监控系统与煤矿安全论文

摘要：随着我国煤炭工业的整合与发展，2015年煤炭需求仍保持在57亿吨左右，大中型矿井数量保持在5000座以上。为保证煤矿安全生产，煤矿安全监测监控系统运用起到了非常重要作用，而电子信息技术正是煤矿安全监测监控系统的工具与抓手。今天小编给大家找来了《监控系统与煤矿安全论文(精选3篇)》的相关内容，希望能给你带来帮助!

监控系统与煤矿安全论文 篇1：

煤矿安全监控系统的整合方案分析与设计

【摘要】本文分析了当前煤矿安全监控系统的发展现状和潜在问题，并对主要的煤矿安全监控系统的特点进行了简要的分析。最后从整合煤矿安全监控网络的角度出发，分析并设计了一种可用于整合煤矿现有安全监控系统的综合监控网络形式。

【关键词】煤矿安全；监控系统；整合方案

1.国内目前煤矿安全监控系统的发展现状与问题

我国的煤矿安全监控系统起步较晚，发展过程经历了自主研发、引进国外技术、再自主研发的过程。如早期国内自主研发的KJ1系统，到后来从法国和德国引进的CCT63/40系统、TF200系统等。到上世纪末，国内某些专门机构自主研发的煤矿安全监控系统的水平已经较高，在某些单项指标上已经接近国际先进水平，也表现出网络化和信息化的趋势。但从整体发展水平上存在不足，主要表现在过分注重于对煤矿安全生产中的某些方面进行研发，如对坑道内的环境因素监控，井下设备的控制等方面，对煤矿的整体系统监控方面的研究并不深入。从现有的监控系统的工作特点来看，不同类型的监控系统之间的兼容性不足，系统扩展和升级能力受到较大的限制。同时安全监控系统是以安全因素的检测为主，对获得的监测信息缺乏预警响应能力，在智能化方面还存在很大的改进空间。

因此就当前国内煤矿安全生产监控系统的特点而言，主要的问题还是如何形成一套较为完整的综合信息监测系统，实现对煤矿安全生产的各个方面的实时信息进行整合。本文将针对这个问题，探讨煤矿安全生产综合监控系统所需的条件和构成方式。

2.常用煤矿监控系统特点分析

探讨煤矿安全生产综合监控系统需要以现有的监控子系统为基础进行整合。通常而言，煤矿的监控系统包括以下几类基本的子系统类型：电力监控系统、综采工作面监控系统、生产和调度系统等。上述不同系统类型所采用的工作方式差异较大，而多数煤矿都具备两种或两种以上的子系统，因此要探讨以这些子系统为基础的煤矿安全生产综合监控系统就需要对这些现有系统的特点进行分析后才能制定可行的整合方案。

(1)电力监控系统

电力系统是煤矿的基础系统之一，也是煤矿生产中的重要组成部分。对电力系统的监控是实现煤矿安全生产的重要保证。煤矿电力系统主要组成部分有两个，一是井下中央变电所，二是采矿区变电所。其中中央变电所由主控柜、配电柜及微机保护装置三个主要部分组成。采矿区变电所则一般由隔爆开关和监控单元组成。总体而言，煤矿电力系统的监控系统组成形式为利用CAN现场总线将监控单元（如隔爆开关等）将信息集成到中央变电所分站和采矿区变电所分站，再由CAN现场总线集成到电力系统监控服务器，进而将监控信息汇集到地面主控机。因此电力系统的监控布局呈现出的是一种金字塔型或树型的系统布局。

(2)综采工作面监控系统

综采工作面监控系统是煤矿对实际工作进行监控的主要系统，这一系统主要监控对象是采煤机、液压支架和输送机三类主要的煤矿施工设备。从目前的煤矿监控系统的构成来看，这三类煤矿施工设备都有各自的相对独立的监控子系统，从而共同构成了对煤矿工作面的监控体系。从监控模式上看，对采煤机的监控通常情况下都是通过对设备的特征参数的实时监测来判断设备是否处于正常运行状态。实现方式上通常是以设备关键部位上的传感器来完成数护具采集，再由通信线缆连接到CAN现场总线进行传输。从布局上看这类监控系统属于全分布式的监测系统。相对于采煤机，液压支架的作用是为了保障煤矿开采工作的安全。对支架的工作状态的监测也是通过布置压力传感器的方式来完成。而输送机则是承担将开采出的煤炭资源运输出井的任务。对输送机的监控主要针对功率驱动的监控和对链环张力的监控两部分，数据采集方式仍然是以传感器采集为基础来进行协调和控制。这三类监控系统是相辅相成的，都可以通过信道配置而隶属于井下控制台和地面控制中心，因此耦合程度相对较好。

