢功能：系統中某一個傳感器出現故障，能夠通過軟件甄別出故障傳感器；7、表格定制：用戶可定制各種表格：實時數據表、歷史數據及統計報表、設備參數表、報警一覽表、常用數據表、目錄表、備忘錄等。

三、實施方案

該系統方案針對孫疃煤礦提升機系統及其供電系統溫度進行監測，在主控制室內安裝1臺高精度光纖光柵信號解調儀，對提升機及其供電系統測溫點的溫度、溫升信息進行分析，預警報告。

（一）對提升機系統的溫度監測。由于提升機系統原有的熱電偶式溫度傳感器出現測量不準等狀況，所以主要是對已有監測點進行升級改造，用新型光纖光柵溫度傳感器取代原有的熱電偶式傳感器，其中導向輪設4個監測點；電機定子四周均勻布設6個監測點；滾筒軸承設2個監測點，共計12個點。這樣既保障了測溫精度，也便于在控制室內對提升機及其供電系統進行集中監控。

（二）對提升機供電系統溫度監測設計。其中動力變壓器兩臺，每臺設6個測點；勵磁變壓器兩臺，每臺設9個測點；整流變壓器兩臺，每臺設9個測點；快開裝置兩臺，每臺設4個測點；電抗器兩臺，每臺設4個測點；對1#進線開關柜、1號動力變壓器開關柜、1號整流變壓器開關柜、2#進線開關柜、2號整流變壓器開關柜、2號動力變壓器開關柜、勵磁柜進行監測，每面柜子設6個測點；另根據現場情況及礦上工作人員的要求對已經或易發熱點進行監測，其中直流電機主、從調速柜，各設2個測點，切換柜設6個測點，一樓高壓室環境溫度1個測點。共計117個測點。實際監測點位，可根據用戶需求進行調整。

（三）溫度傳感器的安裝：1、確定溫度測點具體位置；2、對測點位置進行沙紙去塵處理，使測點位置平整、清潔，滿足傳感器安裝要求；3、將測溫傳感器底部涂上耐高溫膠；4、將測溫傳感器固定在測表面上；5、記錄安裝時的溫度和檢測點傳感器波長；

（四）傳感器與主機系統的連接。首先利用測量儀光時域反射儀（OTDR）對敷設好的光纜進行監測判斷中間是否有斷裂處。焊接完成后將焊點進行熱縮保護，并將所焊接的點盤繞到光纜接續盒內將接續盒固定在機柜內。分別將各通道轉接線頭上做上號碼管，易識別。

（五）數據上傳。與監控主機進行數據上傳連接調試。

監測系統論文:煤礦監控監測系統的安全運行與維護技術

摘 要

一般來說，針對煤礦監控系統所進行的安全運行以及維護工作在煤礦運行當中都是重中之重，本文對此將對于這一領域目前的問題進行闡釋，并尋找對策。

【關鍵詞】煤礦 監控系統 安全運行

1 煤礦監控系統安全運行存在的問題

（1）煤礦的高層領導并不關注監控系統的重要性，相關的運行理念非常滯后，雖然說目前對于煤礦安全的重視程度與日俱增，但實際上就有有相當數量的企業不能正視監控系統運行。部分的煤礦企業日常運行組織機構中具備機電運行部門，但是針對監控系統的安全運行重視不足，僅僅是作為輔助性活動來展開。煤礦的高層長時間忽視運行與維護檢修工作，造成了一些定期檢修工作難以落實。

（2）監控系統運行制度不健全

目前，監控系統運行制度方面所體現出來的不健全也是引發安全運行問題的關鍵，很多礦井更重視生產，對于各種系統使用粗狂，煤礦的監控系統維修保養工作非常滯后不及時，檢修的具體時間很難得到確保，有關的安全運行實際上得不到不落實。所以，從這個角度來講，制度的缺失以及不健全等等狀況，造成運行不善，并且具體的運行當中執法非常不嚴，這就在一定程度上造成了一些很嚴重的同類隱患。

（3）監控系統綜合運行不到位

煤礦所處地理環境以及氣候等外在因素產生了機械系統的大量粉塵堆積之類的問題，產生了針對監控系統的嚴重破壞現象，也造成了監控系統存有大量安全隱患。煤礦監控系統的分量重，投入量比較大。礦井的井口監控輸送，對于系統的運行極為混亂、缺乏統一的規劃，相關的技術運行手段非常的滯后，安裝使用的過程存在很大的問題，系統更替不及時。相關系統腐蝕以及損壞現象頻發，各類的故障裝置嚴重缺位，大幅度的造成了煤礦經濟成本，影響威脅安全生產。

2 煤礦監控系統安全運行與維護要點

（1）提高重視，注入資金支持，積極構建運行平臺，實現機電質量標準化的運作，打下煤礦機電安全運行的堅實基礎，否則煤礦監控系統運行運行以及相關的維護也就無從著手。煤礦企業應當積極的結合精細化運行制度的相關標準，確保能夠滿足機電運輸系統各項標準，維護實現監控系統的安全運行，維護礦井的安全生產。

煤礦高層應當重視煤礦監控系統安全運行以及維護的相關工作，積極整改傳統運行模式，突出質量標準化制度相關建設，輔助機電運輸質量標準化工作能夠具備完善的工作平臺。

煤礦監控系統安全的一系列運行工作當中，煤礦應結合《煤礦安全規程》以及《技術規程手冊》一系列要求展開的規劃，借助多元化的形式充實煤礦監控系統的安全運行以及維護的資金注入，安全監控機電系統在運轉的時候，確保能夠完整的了解系統故障相關問題積極地展開維護，確保煤礦安全生產打造堅實保障。積極的改善已有運行模式的同時，應當專注與轉變工作作風，果對于老舊系統及時報廢，主動介入，突出強調實效，積極性成良好的發展勢態，積極的推進建設自主化的運行模式。

（2）積極構建完善的監控系統運行制度，確保安全運行具備充實的制度保障，積極地選擇從企業制度著手，參照煤礦生產實際的狀況，積極出臺系統更新的相關計劃。目前相當數量的監控系統一段時間內仍舊是超期服役狀態，這多少給了監控系統安全運行相當大的問題。所以強化針對可能傷害到人身安全的一電氣系統及時的完成更新，去除老舊系統。確保經濟效益，結合相關煤礦監控系統的安全運行要求，確立起巡回檢修檢查相關制度，確保能夠貫徹執行，積極做到制度化以及科學化。

