發布時間：2022-04-07 09:43:00
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇煤礦監測系統論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
[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，以保證工程按照最優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，將事故突發率降至最低，保證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，保證個人任務到位，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“安全第一”意識，保證將綜合自動化安全意識滲透到工作的每一個層面，全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準確性，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，保證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帶寬的最佳選擇，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全面的安全防范，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，第一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，從而保證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，并且數據處理敏捷準確，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。最后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。
[摘 要] 應用物聯網技術對平頂山煤礦產區白龜山水庫水環境指標進行遠程自動、實時監測，搭建相應的云計算平臺，實現海量監測數據的及時有效處理及數據共享，為實現白龜山水庫水資源可持續利用和用水安全提供保障。
[關鍵詞] 物聯網； 云計算平臺； 水環境； 監測； 白龜山水庫
水環境監測是水資源管理和安全供水的重要前提。目前，我國各主要湖泊水庫的水環境監測尚未實現無人值守和動態監測，多采取監測人員留駐湖泊水庫現場以人工方式采集水質數據，采集點和采樣頻次受到限制，獲取的信息量較小，且耗費大量人力物力，另外很多水質指標還需要帶回實驗室進行測定，導致數據信息無法及時進行時空對比分析。即使部分湖泊水庫采用較為先進的監測技術，但由于獲得的時空數據量龐大，處理過程復雜度高，籌建所需的大量高性能計算服務器資金消耗巨大，很難實現水環境監測數據的及時、有效處理及合理快捷共享[1-3]。
自2009年以來，“物聯網”概念頻頻出現在人們的視野中。物聯網是指把所有物品通過射頻識別、傳感器等信息采集和識別設備與通信網絡（如Internet、GPRS、3G網絡等）連接起來，實現智能化管理和應用。日本、韓國、美國、歐洲一些國家基于物聯網把新一代IT技術有效運用在生產生活中，通過物聯網實現人類社會與物質世界的整合，從而提高了資源利用率和生產力水平[4-9]。物聯網技術的發展也為水環境的監測提供了一個全新的方法和有效途徑，但同時物物相連的必然產生大量的數據信息，若將這些信息有機的聯合起來，就需要建立一個性能穩定的云計算平臺，以解決物聯網海量水環境監測信息的存儲和處理問題。因此，將物聯網技術和云計算平臺結合，構建水環境監測物聯網，搭建相應的云計算平臺，實現水環境信息的實時動態監測和監測數據的及時有效處理及數據共享，為實現水資源可持續利用和確保用水安全提供重要依據[10-14]。
1 系統工程構建
1.1 系統體系架構
整個系統主要由水質監測傳感子系統、多層次通信網絡子系統、云計算平臺和太陽能供電子系統構成，其體系結構如圖1所示。
