数字式煤矿安全监测监控技术研究

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摘要：我国煤矿的工作条件非常复杂，瓦斯、煤尘、顶板、水灾、火灾等环境因素非常不稳定，其中的安全风险也很大。因此，改进煤矿安全生产技术是确保煤矿生产的重要手段。文章简述了现有煤矿安全监测监控技术存在的不足，列举出了物联网技术在数字化煤矿安全监控系统中的应用。促进了基于物联网的综合监测系统的建设，并实现了数字煤矿安全监测技术的开发与应用。

关键词：物联网；煤矿安全；监控技术

1概述

我国的煤矿有着复杂的地质条件，主要是以井工煤矿为主，煤矿的数量和产量都很高，很容易引发和造成灾难。矿井企业的未来发展方向是信息化和数字化。物联网技术有助于建设数字式煤矿，而且有助于实现全球感官环境，实现移动目标，协调控制、操作和管理，最终改进企业生产、经营和决策。

2物联网概述

物联网通过诸如射频识别、监测监控技术、人员位置监测、视频监视、物理化学传感器等信息检测装置，将各部分连接到互联网，以便根据商定的协议进行信息交换与对接。最后，实现了智能识别、定位、追踪、监视和管理，这其中包括在互联网上建立商品之间的联系，交换和交换信息。物联网应用服务模式包括四种类型：智能控制应用于工业或工业客户企业；智能控制应用公共客户；数据采集与动态监测；定位跟踪行业或企业中的客户。物联网的价值在于让人与事物、事物和事物之间能够进行沟通。物联网可以分成三个层次：感知层、底层、间隙层。感知层可以获得在真实世界中的数据，是物联网应用发展的基础应用对象阵列；下层是用于收集数据的感知层，中间层是用于传输数据的网络层，上层主要是应用，正常情况下，感知层包括数据采集、传输。通过传感器等装置获取数据，然后通过诸如蓝牙、红外线、总线等数据传输技术来传输数据。网站现有通信网络和互联网是构成物理网络层的基础。这也是现有网络技术的延伸，正在通过各种数据传输技术，如有线和无线通信技术、网络技术等加以实现。由感知层收集的数据信息，并允许智能处理和分析，应用层可以将工业要求结合起来，因为它是数字信息技术与工业专业技术之间的深层融合。体现了物联网处理数据的特征，并且提供正确的决策，实现知觉和传输信息的智能处理，并为用户提供丰富的特殊服务。

3简述数字化煤矿

“数字化煤矿”是计算机和各种网络技术的组合，这些技术可以自动控制井下设备，并在网络平台上均匀提供井下环境信息和电器状况信息。物联网的核心就是网络，新的煤矿安全监控系统的特点是数字化、网络、模块化。煤矿数字化的实施取决于为煤矿建立一个完整的四维地理信息系统，从而能够建立一个三维煤矿地质模型，一个二维电子矿井地图，以及数字化地面物理模型。以可见和透明的方式管理煤矿的隧道。关于煤炭生产设施和生产进展的实时数据，传感器及监视和监视技术被用于动态监视生产过程工作建造数字化煤矿可以创造一个更加安全和舒适的工作环境。这有助于控制整个生产过程管理。同时，虚拟设备的集成能够实时控制实地业务，大大提高煤炭生产的效率。提高企业的活力和竞争力、提高生产安全性，煤炭生产数字信息系统可以为煤矿企业提供技术支持。在煤炭工业中使用这两种功能可以为煤炭生产提供必要的支持，并对生产进行实时监测和管理。还能预防突发自然灾害及相关事故并获得智慧化生产，促进我国采矿业的可持续发展。

4现代监测监控技术运用中的不足

4.1监测监控设备水平参差不齐。中国矿产资源存储量相对较大，是世界煤炭的重要产地。但是，国内煤炭生产企业在生产水平以及安全防护等方面差别很大。可以说中国目前煤炭生产的特点是中小型国有煤矿共存，这就使得管理煤矿部门煤炭生产的技术设备水平和安全生产质量的监管变得更为困难，相比于其他高水平的国家相差较大。自2012年以来，中国政府有关监管机构对煤炭行业的问题进行了一系列的重组，但情况仍然危急。在中国少数大型煤矿中，许多煤矿没有排气设备。但是更为严重的是，30多家公司完全缺乏瓦斯气体监测系统，更不用说管理系统。同时，许多中小型煤矿，无论是生产设备还是监视设备，都长期运作，负荷过重，升级延误，造成安全风险增加。4.2安全生产现代化监测监控水平不理想。众所周知煤矿处于困难的自然环境中，容易发生多种事故，煤矿安全事故的受害者人数始终是世界上最高的。瓦斯气体事故在煤矿安全事故中尤为常见，造成大量人员伤亡，并对巷道和矿井设备造成无法估量的危害，这可以说是对生产作业的破坏，还对工作人员的生命和安全也造成威胁。由于煤矿生产环境的特殊性和复杂性，与煤矿生产安全有关的高难度因素，以及绝大多数煤矿生产环境，使得生产安全形势更加严峻。中国绝大多数采矿生产仍依赖于劳动力，属于劳动密集型行业，无论是采矿生产还是地下的安全监控，都是由工人自己负责。现代监测和监视的普及率很低，覆盖率不到60%。由此可以看出，安全生产的监测和监视水平并不令人满意。