我們應當強化企業的安全生產意識，確定定能夠預防機電安全隱患的對策，強化電氣系統失爆的運行。此外，還應當積極的落實煤礦監控系統領域的相關安全運行制度，強化針對機電系統運行員工教育以及培訓，強化監管，完成事前預防，強化監督管控，避免產生事故隱患。

（3）加快技術創新，建立質量監控與檢修體系

完善的科技裝備應當是煤礦企業滿足市場經濟的現實要求，進而追求更高的產業經濟效益的重要方式。因此需要針對監控系統展開綜合信息運行。積極地強化煤礦監控系統的安全運行效率，積極引進新技術，借助科技力量，積極的改造系統，確保相關的煤礦企業足夠競爭能力。運行好監控系統試試先安全運行以及維護的重中之重。在選擇監控系統的時候，確保能夠辨別真偽，控制系統質量關。至于安裝，應當對于其中的關鍵工序做好階段性額驗收安裝關卡。

就檢修來說，應當積極的構建起完善嚴格的停產檢修計劃以及詳細的作業規程，強化相關強制保養的工作，針對重點部位完成重點的檢查，維護相關項目的檢修質量，控制機電事故的發生率。

（4）堅持以人為本，發揮人才效益，提高機電隊伍的整體素質

機電技術裝備的運轉離不開監控系統安全運行職工，可以說這部分專業人才對于煤礦企業發展來說至關重要，重視機電運行應當強化機電技術隊伍專業素質。所以，煤礦企業必須強化監控系統的安全運行以及相關系統維護人員的教育以及職業培訓等，借助定期以及不定期的手段形式構建起完善的平臺，確保監控系統安全運行人員能夠具備充足的學習機會，方便內部員工交流以及學習。

除此以外，企業應當定期亦或者不定期的安排相關的機電安全運行職工能夠展開進轉崗輪換，強化專業技能，創造條件確保能夠得到學習鍛練，充分的確保足夠的人才效益。

綜上所述，作為機電運行的具體員工，應當要求其能夠在煤礦機的監控系統安全運行的過程當中，能夠積極的強化機電運行的信息化建設以及確立起更加嚴格的執行崗位責任制，完成煤礦機電的安全工作。確保更好的礦井監控系統的安全性，確保調用綜合性的運行手段滿足礦井機電系統安全性要求，降低機電事故隱患。

作者單位

百色百礦集團有限公司 廣西壯族自治區百色市 533000

監測系統論文:煤礦安全監測系統的認識性實習

摘 要：就煤礦安全監測系統的組成、功能及各傳感器功能和甲烷傳感器的設置、報警濃度、斷電濃度和復電濃度進行論述。

關鍵詞：安全監測；傳感器；設置；報警濃度；斷電濃度；復電濃度

礦井監測系統是由單一的甲烷監測和就地斷電控制的瓦斯遙測系統和簡單的開關量監測模擬盤調度系統發展而來。隨著傳感器技術、電子技術、計算機技術和信息傳輸技術的發展和在煤礦的應用，為適應機械化采煤的需要，礦井監測系統由早期單一參數的監測系統發展為多參數單方面監測系統，這些系統均針對某一方面的多參數監控。煤礦技工學校學生應當在原有知識點的基礎上更多地了解煤礦安全監測系統的組成及礦井通風專業安全監測系統所使用的設備及注意事項等常規知識，為今后的學習和工作奠定良好的基礎。

一、礦井監測系統的組成

礦井監測系統由環境安全監測系統、軌道運輸監測系統、膠帶運輸監測系統、提升運輸監測系統、供電監測系統、排水監測系統、礦山壓力監測系統、火災監測系統、水災監測系統、煤與瓦斯突出監測系統、大型機電設備健康狀況監測系統等組成。

二、環境安全監測系統

1.名詞解釋：用于監測甲烷濃度、一氧化碳濃度、風速、風壓、溫度、濕度、煙霧、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主通風機開停，并實現甲烷超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制的監測系統。

2.功能：具有模擬量、開關量、累積量采集、傳輸、存儲、處理、顯示、打印、聲光報警、控制等功能。

3.組成：由主機、傳輸接口、分站、傳感器、斷電控制器、聲光報警器、電源箱、避雷器等設備組成。

（備注：主機：主要用來接受監測信號、校正、報警判別、數據統計、磁盤存儲、顯示、聲光報警、人機對話、輸出控制、控制打印輸出、與管理網聯絡等。分站：用于接收來自傳感器的信號，并按預先約定的復用方式遠距離傳輸給傳輸接口，同時，接收來自傳輸接口多路復用信號的裝置。）

三、各傳感器的功能

1.甲烷傳感器：連續監測礦井環境氣體中及抽放管道內甲烷濃度的裝置，一般具有顯示及聲光報警的功能。

2.便攜式甲烷監測報警儀：具有甲烷濃度數字顯示及超限報警的功能。

3.風速傳感器：連續監測礦井通風巷道中風速的大小。

4.風壓傳感器：連續監測礦井通風機、風門、密閉巷道、通風巷道等地點的通風壓力。

5.溫度傳感器：連續監測礦井環境溫度的高低。

6.一氧化碳傳感器：連續監測礦井中煤塵自然發火及膠帶輸送機膠帶等著火時產生的一氧化碳的濃度的裝置。

7.煙霧傳感器：連續監測礦井中膠帶輸送機膠帶等著火時產生的煙霧的濃度。

四、甲烷傳感器或便攜式甲烷檢測報警儀等的設置和報警濃度、斷電濃度、復電濃度

1、設置：甲烷傳感器應垂直懸掛，距頂板（頂梁、屋頂）不得大于300mm，距巷道側壁（墻壁）不得小于200mm，并應安裝維護方便，不影響行人和行車；一氧化碳傳感器應垂直懸掛，距頂板（頂梁）不得大于300mm，距巷道側壁（墻壁）不得小于200mm，并應安裝維護方便，不影響行人和行車；風速傳感器設在采區回風巷、一翼回風巷、總回風巷的測風站，應設置在巷道前后10米內無分支風流、無障礙、斷面無變化，能計算風量的地點；風壓傳感器是在主要通風機的風硐內設置；溫度傳感器應垂直懸掛距頂板（頂梁）不得大于300mm，距巷道側壁（墻壁）不得小于200mm，并應安裝維護方便，不影響行人和行車；煙霧傳感器設置在帶式輸送機滾筒下風測10米～15米處。