(3)生产和调度系统

煤矿生产和调度系统主要完成通讯、报警以及对生产过程的监控等任务。从系统布局的角度看，常用的布局方式为分布式布局，实现手段有通讯电缆连接和无线通讯两大类。其中通讯系统主要以电缆通信配合无线通讯来完成，而对生产过程的监控则通过布置光缆和电视监控系统来完成。

3.煤矿监控子系统的综合方案设计

3.1 网络结构设计

要进行煤矿监控子系统的整合，需要考虑子系统的布局特点。从整合子系统的角度看，需要分析几种基本的网络拓扑结构。参考国内外的煤矿综合监控系统的结构特点，常用的是环型结构和总线型结构。环型结构的主要特点是可以通过通信链路将煤矿中的通信节点构成闭合回路，回路中的信号沿单向传输。这种网络结构的最大特点是实现方便，仅需要一些必要的连接设备和交换机即可，而且可以利用较为成熟的以太网技术。但其缺点是串联式的，因此某个节点的故障都可能造成故障和维修困难。总线型结构的特点是将网络中的设备都与总线相连，不依靠类似环型结构的中心节点，总线则以串联结构为主。当需要增加设备时只需在总线上增加接口即可，且个别节点的故障不会影响到整个网络的正常运行。其缺点是在网络节点的容量有限，对总线的容量要求较高。因此结合环型结构和总线型结构的优点和缺点，笔者认为采用环型和总线型的综合型结构，具体为主干网络采用环型结构，子网采用总线型结构。这种混合型的结构能够利用上述两类结构优点，在一定程度上可以避免环型结构传输距离的限制。

3.2 网络协议

由于整体网络结构采用的是综合型网络结构，涉及到总线通信协议的问题。因此需要对网络协议进行必要的讨论。当前煤矿中采用的网络技术主要是工业以太网技术，该模型基于开放系统互连的参考模型，共有7层结构。结合煤矿监控的实际需求，对网络中的故障需要有必要的自动诊断功能，即需要差错报告机制和IEEE802.3D/W/S生成树协议这两类关键网络协议。具体实现方式为以工业以太网技术参考模型OIS中网络层ICMP来实现，由主机和路由器之间完成报错和状态检查。IEEE802.3D/W/S的作用是通过身份验证的方式来保障网络的安全运行。

从当前煤矿监控系统的组成方式来看，多数都采用的CAN现场总线的形式，因此也需要讨论于此相关的问题。CAN协议需要处理数据链路层和物理层以及应用层三个方面的协议。其中数据链路层和物理层属于OSI模型中的底层，而应用层需自行定义或采用标准协议。从通用性的角度出发，在处理CAN现场总线的应用层协议时采用DeviceNet和CANOpen协议，上述两类协议分别处理煤矿自动化控制设备控制和数据通信，可为设备与主干网络实现无缝连接和满足分布式网络服务的需要。

3.3 通讯

我国煤矿安全监控的传统模式是DCS控制系统，由于不具备可操性和开放性等缺点，已经逐渐不能满足煤矿安全监控的需要，而FCS控制系统开始成为主流的发展方向。因此采用CAN作为连接煤安全监控网络矿的底层结构是符合发展趋势的选择。在此基础上，对CAN通讯采用多主竞争式的总线结构，该结构能够适应分布式网络数据通讯的需要，对网络节点之间的冲突能够实现自动化处理。

3.4 数据传输平台与接口设计

要实现对煤矿现有监控系统的整合，需要完成对主干网络和各子网络的结构设计。结合前文对整体网络结构采用的环型和总线型的综合网络拓扑结构，因此对于整合煤矿监控系统的主干网络采用工业以太网配合现场总线的模式，即由光纤冗余主干网和设备级现场总线来构成综合监控网络的主干网络。而对于子网络，由于这些网络分处于不同的工作环境，采用电缆作为CAN总线的传输线路，其优点是便于维护。

由于综合监控系统要处理多个子网络之间的连接和传输，需要采用大量的CAN接口，因此对于子网络和主干网络之间的接口也是一个应当注意的问题。从煤矿实际需要出发，采用基于独立CAN控制器的总线接口方案是比较好的选择，独立CAN控制器型号可采用SJA1000等独立控制器。

参考文献

[1]赵秀敏.煤矿主井直流提升机电控系统自动化与信息化[J].煤炭技术,2009(2):35-37.

[2]雷志鹏,宋建成.综采工作面输送设备工况实时监测及故障诊断系统的设计[J].工况自动化,2010(7):5-9.