水質監測傳感子系統的下位機軟件采用中心對多點通訊方式，波特率為9600，采用心跳包實現保活機制，通訊信令采用ASCII碼信令。上位機軟件與數據中心之間擬通過TCP/IP協議來實現數據傳輸；通過對系統層Socket的封裝，以及從數據鏈路層、網絡層到應用層的集成融合通信方式，來實現用戶編程接口的統一。云計算平臺數據存儲中心基于Oracle數據庫來構建，事務處理采用并發機制和觸發器機制，最后通過作業調度來實現數據的聯機事務處理（On-Line Transaction Processing， OLTP）。利用Oracle DWB來建立數據倉庫，提供分析型環境。所有的分析產品和用戶接口（User interface， UI）均采用B/S架構來實現。系統擬采用目前比較流行的開源框架SSH（Spring、Struts、Hibernate）來搭建。
1.2 各子系統架構
① 數據中心及采集系統
數據中心體系結構如圖2所示，數據流處理包括接收處理數據流和發送數據流。
接受及處理數據流
a） 通過由水質參數傳感器、濾波器、A/D轉化器組成的采集系統，獲得現場實時水質參數數據，并將這些數據按照采樣頻率傳送至數據中心；
b） 數據中心接收到實時數據后，進行邏輯分析，剔除臟數據，將正確的數據存儲到瞬時數據庫；
c） 利用ETL（extract， transform and load）工具，結合企業數據庫的作業/調度以及觸發器等功能，利用瞬時數據庫中的數據生成適合分析、統計的水質分析型數據庫或者數據倉庫；
d） 利用數據倉庫分析產品或者BI（business intelligence）報表引擎，對分析數據庫或者數據倉庫進行數據分析處理，生成用戶需要的各種分析產品。
發送數據流
a） 用戶可通過移動終端設備（比如手機、PDA等）或固定終端的水質數據查看器登錄到數據中心，通過數據中心發送信令給采集系統，設定采集系統的采樣周期等參數信息；
b） 用戶還可以通過數據中心向供電系統發送控制信息，開啟或者關閉供電系統，或者對供電系統進行遠程調控。
② 多層次通信網絡子系統
多層次通信網絡系統架構如圖3所示，采取分層混合網絡體系架構，分為業務層、優秀層、接入層、終端層四個層次。
③ 供電系統
太陽能供電系統由太陽能電池組件、太陽能控制器和蓄電池（組）構成。其中，太陽能電池板是將太陽輻射能轉換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作，是該系統的優秀組件。
太陽能控制器控制整個系統的工作狀態，并起到對蓄電池過充電保護和過放電保護的作用。蓄電池作用是在有光照時將太陽能電池板所發出的電能儲存起來，當遇到陰雨天氣的時候或者光照不夠充足的條件下，特別是采集系統發生異常時，需要大功率高負荷的實時手動采集時，通過蓄電池來釋放能量。
1.3 相關算法
① 數據ETL算法
傳感器水質參數數據通過以下五個流程過程，實現提取、轉化和裝載，最終建立WSDW數據倉庫，算法實現流程圖如圖4所示。
② 分類預測算法
基于LSM模型的聚類算法，是一種無教師自動分類算法，針對待聚類的目標數據，隨機選取任意一個數據作為標兵數據，其他數據作為候選數據進行聚類。該算法具有敏感度低，數據選取次序無關等良好特性，非常適合傳感器數據的分析處理，本工程采用基于LSM模型的聚類算法進行水質業務數據分析。
2 系統在白龜山水庫應用
白龜山水庫位于淮河流域沙河干流上， 大壩位于河南省平頂山市西南郊，東經112°50′至113°15′及北緯33°40′至33°50′之間。東西長15. 5 km，南北寬4. 2 km，占地近70 km2。水庫控制流域面積2 740 km2，水庫多年平均降雨量900 mm， 多年平均徑流量4. 23 億m3，總庫容達9. 22 億m3，是一座以防洪為主，兼顧農業灌溉、工業和城市供水的大型綜合水庫[10]。同時白龜山水庫也是南水北調飲水工程的重要調節庫。
以白龜山水庫作為實驗站點，建立基于物聯網（無線傳感網絡）技術的水環境自動監測與分析系統，解決白龜山水庫當前人工水質參數采集存在的諸多問題，構建白龜山水庫水環境監測云計算中心，實現水資源持續有效利用和確保用水安全。
2.1 云計算平臺的數據采集
① 水環境系統主控因子數據采集
湖泊水庫水環境監測指標包括諸多主控因子。白龜山水庫主要選取水溫、PH、濁度、ORP、溶解氧、總磷、總氮等主控因子。各主控因子數據采集通過搭建無線傳感器自動數據采集子系統來完成。
自動數據采集子系統包括6個無線傳感器自動采集站。利用各類在線水質傳感器，在白龜山水庫入水口、1號監測點、2號區監測點以及白龜山水庫出水口等地設立6個實驗示范性無線傳感器自動監測站。自動數據采集系統按照業務需要來設定數據采集頻率，對監測點水質進行無人值守實時采集。利用數據采集器進行濾波、A/D轉化，最終為無線傳輸系統提供可靠的原始信號數據。
數據采集子系統獲得的信號數據為4-20mA的電流信號，將通過無線網絡傳送至數據中心，然后轉化為實際的水質參數數據，不同參數轉化算法不同。轉化后的水質參數數據，為準確地掌握水質狀況和動態變化趨勢提供基礎數據，將持久存儲在數據中心。