2.甲烷傳感器或便攜式甲烷檢測報警儀的報警濃度、斷電濃度、復電濃度。

總之，煤礦安全監控系統是煤礦安全高效生產的重要保障，煤礦安全監控系統在應急救援和事故調查中也發揮著重要作用，是現代化礦井主要的安全管理保障設施。因此，煤礦通風專業的學生應在實習期間把甲烷傳感器或便攜式甲烷檢測報警儀等的設置和報警濃度、斷電濃度、復電濃度作為重點掌握內容，并不斷系統地充實和完善煤礦安全監測系統知識，為即將走向工作崗位打好基礎。

作者簡介：任存君，女，1964年12月1日出生，大專，就職學校：山西陽煤技工學校，研究方向：礦井通風專業。

監測系統論文:基于紅外通信的煤礦環境監測系統研究

[摘 要] 為了實現對煤礦環境參數的無線監測，實時掌握煤礦的環境信息，設計了一種基于紅外通信傳輸的煤礦環境監測系統。本設計主要是以51單片機為核心，控制實現甲烷、氧氣、一氧化碳和溫度信號的數據采集及紅外接收和發射電路完成紅外數據通信，并實現與計算機串行通信功能，結合硬件設計與通信協議，編寫出相應的C語言程序。利用虛擬儀器開發軟件，實現了系統數據通信和后臺數據處理功能模塊，可以方便地對煤礦環境數據進行實時顯示、報警、存儲和打印等功能。該系統具有監測方便、實時數據采集傳輸、費用低廉等特點。

1 引言

我國改革開放以來，科學技術不斷進步，人民的生活需求不斷擴大，能源消耗迅猛增長。煤炭作為工業血液，需求增長迅速，煤炭工業也得到很大發展，但是煤礦重大、特大事故時有發生，仍未實現對災害事故的有效控制。各地煤礦事故頻發，造成嚴重的人員傷亡及經濟損失，暴露出現有煤礦監控系統存在的問題。煤炭安全生產中受到八大災害（《煤礦安全規程》，2004）的威脅，它們主要是：瓦斯危害、煤塵危險、水災、火災、頂板及沖擊地壓、提升運輸危險、電氣危險、爆炸材料危險及有害因素。據不統計，全國煤礦每年死亡人數超過六千人，約占全國的 80%以上，占全國工業企業死亡人數的 60%。因此，煤礦環境參數的監測對保障煤礦安全生產具有十分重要的作用，是煤礦高產、高效、安全生產的重要保障，直接關系著礦井的安全生產和礦工的生命安全。

在監測過程中，各種傳感器安裝于煤礦的特定監測點的不同位置，通常數據傳輸通過有線方式進行，但是煤礦上的數據傳輸路徑常常需要經過通道，使得有線方式顯得很不方便。且煤礦環境需監測參數很多，需要鋪設很多線路，大量的線路交錯，既影響煤礦的日常工作，又容易出現故障，因而不能直接使用有線方式。紅外傳輸系統產品具有成本低、小型化、傳輸速率快、點對點傳輸、不受電磁干擾等特點，可以實現信息方便地交換與傳送，在短距離無線傳輸方面擁有十分明顯的優勢，因此設計基于紅外傳輸的煤礦環境監測系統有很重要的意義。

2 系統原理與組成

整體的組成包括紅外采集發射和紅外接收兩部分。紅外發射部分實現甲烷、氧氣、一氧化碳和溫度信號的數據采集和紅外發射，紅外接收部分實現對發射機發射的信號進行接收，并通過RS485串口送計算機進行處理和顯示，系統組成如圖1所示。

通過傳感器實現將環境中的被測量到電信號的轉換，先將電信號進行信號調理后進行數據采集，并通過單片機將信號編碼后，通過紅外發射管發送出去。紅外接收機部分選用具有自動增益功能的紅外接收器件， HS0038接收到的紅外信號后，信號經過調理后送入單片機，單片機對接收到的信號進行解碼并通過RS485串行通信傳給計算機進行數據處理和顯示。

3 系統硬件設計

3.1 傳感器選擇

溫度是表征煤礦冷熱程度的物理量，本監測系統采用LM35溫度傳感器；甲烷是煤礦安全監測的重要參數，本監測系統采用煒盛科技的MJC4/3.0J本質安全傳感器；煤礦系統中檢測的氧氣的方法主要有氣相色譜法、電化學法和順磁法，本設計采用煒盛科技的ME3-02本質安全型傳感器；煤礦常用的一氧化碳傳感器的檢測原理有電化學式、紅外吸收式、催化氧化式等，其中廣泛最廣泛的是基于電化學原理的一氧化碳傳感器，本設計采用ME3-CO本質安全型傳感器，具有低功耗、高精度、高靈敏度、線性范圍寬、抗干擾能力強、優異的重復性和穩定、防爆結構設計等特點。

3.2 信號調理電路

由于設計中使用的傳感器輸出的電壓信號較小，不能滿足單片機AD的滿量程需要，需要對傳感器輸出的信號進行放大，設計了針對傳感器共模和差模輸出兩種方式的信號調理電路。設計中采用核心元件是TLC2252，TLC2252是TI公司先進的LinCMOSTM工藝制造的運算放大器，具有滿電源電壓幅度（rail-to-rail）輸出性能，同時比現有的CMOS運放具有更好的輸入失調電壓和更低的功耗，設計的信號調理電路如下圖2所示。

3.3 數據采集電路

由于51單片機是8位機，如果AD574啟動12位轉換方式，則對轉換結果只能按雙字節分時讀入，所以12/8接地；AD574的高8位數據線接單片機的數據線，低4位數據線接單片機的低4位數據線；AD574的CE信號要求無論是單片機對其啟動控制，還是對轉換結果的讀入，都應為高電平有效，所以WR和WD 通過“與非”邏輯接CE信號；AD574的STS信號接單片機的一根I/O線，單片機對轉換結果的讀入采用查詢方式，電路如下圖3所示。