[3]于治福,李旭鸣,等.基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计[J].煤矿机械,2010(1):29-31.

作者：顾春瑜

监控系统与煤矿安全论文 篇2：

煤矿安全监测监控系统设计与应用

摘 要：随着我国煤炭工业的整合与发展，2015年煤炭需求仍保持在57亿吨左右，大中型矿井数量保持在5000座以上。为保证煤矿安全生产，煤矿安全监测监控系统运用起到了非常重要作用，而电子信息技术正是煤矿安全监测监控系统的工具与抓手。本文对矿井安全基础环境进行了分析，对电子信息技术在煤矿安全生产中应用意义进行了阐述，对煤矿安全监测监控系统的设计进行了分析，对煤炭安全监测监控系统建设中应注意的问题进行了探讨。

关键词：安全监测监控；电子信息技术；设计应用

我国目前正在进行煤炭系统的整合，大大小小的煤矿数以千座，生产规模在几十亿吨以上，煤矿安全生产要求很高。煤矿安全关系到国家利益、关系到每个家庭的安康。井下环境复杂多变，但如果采用先进的电子信息技术，就可以预防与保障井下工人与设备的安全。采用井下安全监测监控系统将会对矿井安全生产管理起到非常重要的作用。

1 煤矿井下安全基础环境分析

目前我国矿井有很多是高瓦斯矿、地质环境也非常复杂，有些矿疏于管理，所以在矿井下，主要具有火灾、水灾、瓦斯、煤尘、冒顶、机电事故等灾害发生。在以上事故中由以火灾发生可能性较大，因为矿井除煤炭自燃外；井下还含有CH4等可燃气体与煤尘，一旦浓度到达一定条件，将会引起爆炸。所以井下巷道与综采面通风非常重要。井下一般主巷道设置为进风巷道，同时还有回风巷道，将各种气体、粉尘带出井口。同时为保证井下正常生产，给排水处理、变电所、机电设备状态监控也非常重要。

2 电子信息技术在煤矿安全监测监控应用的意义

随着国家对煤炭安全生产规范的出台，国家、省、市、县政府逐级建立起了煤矿安全监测监控中心，这些中心通过调用辖区内的矿井安全监测监控系统采集的井下安全数据，来管理各自辖区内矿井的安全生产。所以，建设性能稳定、可靠、冗余井下安全监测监控电子信息系统有着非常重要的意义。

3 煤矿安全监测监控系统的设计与实现

煤矿安全监测监控系统，具有模拟量、开关量、累计量采集、传输、存储、处理、显示、打印、声光报警、控制等功能，用于监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制，由主机、平台软件、传输平台、分站、传感器、断电控制器、声光报警器、电源箱、避雷器等设备组成的系统。此系统设计包含以下3部分内容。

3.1 地面监控中心站设计

地面监控中心站及网络终端等，是整个监控系统核心，通过系统软件与应用软件实现管理整个系统设备及监测数据、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑、网络通讯等任务。所以主要技术应配置冗余监控主机、数据备份服务器、文件服务器、管理机、DLP拼接大屏幕显示墙等。

地面网络包括两部分，主要部分为地面到井下的工业以太环网传输平台；辅助部分为传输到县、市、省政府监测监控中心的广域网。监控机房布置2台核心工业环网交换机，井下布置若干台本安型环网交换机。矿井工业以太网光纤冗余环网传输平台通讯协议采用标准的TCP/IP网络协议；平台传输速率高、带宽容量大、传输距离远、抗干扰和雷击能力强；采用先进的多主并发通讯模式，系统检测速度快，实时性强；系统支持光纤冗余环网工作模式，节点故障不影响整个系统性能，故障自恢复时间短（0.3S），通信更加可靠；智能工业环网交换机由于具有SNMP协议，所以整体网络具有网络管理能力。广域网配置路由器。

3.2 井下分站的设计

井下分站，用于接收来自传感器的信号，并按预先约定的复用方式远距离传送给传输接口，同时，接收来自传输接口多路复用信号的装置。分站还具有线性校正、超限判别、逻辑运算等简单的数据处理、对传感器输入信号和传输接口传输来的信号进行处理的能力，控制执行器工作。上接井下环网交换机，下接各巷道、采面传感器，是起到呈上启下作用的设备。