② 視頻數據采集
為現場設備、水域環境及生物活動提供視頻采集功能，并通過無線方式按照定頻和手動采集方式發回數據中心。依此實現對各個采樣點非法入侵、設備破壞、特種保護動物活動提供實時監控。
2.2 云計算平臺的數據傳輸
數據傳輸子系統用于將獲得的實時信號數據傳送至數據中心以便對此數據進行轉化、分析、處理和存儲。數據傳輸子系統包括傳輸控制節點、通信網絡及數據中心。
傳輸控制節點負責接收數據采集器獲得原數據，并通過RS485網絡，將獲得的實時水質參數信號數據傳送到GPRS無線混合通訊系統，經由GPRS以及3G無線網絡傳送到有固定IP地址的數據中心。通訊傳輸采用“中心對多點”的TCP模式，實現數據的可靠透明傳輸。各傳輸控制節點間也可相互通信，與有固定IP的數據中心超級節點之間形成多層重疊混合網絡，從而實現數據中心對整個無線傳感器網絡的管理。各用戶終端設備通過該子系統完成登入、退出及異常處理，建立穩定網絡，為傳輸信號數據和控制信令建立雙向數據傳輸通道和通訊鏈路。
2.3 云計算平臺的數據處理中心
數據中心是整個云計算平臺服務體系的優秀，其主要功能是對數據的計算和存儲。通過數據中心，一方面，實現水質數字信號信息的接受、分析處理、預警及存儲，另一方面，還可以通過遠程無線控制進行隨機監控和采樣周期設定及視頻監控等工作。
2.4 云計算平臺的實時監控預警
實時監控預警子系統提供監控和預警兩項功能。監控模塊主要完成兩個方面的工作：一方面，提供實時數據的查看，在線分析和報表下載功能；另一方面，對無線視頻采集系統獲得的現場圖像進行分析、比對，對異常現場狀況采取措施；預警模塊也主要完成兩方面工作：一方面，當數據中心發現異常數字信號后，傳送異常類別給實時監控預警子系統，該系統完成對實時數字信號的預警處理任務；另一方，為授權用戶和決策人員提供自動預警處理結果。
2.5 野外太陽能供電系統
由于無法通過交流電對白龜山水庫水質監測系統供電，因此必須選擇適合當地環境的可靠的供電方案來解決此問題。根據白龜山水庫的氣候特點，本著綠色、節能、環保和低碳的原則，采用太陽能供電系統作為供電方案。
3 結語
應用物聯網技術構建的監測系統實現了白龜山水庫水環境指標的實時動態監測，云計算平臺對監測信息進行及時快捷有效地處理并能實現信息共享，為加強水資源管理和提高用水安全提供了有力保障。
[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、高可靠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全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可靠性高等要求， 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射頻芯片為優秀，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準確性。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。
摘要：針對礦用膠帶鋼絲繩芯的漏磁在線檢測及X光成像技術的應用與研究，將檢測、成像及診斷系統的結合一體，完成對膠帶內鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測及精確定位。對重點隱患部位進行重點檢查，及時發現隱患，實現對鋼絲繩芯膠帶的在線監測，保證設備安全運轉。
關鍵詞：在線漏磁成像監測
一、前言
強力膠帶機由于運輸能力大，運輸距離長，所以廣泛應用于我國礦山等行業。但是由于強力膠帶機運距長、負荷大、設備老化等問題，造成皮帶接頭易損、帶身鋼絲繩斷裂，設備安全運轉存在重大隱患。如果發生事故，不但會造成重大的財產損失，而且造成更為嚴重的人員傷亡事故。
彭莊煤礦礦現有鋼絲繩膠帶機2部，在設備運行中發現膠帶接頭的完好情況是整個膠帶機安全運行的基礎，現在皮帶硫化接頭的檢查只憑肉眼觀測，對接頭的硫化僅憑經驗，雖然在管理中要求司機在班中嚴格按規定巡檢，但難免監測不到位，因此極不科學，很容易出現斷帶事故。
目前國內有鋼絲繩芯探傷儀，存在著只能以“心電圖”形式的記錄，不能自動判斷，需專業人員才能看懂，不便快速有效的發現膠帶在運行中存在的隱患。通過鋼絲繩芯皮帶電磁在線檢測及X光成像技術的應用研究，將檢測、成像及診斷結合起來，對重點隱患部位進行重點檢查檢修，及時排除隱患，保證設備安全運轉，為礦井的安全生產打下基礎。
二、綜合在線監測裝置的工作原理及組成
1、工作原理：