5物联网技术在数字化煤矿安全监控系统中的应用

在煤矿生产和管理中使用煤炭物联网技术大大降低了安全事故的可能性，提高了安全系数，保护地下室的人身安全，为我国煤炭工业的长期发展做出贡献。在煤矿监测和监视系统中使用物理网络，尤其表现在机械设备监视方面，应该是一个很好的例子。还包括故障诊断，实时监测地下采矿和回收作业，以及三维定位和人员通信这些方面。（1）以矿井环境的安全监控为目标，实时监测矿井环境安全和各种环境参数，是基于物联网的闭式在线监测系统的重要功能之一。环境参数通常包括气体、正压、负压、温度和密闭墙外的周围气体等，在收集完成这些数据之后，再由地面中心站进行控制和超限报警处理发送。在互联网安全监控系统的帮助之下，可以对井下空气中的气体等进行监测，并对设备的运行状况、风速、温度等环境参数进行实时监测，从而实现对煤炭生产的实时、连续、远程管理。（2）对井下人员进行实时安全监控，电子数据应按约定格式存入识别卡中。读卡器和识别卡通过射频发送非接触式双向数据，射频信号通过发射天线发送。这个读卡器的天线信号具有一定的有效区域范围。当识别卡到达这个有效范围的时候，使用卡的内置天线发送编码信息，载波信号通过天线控制器发送到读卡器。读卡器利用工业总线对接收到的信号进行解码和设置，然后经过总线将信息发送到各个分站。最后，读卡器识别信息被传输到地面传输接口或环形网络交换机，并从采集程序处理并写入数据库服务器。（3）系统可以全面地进行个人信息的采集，包括无线信息采集网络和以太网有线网络。无线网络可以覆盖到整个隧道，而有线网络可以进一步传输和处理数据。（4）物联网监控生产线的实时安全。工业电视监控网络系统是数字化煤矿的重要组成部分。它采用各种先进的监控设备，在井下安装摄像头，能够全面监控煤矿区、煤储库、输送机和重要地面区域，监控信息可以传送到调度室。各个现场监控管理人员能对各生产线进行动态监控，发现问题及时解决。这个系统是一个基于互联网的系统，也是一个能够不接触测量煤炭产量来进行计量的设备。这个系统通常用于煤矿开采中存在瓦斯或煤尘爆炸危险的场所，还能够连续自动测量输送带上散料的流量和堆积重量。（5）基于物联网的数据上传系统是利用计算机网络、通信、数据库等技术的数据处理系统。可将人员位置监测系统采集的气体数据和人员信息上报、传送至高级管理部门，能够及时处理相关信息，能够直接、快速地控制和管理下游煤矿的生产安全形势，实时预测煤矿的潜在风险，及时发现事故隐患，排除故障实施纠正措施，为进一步的管理和决策提供数据支持。（6）通过物联网技术对机械设备进行监测，能有效地控制煤炭设备，确保不发生故障，并在出现问题时，可以自己发现并解决问题。很好地规避管理人员因管理不善而可能造成的不必要的风险和损害。（7）井下采掘和道路监控是煤矿监控系统中物联网的主要动力，我们利用矿井内有限的网络和无线传感器全覆盖，在采掘和采集过程中对空间中的粉尘、一氧化碳等有毒有害物质进行监控，而且和通风机、风窗等设备有效控制空气中的含氧量。（8）物联网技术的三维定位和个人通信可以用于地下视频和语言通信的漫游机制中，提高地下通信的效率和通信质量，对于井下人员的位置进行有效的监控，通过三维定位，也可以直接看到井下人员的移动路线和分布情况，有利于各项工作的开展。（9）通过物联网技术在矿山的有效运用，使得它向着信息化、自动化、智能化方向发展，极大地改变了传统意义上依靠相关人员主观判断的方式。通过信息采集和感知技术等大规模数据技术的应用，促进了处理平台的发展更加的优越和高级。系统的应用积累了丰富的实践经验，具有很好的示范作用。根据目前系统的运行情况，系统运行稳定，其成功应用为下一步开展煤矿风险研判及大数据分析提供了技术和数据支撑，为煤矿开展煤矿安全监测监控数据联网积累了丰富的实践经验，具有很好的示范作用。

6结束语

我国煤矿监控技术正处于发展初期，具有巨大的潜力和空间。如何从控制理念入手，全面学习国内外优秀典型的应用案例并加以介绍和接收。同时，根据自身情况自主研发，也值得整个行业的关注。如今，人们越来越重视煤矿的安全开采，煤矿的安全开采直接影响到公司未来的发展，而煤矿物联网技术的应用可以更好地定位煤矿开采中的移动目标，煤矿数字化建设与相应的技术相结合，加强了物联网技术在煤矿数字化监控系统和矿山环境实时安全监控中的应用，井下人员和生产的联系，意识到了煤炭能源信息化的发展是物联网技术在数字矿山建设中的应用，是实现煤矿综合自动化发展的最终趋势。

参考文献：

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作者:程文岭 单位:永煤公司城郊煤矿