浅谈煤矿安全生产监测系统的组成与技术改进
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【摘 要】自2000年以来，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井陆续在装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，同时也为该技术的正确选择、使用、维护和企业安全生产信息化管理提出了更高的要求。
【关键词】煤矿安全；监测；改进
系统由早期的地面单徽机监侧监控已发展成为网络化监测监控。其主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器组成。
监测终端：主要监侧煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件。如高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。
监控中心站：主要监控井上、下主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态今数，如煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数等。中心站软件具有侧点定义功能；具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障统计和报表、报告打印功能。
井下分站：尽管各厂家的监控系统井下分站形式多样，但基本上具备了如下功能：
开机自枪和本机初始化功能：通信侧试功能：分站设程控功能（实现断点仪功能、风电瓦斯闭顿功能、瓦斯管道监侧功能和一般的环境监侧功能等）；死机自复位功能且通知中心站；接收地面中心站初始化本分站参数设里劝能（如传感器配接通道号、量程、断电点、断电点、报普上限和报替下限等）：分站自动识别配接传感器类型（电压型、电流型或频率型等）：分站本身具备超限报苦功能；分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作功能和异地断电功能。
传感器：传感器的稳定性和可靠性是煤矿监侧监控系统能正确反映被侧环境和设备参数的关键技术和产品。目前国内生产和用于煤矿监侧监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器，以上传感器的开发和应用基本满足了煤矿安全生产监测监控的需要，但国产传感器在使用寿命、调校周期、稳定性和可靠性方面与国外同类产品相比还有很大差距，某些传感卷（如瓦斯传感器）的稳定性还不能满足用户的需要。
2、移动井下人员定位技术和定位功能模块
井下作业人员的流动性大以及工作环境复杂，一旦事故发生，井下人员的确切数量以及每个人所处的具置都很难确定，从而给营救工作带来极大困难，常常会延误营救的最佳时机并造成严重后果。另外，一旦意外事故发生遇难人员的具置不能确定，导致发生被困人员生死不明的情况。同时，为了避免挖掘中对人员的伤害便不能使用大的机械设备进行救援，从而导致救援进展缓慢。如果能够确定井下工作人员的确切位置便将会大大加快救援的进度，这样就有可能营救出更多的人员，从而把损失降到最低的限度。
1）系统定位方法和定位模块
井下定位系统的采用集中的定位方式由管理中心进行定位。
定位步骤如下：首先布设网关和参考节点，保持网关之间的距离，再布设一些位置已知的参考节点保证每个移动节点至少要处于多个参考节点的射频信号覆盖范围之内。
欲定位时首先确定当前节点相对于参考节点之间的位置，因参考节点的位置把移动节点相对参考节点的位置和参考节点的绝对位置相加，即可得到该移动节点的绝对位置。具体定位步骤如下：首先进行移动节点的相对定位来确定移动节点相对于参考节点的位置。采用的测距技术为无线电信号强度和无线电信号覆盖关系相结合的技术。
RSSI测距是指无线射频通信时，节点所接收到的射频信号强度是随距离衰减的，采用信号强度随距离衰减模型并不增加额外装置。
距离测量是节点定位时，通过检测相邻参考节点的无线信号强度来计算它们信号强度之比，利用RSSI计算出该员工到多个参考节点的距离。
位置计算指的是移动节点根据所计算得到的距离值，根据两点、三边以及三角测量法等方法，计算出该节点距离最近的网关的二、三维距离，从而实现了移动节点相对于参考节点的定位。
2）基于无线传感器网络的井下人员实时定位系统
目前，井下定位一般采用射频识别卡（RFID）的方式。员工随身携带写有唯一编号的电子射频识别卡，巷道的询问装置发射询问信号接收员工电子识别卡的应答信号从而实现员工的定位。
这种定位系统存在诸多问题，首先是定位精度低，它的定位精度取决于巷道询问装置间的距离，一般的电子识别卡定位方式中巷道询问装置的距离是几十米的量级定位精度，不能精定位便对于紧急情况的救援只能提供有限的帮助。另外射频卡一般是被动卡，从而只能应答固定的询问。在发生意外时员工仅仅依靠电子识别卡仅能确定事故发生之前的大概位置而不能与巷道询问装置进行双向通信。
3、用于煤矿生产安全实时监控子系统管理平台
基于已有的通用管理信息系统，针对煤矿生产安全监控的特殊需求为煤矿管理者定制开发一个监控管理信息系统，该系统具有用户认证数据管理、数据查询以及实时监控等多项功能。配置了针对矿井应用的专用无线传感器网络，用于数据管理的数据库服务器和便于信息共享的Internet服务器。适用于各类气体以及人员位置监控的现代化管理系统。本项目中的监控系统能够提供基于GIS的和采用自定义条件方式的查询、统计和报表功能。提供对所有监测信息的数字信息、图像或视频的实时监视。整个监控系统采用模块化的设计方法，能够随着需求的变化增加新的功能从而不断地进行完善具有良好的可扩展能力。
4、技术趋势
传感器网络有着巨大的应用前景和发展空间，被认为是将对21世纪产生巨大冲击的技术之一。传感器网络以一种新的无处不在的主动式计算模式推动科技发展和社会进步已成为国家竞争的焦点，从而关系到国家政治、军事和社会安全等诸多方面。发展具有自主知识产权的传感器网络技术，完成推动新兴传感器网络产业化的跨越式发展，对于我过在21世纪的国际战略地位具有领先地位至关重要意义。