3.4 紅外收發電路

紅外發射電路主要是由兩個三極管8550和9012為主體控制，三極管9012集電極與紅外發射管相接，控制紅外信號的發射；而三極管9012于工作指示燈相連，控制發光二極管的亮與滅，從而確定電路是否工作正常，其電路圖如圖4所示。

在紅外發射的過程中，單片機P3.5口根據程序輸出相應的信號，經過電阻R5限流，與8550的基極相連，控制紅外發射管將信號發射出去，同時P3.4口通過R1與9012相連控制工作指示燈，單片機中的程序按照一定的周期對外發射紅外信號，而P3.4控制發光二極管的亮與滅表示紅外信號的發射，發光二極管亮表示紅外發射管對法發射紅外信號；反之，發光二極管滅表示紅外發射管沒有對外發射紅外信號，詳細發射電路如圖4所示。

3.5 紅外接收電路

紅外接收電路主要是以HS0038為核心，將接收到的信號經過信號放大，帶通濾波和解調將信號轉換成單片機可以識別的TTL信號，從輸出腳3腳輸入到單片機內，其具體電路如圖5所示。HS0038將接收到的信號通過一個上拉電路與P3.1和P3.2相連，即信號從P3口的這兩個端口輸入到單片機。

3.6 通訊電路

為了實現數據通信，井場硫化氫檢測系統通過系統串口通信電路將測得的硫化氫數據傳給計算機。由于信號傳輸距離較長，通信采用RS485通信。單片機與計算機串行通信的硬件連接如圖6所示。單片機和計算機之間采用的是異步通信模式RS-485通信。由于 普通計算機的串口為 RS-232 電平信號，所以在單片機與計算機之間加一個 RS-232/RS-485轉換器。本設計中RS485芯片選用MAX485。MAX485是低功耗的收發器，具有一個驅動器和一個收發器，其中驅動器擺率不受限制，可以實現較高2.5Mbps的傳達輸速率。

4 系統軟件設計

系統的軟件設計分為單片機軟件和計算機軟件兩個部分，本部分主要圍繞這兩個方面進行闡述。其中，單片機軟件使用C語言進行編寫，主要實現數據采集和數據傳輸功能，計算機軟件使用實現數據的分析和顯示等功能。

4.1 單片機端軟件設計

該系統的流程圖主要包括發射部分和接收部分，對于系統的流程圖如圖7所示。

首先對整個電路進行上電，單片機復位，是整個系統初始化。系統初始化后單片機會驅動A/D，從而使得A/D轉換器開始工作。AD轉換器將對傳感器輸入的信號進行AD轉換，將轉換得到的數據輸入到單片機里，單片機一方面根據所得的信號進行顯示，另一方面進行編碼，將發射信號輸出到發射電路中，通過紅外發射管，將數據采集到的信號發射出去。紅外接收端得接收探頭接收到信號后，將信號進行放大，帶通濾波解調的相關處理，得到單片機可以識別的數據信號。

4.2 計算機端軟件設計

計算機端軟件是軟件部分的核心，其功能是多方面的實現軟件的菜單欄、通信串口設置、報警限設置、各參數濃度及分級報警、預警部分和實時曲線顯示等部分組成。

5 結論

本文介紹的基于紅外傳輸的煤礦環境監測系統，采用紅外作為傳輸方式，結合虛擬儀器技術，通過對甲烷、氧氣、一氧化碳和溫度傳感器輸出信號進行A/D轉換，實現了煤礦環境信號的無線監測。經過現場實驗表明，該測試系統穩定，抗干擾能力強，實用性好，可以很好地應用到煤礦環境監測當中。

監測系統論文:煤礦計算機瓦斯監測系統設計與實現

[摘 要] 煤礦瓦斯監測系統的重要內容是加強煤礦安全生產管理，以防止煤礦事故的發生。所以，在煤礦瓦斯監測系統工作中務必提高應對各種突發事故的能力，因此加強煤礦瓦斯監測系統建設的專業素質至關重要，此外，還應加強制度上的規范管理，不斷的提高煤礦瓦斯監測系統設計水平，加強對現場的巡視和設備維護等都是必不可少的環節。筆者結合煤礦開采環境，對瓦斯監測系統在煤礦安全生產監督中的應用進行了分析。

[關鍵詞] 瓦斯監測系統； 煤礦； 安全生產

作為煤礦安全生產監控工作的關鍵性內容，信息的獲得無疑至關重要，而獲得信息的主要手段就是監測技術。一般而言，通過煤礦安全生產現有的客觀資料，我們可以初步確定監控的初始方案，進而在煤礦工程運營過程中根據監測數值、經驗方法等內容，開展反饋分析等工作，修正初步方案與施工網絡計劃，以保障工程按照的設計與施工方案進行。因此，監控工作的重要性也就顯而易見了。針對我國煤礦工程質量中的一些不安全因素，監測技術在監控中的應用能夠很好的解決此類問題，它不但可以很好地掌握工程的工作運營狀態，利用監控數據對流量方案進行整改，并指導開采質量作業；還可以預見事故風險，采取一系列的事前措施，給建筑的安全管理提供信息，將事故突發率降至低，保障了煤礦安全生產的穩定性。通過太陽能光伏技術，我們可以很好地將太陽能轉換為電能，并廣泛應用在瓦斯監控系統當中，太陽能供電部分監控結合了煤礦開采的相關特點，對煤礦地點的自然環境等因素進行分析，確定了系統設計相關參數，優化了供電系統的相關參數，對煤礦領域的網絡瓦斯監控起到了一定的作用。

1 煤礦瓦斯監測系統的準備工作

1.1 規范制度，端正思想

一個良好的組織機構，除具備較好的運行機制和管理制度之外，還應該具有健全的崗位制度而且能夠將之貫徹執行。因此，在煤礦安全生產網絡瓦斯監控過程中，我們需要一個合適的監控管理結構，以便于明確各個工作人員的職權問題，保障個人任務到位，避免權力交叉和責任推諉的現象發生，這些問題都可以通過建立健全的崗位責任制度得以解決。此外，工作人員不但要對網絡瓦斯監控知識有一定了解，思想上時刻保持著“安全及時”意識，保障將綜合自動化安全意識滲透到工作的每一個層面，提升安全作業人員的工作責任心與使命感。