3.3 井下监控传感器的功能设计

（1）甲烷传感器、管道瓦斯传感器具有连续监测矿井环境气体及抽放管道内甲烷浓度的功能。当CH4超标，一般会具有显示及声光报警功能。

（2）一氧化碳传感器具有连续监测矿井中煤层自然发火及胶带输送机胶带等着火时产生的一氧化碳浓度的功能。

（3）粉尘传感器具有连续监测矿井巷道、综采面粉尘超标的功能。

（4）烟雾传感器具有连续监测矿井中胶带输送机胶带等着火时产生烟雾浓度的功能。

（5）温度传感器具有连续监测矿井环境温度高低的功能。

（6）风速传感器具有连续监测矿井通风巷道风速大小的功能。

（7）风筒传感器具有连续监测局部通风机风筒“有风”或“无风”状态的功能。

（8）负压传感器具有连续监测矿井通风机、风门、密闭巷道、通风巷道等地点通风压力的功能。

（9）设备开停传感器具有连续监测矿井中机电设备“开”或“停”工作状态的功能。

以上传感器上接监控分站，安装位置可根据各自的功能，按照国家相关规范要求，安装到井下所要监控的位置。传感器触发报警与开关量也应按照国家相关规范标准进行设置与计量。

4 煤矿安全监测监控系统建设中应注意的问题

煤矿安全监测监控系统建设工作中，采购井下设备时，应具备本安标识；应具备国家煤矿电气检测部门出具的防爆合格证。井下线缆应采购阻燃线缆；线缆与设备连接处喇叭口必须进行失爆检查；同时应做好安全监测监控数据的备份工作；做好上传政府监测监控中心数据软件接口标准工作。

5 结束语

矿井安全是煤矿生产的底线，建设一个高质量、高性能的煤矿安全监测监控电子信息系统是我们每个建设者的使命，在建设中，我们应该严格按照国家制定的安全标准，认真完成工程中每一个设计细节，保证矿井在交付后的生产安全。

参考文献

[1]宁延全，王永超，刘玉华，等.全国煤矿安全技术培训通用教材[M].煤炭工业出版社，2008：269-313.

[2]钱德群.矿井通风安全仪器及监测系统[M].煤炭工业出社，1991：153-154.

（作者单位：西安炎黄信息系统咨询有限公司）

作者：冯应

监控系统与煤矿安全论文 篇3：

探讨无线传感器技术的煤矿安全生产监控系统的设计与实现

摘要：传统GPS定位系统在煤矿安全监测系统中存在很多的不足和弊端，为了能尽可能地减少地下煤矿发生安全事故，保证煤矿工人的人身安全，本文深入研究设计无线传感技术监测系统，从无线传感技术系统的整体设计、硬件设计以及软件设计三个方面阐述，实现提高煤矿安全生产的效率，减少煤矿安全生产事故的发生率的目标。

关键词：无线传感器技术;煤矿安全;生产监控系统

随着社会和科技的发展和进步，我们国家需要的能源也越来越多，煤炭开采量也越来越大，随之而来的，发生的煤矿安全事故也逐年上升，煤矿安全这一社会问题也大受各行各业的关注，减少煤矿事故的发生是国家和人民共同的急切的目标。因此，设计一款无线传感器网络的煤矿生产安全监测系统刻不容缓。此款无线传感器网络可以收集地下煤矿的环境情况和煤矿里面工作人员的状况等诸多地面观测不到的信息，将煤矿里的实际情况及时同步给地面信息技术员，一旦发生危险警报等情况，地面的动作人员可立马发现，以便及时采取相应的补救或者紧急措施等。

1、煤矿安全生产监测系统的整体设计

煤矿安全生产监测系统的设计与实现最大的目的就是能够对地下煤矿进行安全监测，这些安全指标包括但不限于（1）地下煤矿里空气的成份：例如甲烷、一氧化碳等等，它们存在于地下煤矿空气中是否超标，是否达到了对人体产生危害的数值标准。（2）地下煤矿里空气的物理状态：例如空气压力、空气湿度、煤矿温度以及空气负压，还包括地下煤矿里通风设备是否正常运行等。通过以上监测地下煤矿数据可以呈现在地面监测人员计算机上，一旦出现危险或者紧急情况，地面监测人员可及时做出反应，通知相关部门以及人员积极采取措施应对突发状况。