1.2 加強瓦斯監測系統的設備管理

加強設備巡視管理是網絡瓦斯監控的重點，預防設備異常的發生是監控運行管理的主要內容。為了保障監控儀器的性，應該建立完善的設備定檢制度，儀器設備需要進行定期的檢測，對于一些使用頻率高的儀器，更是要依據規定檢測并建立相應的維護記錄以隨時了解其運轉狀態，保障其正常的運行和及時的維護。

1.3 提高瓦斯監測系統的技術管理

由于煤礦瓦斯監測系統存在很大程度上的特殊性，而作為貫徹于瓦斯監測系統整個流程的重要要素，技術管理在中的作用不容小覷。因此，加強設備的絕緣監督工作，利用聲波檢測、光譜分析等監督手段，及時地發現并排除故障無疑勢在必行。煤礦安全工作一旦脫離了技術的支持，就難以稱作是有效的工作。對于系統運行工作的異常情況，及時采取跟蹤測溫，利用圖譜庫進行分析對比，并提出檢測修改的建議，以此來加強設備的有效運行。

2 煤礦瓦斯監測系統的設計

2.1 聯網設計

為達到網絡帶寬的預定要求，在瓦斯監測系統的設計中采取分層瓦斯轉發、本地局域網組播的設計方案，也就是在每個網絡層構設瓦斯轉發服務端口，并且在煤礦現場、區縣市局成立監控管理中心，完善各部門瓦斯解碼器、電視播放墻等設施。具體的瓦斯監控系統聯網設計如圖1所示。由于煤礦施工長期通常都較為偏遠，帶寬并不充裕，這種聯網設計則可以很好地應用于廣域瓦斯聯網，若考慮到以后省級平臺瓦斯聯網模式，這種設計方案無疑當前2 Mb帶寬的選擇，不然很容易致使監控網絡不穩定甚至不能使用。該聯網設計借助已知煤炭網的部分節點，經上級授權之后連接并登錄瓦斯流管理服務端口，就可以輕松觀看該服務器監控礦區的生產工作瓦斯，且不會增加前端帶寬負荷，可同時向多個用戶共享圖像信息。

2.2 安全系統體系結構設計

在圖2中，我們可以清楚地看到安全系統體系結構的設計方案。通過4個監控工作站或D1單畫面輪巡，將畫面進行分割并上傳到瓦斯流管理服務端口，然后統一由瓦斯流管理服務端口對瓦斯信號進行存儲和，這樣有效地避免工作人員直接訪問客戶端而導致網絡擁塞現象。開展瓦斯監控工作時，前端攝像機瓦斯線依次對前端畫面處理器、瓦斯服務器和光端機實施連接，通過光纜把接受到的瓦斯信號傳輸到監控中心。在這個時候，其他用戶很容易不會根據已經規定好的操作流程來對系統進行操作和數據處理，而且由于不受時間、地域的限制，他們還可能會通過輸入地址直接對數據庫實施訪問。如此一來，就很容易造成客戶肆意操作，最終致使后臺數據庫隨時都有崩潰的威脅。所以說，我們應該采取一些可運用的技術對系統進行盡可能的安全防范，比如說系統加密、防火墻、真實身份認證、授權控制技術等等。監控中心在接收瓦斯信息后，及時時間想遠端的瓦斯服務器發出云臺控制信號，最終傳輸到攝像機云臺控制線，并直接上傳到系統客戶端。

2.3 瓦斯控制系統

在煤礦保護層上的回收期，我們可以將高抽巷側上方的石板巷回風巷段封閉采空區瓦斯抽放管，同時與上隅角采空區瓦斯抽采。抽巷形成的采空區瓦斯的頂板裂隙排水渠，對下部采空區瓦斯發揮作拉動用，減少采空區氣體排涌向工作面和的上隅角。通過分段砌筑封閉墻，在封閉墻中鋪設管路進行瓦斯抽采，抽采管路為240mm的鐵管，抽采流量為91 m3/min，封閉墻間距為110m。封閉墻的組成由砌筑兩道墻體，并在其內部充填黃泥，墻體厚度800mm，墻與墻之間的距離不小于4m，這樣可以很好地起到密閉和防爆的作用。每個封閉墻內鋪設兩道管路，在新的封閉墻砌筑充填完成時，根據瓦斯抽采量適時關閉里段抽采閥門，保障了高抽巷瓦斯抽采的連續性。

2.4 瓦斯流管理服務器設計

在瓦斯監控設計中，瓦斯流管理服務器無疑是IP瓦斯監控系統的精神內容。建立瓦斯流管理服務端口，不但可支持瓦斯管理系統同時被多名用戶訪問，而且還很好地解決了前端瓦斯受網絡帶寬限制的問題，從而保障了各部門及領導可以直接通過桌面計算機對瓦斯監控系統進行訪問，隨時可瀏覽監控現場圖像和瓦斯。服務器端擁有通過查詢數據庫，進而實現對煤炭安全生產信息化的作用，可以為計算機提供很多實用服務。瓦斯流管理服務器與空間數據庫建立連接，可提供大量查詢服務，例如屬性查詢服務、矢量和柵格地圖服務等。在網絡瓦斯監控系統組成部分中瓦斯流管理緩存服務器模塊是相當重要的，服務器端緩存模塊主要分為緩存管理組件和索引管理組件。兩部分組件分工合作，緩存管理組件是根據索引分析所得出的結果，在緩存中處理請求數據然后向客戶端發送，或者利用數據庫中已存數據，而索引管理組件先索引分析客戶端請求，制作出瓦片空間待處理數據列表。若能發展好緩存數據的利用，數據庫交互即可免去，同時數據的響應速度也會大大提高。總的來說，瓦斯流管理服務端為煤礦的安全生產提供了有效的圖像監視選擇和瓦斯存儲的功能，可以徹底實現用戶權限管理、自動報警與生產安全建議。

2.5 KJ95安全監控系統

KJ95煤礦綜合監控系統是由煤科總院常州自動化研究所開發的。該系統通過井下通信和工業電視監視設備，對煤礦井下作業進行全程生產監控。這一過程中的工業電視監視和井下通信不但可以任意搭配組合，還可以單獨利用，能夠很好地滿足不同條件的礦井需求。在KJ95綜合監控系統配置框架中，監測系統與通信系統兩者之間相互獨立，主線采用光纖為材料，以確保通信系統所發出的語音信號和監測系統采集到的數據可以同時被地面的電端機所接收，為方便光纖傳輸，光端機會將混合后的電信號轉變成光信號，再通過礦井下的光端機把光信號轉換成電信號傳送至井下工作面，最終將數據和語音徹底分開。通過井下的電端機RS232口可以將數據信號傳送到礦井下的傳輸接口，然后由傳輸接口將之輸出帶到各個分站。通過分線盒可以把語音信號分送到各個話機，這一系列過程中語音信號與監測數據都是雙向傳遞的。

3 實現效果

計算機網絡瓦斯監控技術應用到煤礦安全生產來，根據所監控出來的瓦斯數據，對煤礦生產過程實施自發監控，并且數據處理敏捷，而且它可以直接對煤礦生產中必要的地物進行自動標注，并將標注數據存儲到數據庫中，避免不必要的人為抄寫錯誤。在監控成果表輸出以后，表格格式規范、信息完整，并能直接進行打印實現了導線點計算、展點、制表一體化。系統界面可視化、操作性強，監控人員不必進行專門的學習或培訓，操作使用十分簡便。通過面板中輸出的原始瓦斯監控畫面，可以切實地反映煤礦生產的真實狀況，它對煤礦監控系統全過程進行瓦斯拍攝，在瓦斯監控工作開展前掌握了煤礦各節點在實際結構中的相對位置及相互關系，很簡單地就可以完成固定環境輪廓的拍攝，提高了煤礦安全生產監控的工作效率。計算機網絡瓦斯監控管理不但簡單迅速，而且通過數據維護自動更新、表格目錄與導線名稱檢索等方法實施管理，煤礦安全生產監控的效率明顯獲得了提高。

4 結論

煤礦瓦斯監測系統建設涉及到煤礦生產工作的數百個指標，需要調用大量的數據和信息，并要綜合平衡煤礦生產同勞動力之間、供求需要同可開采煤礦之間、煤礦企業自身效益同社會效益之間的各種關系，要求很高，業務性和技術性很強，煤礦煤礦瓦斯監測系統建設過程實際上是一個多目標動態決策過程。因此，順應技術進步的潮流，以計算機網絡技術為手段，輔助設計煤礦瓦斯監測系統，實現計算機對煤礦安全生產管理是非常必要的。

監測系統論文:基于無線傳感器網絡的煤礦監測系統設計

[摘 要] 煤礦安全已經成為社會非常重視和關注的問題。針對當前基于有線網絡和固定傳感器技術的監測系統存在監測盲區的問題，設計了一套基于Zigbee技術的無線傳感器網絡煤礦監測系統方案。分析了煤礦監測系統的結構，對系統的無線傳感器網絡部分進行了詳細設計，包括硬件設計和軟件設計。系統對預防煤炭安全事故有著重要的意義。

[關鍵詞] 煤礦安全； 監測系統； 無線傳感器網絡； Zigbee協議； 節點

引言

我國煤礦開采方式只要是以礦工開采為主，多數礦井都有瓦斯、煤塵、火災等隱患。我國煤礦生產形勢一直十分嚴峻，煤礦頻繁發生事故，給國家和人民都造成了巨大的損失。安全問題一直困擾著我國煤礦生產，是制約我國煤礦行業發展的主要障礙。但是目前我國使用的安全監測系統主要還是以現場總線為主，通過有線方式進行信息數據的采集和傳輸，這在礦井特殊環境下存在許多的弊端。如井下監測點數量有限，存在監控盲區；隨著挖掘的深入，傳感器無法實現快速跟進；一旦網絡發生故障，系統就會癱瘓等。

無線傳感器網絡的網絡自組織、結構靈活、以數據為中心的特點很適合礦井環境安全監測的應用，無線通信技術ZigBee的低功耗、低成本、覆蓋范圍大、高性等都符合系統的要求，很好的解決了上述的弊端。本文設計的煤礦安全監控系統，是通過無線傳感器網絡實現對煤礦監控區域瓦斯濃度和溫濕度等信號的采集測量，同時將所采集的信息在地面控制中心 PC 機上實時地顯示出來，對煤礦井下環境數據進行多方位實時監測和智能預警，對煤礦的安全生產具有重大的意義。

1 總體結構

整個系統分為井上及井下兩大部分，由協調器、終端節點、路由節點、監控計算機和監控中心管理系統組成。在主巷道的入口處架設協調器，在煤礦井下主巷道和采掘工作面中每隔幾十米布設一個路由節點，礦井工作人員佩戴移動的終端節點，每個采掘區形成一個無線傳感器網絡，它通過協調器采用總線與地面監控計算機相連。其中協調器、終端節點、路由節點構成基于zigbee的無線傳感器網絡，三種節點相互配合，共同完成對瓦斯濃度、溫濕度數據的采集、傳輸和對網絡的管理。系統的總體結構如圖1所示。

系統井下部分為路由節點和終端節點構成的ZigBee網絡。終端節點上使用瓦斯傳感器、溫濕度傳感器等對井下環境數據進行采集，并通過路由節點的轉發送給井上協調器節點。協調器節點與監控計算機通過串行接口將數據傳給監控計算機。監控計算機收集數據信息，對數據進行實時監測，并能夠通過以太網或Internet將數據傳送給監控中心。

2 節點硬件設計

協調器節點、路由節點和終端節點采用相同的硬件設計。考慮到系統具有低功耗和性高等要求， PIC18F4620單片機具有低功耗、性能穩定的特點；CC2420射頻芯片只需簡單外圍電路設計，且支持ZigBee協議。傳感器節點采用PIC18F4620單片機和CC2420射頻芯片。節點的硬件結構如圖2所示。

節點硬件平臺以PIC18F4620單片機和CC2420射頻芯片為核心，在單片機上擴展出SPI接口與CC2420進行連接，它們之間采用主從模式進行通信，同時還在外圍擴展了RS232和RS485接口電路。針對影響礦井安全環境的因素，系統采用瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦井環境相關數據信息進行采集，傳感器采集的數據經過信號放大、A/D轉換等處理后傳輸給控制器。然后節點利用CC2420射頻收發器將數據發送給中心節點，當數據值超標，產生安全隱患時啟動報警裝置發出警報。瓦斯傳感器采用LXK-3，可以實現瓦斯濃度4%以內的檢測，且當持續半分鐘檢測到瓦斯濃度高于1%時，蜂鳴器發出報警信號。溫濕度傳感器采用SHT11，根據煤礦的溫濕度參數自動對瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯濃度報警器的性。節點采用9V電池供電，通過穩壓器將電壓輸出轉換為系統可用電壓。