此次研究的地下煤矿安全生产监测系统，可以大致地将它分为地上和地下两个部分。煤矿下的基础设施主要包括基站、无线传感器节点两大部分，主要负责地下煤矿的数据采集工作。无线传感器分布于地下煤矿有需要的各个地方，无线传感器能够对煤矿各个地方的空气的压力、空气湿度、地下煤矿温度以及空气中的负压进行密切实时检测;另外无线传感器也能够监测空气中的甲烷、一氧化碳等等存在于煤矿空气中是否超标等等，各个地方的无线传感器再将以上信息同步传输到地下基站。其次，煤矿下的每一位人员都有配备的定位设置，是通过使用射频信号强度的位移和实时多点定位的方法来达到煤矿下的准确定位。地下基站是直接與地上监测管理系统相连接，地上监测管理系统主要包含系统管理、安全监测、结束监测、通风监测、供电监测、煤流技术、主煤流监测以及GIS系统等软件，管理系统接受从基站传输的信息，将诸如以上各类信息进行整理、分析，再以通俗易懂的方式表现出来，例如以曲线图、报表、饼状图等等形式呈现，以便及时发现煤矿里的不正常情况，及时处理突发情况，同时采取改善或抢救的措施[1]。

2、煤矿安全生产监测系统的硬件设计

2.1煤矿地下无线网络硬件

此次煤矿安全生产监测系统是以ZigBee技术为基础建立起来的无线网络，是一种体积很小、非常可靠、价格很低廉却容量很高、功率消耗很低的无线网络技术。ZigBee的工作频段为2.405～2.480GHZ，采用直接序列扩频的通信技术，数据传输速率为250KB/S，无线网络数传模块节点容量最多可达到65000个，每一个数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展，能够实现地下煤矿全方位无死角的数据采集和监测，是煤矿等井下作业时信息采集的不二之选。

2.2中继器节点的硬件设计

中继器节点采用的电路设计结构包括状态指示灯、显示器、报警电路、存储器、无线通信模块、USB接口和电源接口等等。接通电源之后，中继器节点状态指示灯会开启，系统会自动进入无线通信状态，等待片刻之后，煤矿地下之前所安装的无线传感器节点就会开始工作，将数据传送到基站，基站与地面系统对接实时数据，当有不正常情况出现时，报警器就会报警。另外，USB接口同时也可以将所接受数据进行交流和分享[2]。

2.3地下煤矿作业人员定位设计

除了上述固定安装的地下煤矿里的无线传感器节点，还涉及了另外一种可佩戴、可移动的无线传感器节点，它可以安装在煤矿开采所用到的设备上，可以由买矿开采工人随身佩戴和携带，可以采集不同地方的瓦斯的浓度，同步传送数据到地面监测系统中，方便煤矿地面安全监测人员随时掌握煤矿里面的实时情况。同时佩戴地下煤矿作业定位设置的人员也可以主动发送实时信息，及时与地面工作人员保持良好沟通，一旦发生紧急情况，地面监测人员可以及时接收信息，报警器电路会报警。地面人员准确定位紧急情况地点，可以使用相关设备和出动人力进行紧急救助，减少紧急事故带来的损失。

此次设计的煤矿安全生产监测系统中，基站实现各个无线传感器节点数据的汇集，再通过基站与地面上的主机系统相连接，实现数据处理和可视化。

3、煤矿安全生产监测系统的软件设计

煤矿安全生产监测系统的软件设计位于煤矿地面之上，主要包含系统管理、安全监测、结束监测、通风监测、供电监测、煤流技术、主煤流监测以及GIS系统等八个软件。以上八个系统中，除基本的管理系统和功能强大的GIS系统外，其余五个对数据即时性要求非常地高，所以每个系统都要有与之对应的动态图形，以便地面工作人员能够轻松察觉出地下煤矿形式的变化如何，同时也能及时发现异常情况，不耽误救援。

GIS系统总的来说大致可以分成六个板块设计，包括地图浏览、图层控制、图层编辑、搜索定位、实时报警以及信息查询[3]。

结语

对于传统GPS技术和有线网络在地下煤矿安全生产时存在极多监控盲区、设备安装工程费时费力、发生安全事故时地面无法第一时间发现并实施抢救措施等问题，无线传感器网络技术具有安装简便、安全高效、结构灵活、感应灵敏等多方面优点，打破传统有线网络在地下煤矿监测时的局限，为地下煤矿安全生产提供了极大的安全保障，将为我国煤矿安全生产监测提供极大的便利，给予煤矿工人更大的安全保障，同时可以在灾难发生时尽可能的减少国家的损失。

参考文献：

[1]马建云，袁斌斌，赵彬，郝尊瑞.基于Zigbee无线传感器网络的煤矿监控系统设计与实现[J].测控技术，2012，31（8）：83-86.

[2]方祖浩，赵小虎，王海波，等. 面向煤矿工作面的定位无线传感器网络传输性能优化[J]. 工矿自动化，2020，46（3）：43-48.

[3]王龙. 关于煤矿瓦斯无线传感器质量监测系统的研究[J]. 中国石油和化工标准与质量，2020，40（23）：69-71.

作者：张炜