3 軟件開發環境

MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列單片機的基于Windows 操作系統的集成開發環境，采用匯編語言或C語言使用內置編輯器創建和編輯源代碼。MPLAB ICD 2 在線調試器實時調試可執行邏輯，使用 MPLAB ICD 2 器件編程器向單片機中燒寫。

ZigBee協議棧由Microchip協議棧的3.5版本來實現。Microchip協議棧的3.5版本能夠在大多數PIC18系列的單片機上進行移植，并支持各種ZigBee網絡拓撲結構，能夠實現全功能設備和精簡功能設備的功能。

4 節點程序設計

在本系統中，節點設備的功能不同。傳感器終端節點的主要功能是通過瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦井環境相關數據信息進行采集，并將數據發送給協調器節點；路由器節點的應用層程序主要功能是網絡路由的維護、節點的管理和數據的傳輸等；協調器節點的任務是創建整個網絡，并將從傳感器節點傳輸來的數據通過串口傳輸給監控計算機，同時將控制命令發送給網絡中的節點。傳感器終端節點、路由器節點和協調器節點均有各自的應用層程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，這三個文件分別是終端節點、路由器節點和協調器節點的應用程序，分別實現了各自的功能。

終端節點、路由器節點和協調器節點三種節點的應用程序都是通過調用原語，通過改變原語的狀態使ZigBee協議棧的各子層實現相應的操作來實現的。在程序的初始階段都要先對看門狗、硬件、協議棧及其它部分進行初始化操作。節點初始化后，協調器節點建立并維護網絡，路由器節點和終端節點在建好網絡后加入網絡，負責各自在網絡中的任務。

4.1 協調器節點程序設計

協調器節點作為網絡的中心節點，是無線傳感器網絡和監控計算機的聯系紐帶。它一方面要創建網絡，對網絡地址進行分配，并維護網絡狀態；另一方面要在收到數據請求時從終端設備節點讀取數據信息，并將這些數據傳送給監控計算機。在協調器節點開始運行后，要先對PIC18F4620單片機和CC2420芯片進行初始化操作，然后創建網絡并對網絡進行監聽，將接收到的數據發送給監控計算機。節點的程序流程圖如圖3所示。

4.2 路由節點程序設計

終端節點和協調器節點之間可能因為距離等問題無法直接進行數據的傳輸，路由節點的功能主要是幫助協調器節點建立完整的網絡，管理其覆蓋范圍內的傳感器終端節點，對網絡中傳輸的數據信息進行轉發，類似于一個網絡中繼站。當協調器節點創建網絡以后，路由節點要搜索并加入網絡，然后管理其覆蓋區域的傳感器終端節點加入或離開網絡。該節點的流程圖如圖4所示。

4.3 終端節點程序設計

系統的終端節點實現的功能是利用節點上的傳感器對環境對象的數據進行感知和采集，對采集的數據進行一定的處理，然后通過CC2420射頻芯片將數據通過網絡發送給協調器節點。終端節點在收到協調器節點的數據請求命令后才會進行相關數據的采集和發送，在沒有數據請求的時候處于休眠狀態，以減少能量消耗。終端節點的軟件流程圖如圖5所示。

5 結束語

將無線傳感器網絡應用到煤礦安全監測中，可隨意增加移除監測節點，方便網絡擴展，彌補了煤礦目前的煤礦生產安全監控系統的不足，具有重要的現實意義。

隨著無線傳感器網絡和煤礦監控技術的發展，成本的不斷下降和體積的進一步減小，無線傳感器網絡在煤礦安全監控系統中的大規模應用會很快實現，未來的煤礦安全監控系統會更智能、更完善、更穩定。

監測系統論文:紅外瓦斯傳感器在煤礦監測系統中的應用

【摘要】紅外瓦斯傳感器是預防煤礦井下瓦斯災害事故，確保生產安全的重要監測系統，對于煤礦生產具有重要意義。本文從目前較為典型的集中瓦斯監測手段入手，分析了其利弊，以綜合性能優勢較為典型的紅外瓦斯傳感器技術為例，分析了其應用優勢，希望能為煤礦安全生產提供幫助。

【關鍵詞】煤礦；安全生產；瓦斯事故；紅外瓦斯傳感器

經濟社會的快速發展促使人類對于能源的需求量不斷提升，煤炭作為最主要的應用能源之一，社會地位愈加重要。煤礦開開采作為向社會提供煤炭的關鍵手段，近些年來瓦斯事故頻發，引發了極大的社會關注，不僅造成了重大經濟財產損失，同時也嚴重威脅著井下人員的生命安全，因此，煤礦安全生產的關鍵在于有效控制和預防瓦斯事故，將其危害降到低。瓦斯作為煤礦安全及時殺手，其事故預防和處理要從形成規律、爆炸特性等入手，加強對瓦斯的監控，目前煤礦生產中多應用紅外瓦斯傳感器來監測，其靈敏度和性對確保安全生產有著至關重要的意義，是煤礦安全生產系統的眼睛和重要組成部分。下面我們結合煤礦安全生產實際，分析一下紅外瓦斯傳感器在煤礦監測系統中的應用，希望能為煤礦安全生產工作提供參考。

一、瓦斯檢測手段與問題

我國國內瓦斯傳感器最初主要以熱催化型、光干涉型、熱導型、氣敏半導體型和紅外氣體吸收型為主。

熱催化型雖然實現瓦斯監測，但是穩定性較差，需要頻繁校對，且使用壽命短，從安全和成本兩方面來考慮，并非選擇。光干涉型監測手段對氣體濃度的檢測較為敏感，通過空氣中光波的利用來監測瓦斯濃度，現場使用較為方便，但是如果空氣中氮氧分配比例不足，就會容易出現誤差，無法長時間大范圍使用[1]。熱導型是利用熱導原理檢測空氣與所測氣體之間的導率差來實現檢測，其結構簡單，應用安全，壽命長，有眾多優點，但是由于其受加工精度影響較大，對于低濃度瓦斯的監測常出現失誤，水蒸氣、氧氣濃度也會干擾其正常工作。氣敏半導體型是近年來發展較快的一種檢測方法，具有壽命長、能耗少、靈敏度高等特點，但是由于受材料材質、溫度等因素影響，應用性較差，在度和精度上也有待提高，仍需加強實踐與研究[2]。

紅外氣體吸收型即是目前應用較廣的紅外瓦斯傳感技術，它利用紅外光譜對不同氣體的吸收強度來檢測氣體濃度，性、靈敏度高，壽命長，與上面幾種技術相比，在各種性能上都有著較為突出的表現，也是目前應用性最強的一種技術[3]。這種技術傳入國內時由于受到我國礦井特殊環境影響，使用成本高，兼容性差，但是借由中國煤炭科工集團的深入研究與自主研發，終于成功推出了適合我國井下環境性能的紅外瓦斯傳感器監測技術，在國際上也達到了經驗豐富水準。

二、紅外瓦斯傳感器原理與優勢

紅外瓦斯傳感器主要是為監測管道內的氣體濃度而研發設計，它以紅外吸收原理為核心，采取數字式溫度補償、擴散式采樣等技術，具有高檢測精度、高穩定性等優勢，能夠適應多種復雜環境，應用范圍廣。它能夠廣泛應用于煤礦瓦斯抽放管道、瓦斯抽放泵站、天然氣輸氣管路等管道內瓦斯氣體濃度的監測。監測儀在工作過程中，對環境內的瓦斯提起濃度進行實時監測，當濃度超出系統預先設定的上限值時，就會立即通過聲光進行報警，報警系統以發光二極管和驅動蜂鳴器為主，向監測系統發出告警信號[4]。

應用紅外吸收原理的瓦斯傳感器性能，使用壽命長，調校周期>2月，其一體化水分離裝置，能夠很好的規避管道內水分、塵埃等多種物質，確保檢測精度，氣路設計的特殊形式對于各種正壓、負壓管道都有很好的應用性，濃度檢測以紅外遙控為主，應用簡單，溫度補償，不會因礦井下的特殊環境而出現改變或漂移，抗干擾能力強，對于多種雜質、氣體都有很好的抵抗作用，能夠提供多種常用的數據輸出接口，兼容性強，是目前應用優勢最為顯著的一種礦井下瓦斯監測技術。目前多種瓦斯傳感器實際應用中還存在著一定問題，比如功能單一、耗能較大、度不高等，且使用模擬電路技術，在抗干擾能力和智能化程度上都較低，是需要加強研究的重要應用課題，對于提升未來礦井下瓦斯安全監測具有積極意義[5]。

三、紅外瓦斯傳感器的具體應用

煤礦井下的環境較為特殊，復雜多變，不可控因素較多，因而發生安全事故的幾率也較高。預防瓦斯事故的發生，確保相關人員聲明安全，降低經濟財產損失，是井下安全工作的重要目標。紅外瓦斯傳感器在應用中通過不斷技術創新完善著煤礦的監測系統，使用差動補償信號處理、雙敏感元件等技術突破了種種限制，為煤礦生產安全作出貢獻。

在監測井下環境瓦斯氣體濃度時，傳感器可以通過連續自動的將井下沼氣濃度轉換為標準電信號輸送給關聯設備，并且應用差動補償信號處理技術就地顯示濃度值，在超出預設值時自動報警。它通過與各類新型監測系統、斷電儀、風電瓦斯閉鎖裝置等配套使用，在煤礦采掘工作面、回風巷道等都可以固定使用。雖然熱導型、熱催化型技術上存在一定缺陷，但是可以應用兩種技術原理與紅外傳感器技術相結合測量瓦斯濃度，改變原有的單一元件測量不穩定現象，借由人工智能技術優勢對信息進行高度處理和分析，將穩定性指標再次提升，延長使用壽命[6]。這些技術的結合應用能夠加快傳感器反應速度，使結構更加堅固，便于使用和維護，同時還增加了斷電控制、遙控調校、故障自校自檢等功能，節約了維護和使用成本，對于預防煤礦重大瓦斯災害事故具有重要作用，也是煤礦生產企業更好的產生經濟效益與社會效益的保障。

以目前市場上性能較為優越的英國E2V-IR12GJ為例，它基于非色散紅外設計原理，采用非色散紅外技術（NDIR）原理進行設計，并且傳感器的光源采用非常節能的LED光源。LED光源采用特殊的算法產生優化的輻射光譜，并且通過特殊的光學系統和升級過的硒化鉛和硒化鎘底片上的光敏二極管，結合內置的溫度傳感器和微電子設備來產生信號。傳感器和上級的電子設備采用數字通信，遵循UART格式。它具有以下技術特點：可以檢測的氣體濃度范圍為0-或者0-LEL；含有溫度補償設計，并且為線性輸出；數字輸出，可以直接接入上級設備；可以保存濃度、溫度補償和線性數據；極低的能量損耗――小于5mW；防爆Ex認證。它可以連續自動地將井下甲烷濃度轉換成標準電信號輸送給配接設備，并具有就地顯示沼氣濃度值，超限聲光報警等功能。高分辨率在0-10%范圍分辨率為0.01%，在大于10%范圍分辨率為0.1%，滿足國家安全生產監督管理局實施的《中華人民共和國安全生產行業標準AQ6211-2008-煤礦非色散紅外甲烷傳感器》要求。傳感器在設計上以緊湊、小巧、模塊化、整體化為發展趨勢，在保持傳統紅外傳感器高穩定、高抗干擾、長壽命、免維護等優點外，將傳統紅外原理光學部件省略，有效的降低了成本，同時還彌補了傳統紅外原理傳感器易受環境中灰塵覆蓋影響透光或反射的強度的問題，這對于減少傳統檢測儀故障報警缺陷具有積極意義。

煤礦安全生產需要依托監測系統的運行，紅外瓦斯監測系統應用紅外吸收原理，實現對井下瓦斯氣體濃度的監測，通過應用多種新技術，實現了對安全生產的維護與保障，是煤礦安全監測系統的重要構成部分。