首先，通過永久磁場對膠帶鋼絲繩芯進行充磁，當系統工作時，通過對膠帶內鋼絲繩芯磁通量的變化情況實現對膠帶內鋼絲繩芯的銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況實行高速、在線、電磁檢測。當某處損傷超標或接頭抽動超標時再啟動 X射線部分進行低速在線或定點透視，從而使用戶能更清楚、直觀地看到損傷點或接頭的透視圖像，以便采取進一步的合理修復手段，防范隱患擴大或事故發生。
2、系統的組成：
電磁傳感器：完成對輸送帶內鋼絲繩芯的加磁及漏磁信號的拾取與檢測；
X 光機系統：X光發射、接收裝置、皮帶定位裝置，完成機架內皮帶定位及其透視圖像的實時采集；
下位計算機：完成對磁信號及視頻圖像的接收、預處理、打包、發送以及電源的提供；
上位計算機：完成對信號的接收、校驗、后處理、存儲與實時顯示和報表打印。
3、系統的功能：
⑴完成輸送帶內鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測及精確定位； ⑵完成輸送帶內鋼繩芯損傷點或接頭的 X 射線低速在線或定點透視；⑶檢測數據及掃描圖像可通過日期、接頭號、位置等選項進行查詢、觀看和比對、分析；⑷系統最終出具檢測數據、曲線圖、文字報告，并具超限報警功能；⑸實現各檢測值的長時間存儲及報表打印；⑹系統可通過光纖遠距離傳輸并可進入用戶局域網實現數據共享；⑺對輸送帶進行輔助定位,并進行聲音提示。
4、系統的特點：
⑴磁傳感器形式：數字式、密集型、單箱式傳感器；⑵磁傳感器維護：無傳感器調節窗口、溫度自適應、徹底免維護、免調試；⑶系統模塊化的多層單片機結構，使系統運行更快、更穩定、更容易實現更新換代；⑷面對用戶的人性化、模塊化、傻瓜型的軟件設計，使用戶無需懂太多計算機知識的人也可以輕松使用該系統；⑸系統可進入用戶的局域網，實現數據共享；⑹可大大降低工人的勞動強度，改善其勞動工作條件，縮短檢測時間；⑺人可以遠距離進行X光透視,免輻射。
三、設備的安裝與調試
1、磁傳感器的安裝：
傳感器安裝位置遵循以下原則：輸送帶抖動最小、要盡量遠離強磁場、不易受砸、安裝維護方便、信號傳輸距離盡量短等。
傳感器應放在上皮帶與底皮帶之間， 首先將L 型固定板固定在輸送帶大梁上，套上U型螺絲，用螺母擰緊；再用直桿螺絲將傳感器箱吊掛在 L 板上。傳感器箱下表面距離底皮帶上表面的高度調節為60mm+5mm，最后用螺母擰緊即可。
安裝注意事項：
⑴傳感器箱應安裝在皮帶抖動小的地方（最好安裝在機頭附近，靠近托輥的位置，但為了避免測試誤差，請不要裝在托輥正上方）；⑵用螺母固定傳感器箱時，應加裝彈墊,切記擰緊，防止長期震動導致螺母松動。
2、X光系統各部分的安裝(僅限綜合系統)：
現場安裝期間，發現該裝置的固定裝置，不牢靠及X光機安裝位置在上下膠帶之間，要求上膠帶膠帶下平面與膠帶機縱梁上平面之間有不低于300的間距，我們對機架的固定方式及托輥架進行了改造。
原有X光機架為落地式，它要求安裝地點的底板必須與膠帶平行方可安裝，由于井下地理條件的不同及底板的起伏不平，造成機架安裝后，X光機縱向移動架與膠帶機縱梁交叉，影響機架前后移動距離。我們在與廠家技術人員研究后，提出將機架改造為吊掛式使用，具體方法如下：
⑴在機架前后兩端，加工四根等距吊架，將X光機機架整體吊掛在膠帶機縱梁上；⑵再在機架前后兩端，加工四根拉桿，將機架與膠帶機前后H架固定在一起；⑶原有膠帶機上托架為插板式，托輥上沿只比縱梁高出60，我們在不停產的前提下將托輥架改造為固定式，且逐漸提高托輥安裝高度，使膠帶在通過監測裝置處形成橋型段，既滿足了監測裝置的安裝要求，又保證了礦井生產的正常進行。
四、使用的注意事項
1、硬件設備：
⑴傳感器箱在運輸安裝時，應避免強烈的震動或碰撞；⑵操作該系統時，操作者必須經過計算機操作培訓,并嚴格按照該使用說明書進行操作；⑶應定期檢查傳感器箱固定螺絲是否松動；⑷每次使用本產品時，應先進行設備自檢，如果發現有設備損壞應及時修理或與廠家聯系⑸X光機啟動時,請勿在機架附近長時逗留。
2、軟件使用：
禁止拷貝與該系統無關軟件到本計算機，防止病毒侵入影響，使用 U盤或移動硬盤時先進行殺毒再使用。
禁止刪除系統軟件中的任何文件，防止軟件無法正常運行。
五、常見問題及解答
1、實時監測過程中或處理數據過程中，計算機經常出現死機，不能正常運行：
⑴檢查計算機所在室溫是否高于35℃或低于 0℃，若是應降低或升高室溫；⑵若室溫條件滿足，故障仍未排除，請檢查計算機是否有病毒并用正版殺毒軟件進行查殺病毒。
2、報表及圖形數據打印，顏色太淺，無法看清。 更換色帶、墨盒、硒鼓。
3、計算機自檢時顯示下位機連接不上：
⑴下位機電源是否已經打開；⑵USB 轉光纖模塊是否按操作規程（先啟動工控機,待啟動完畢,再按住 USB 轉光纖模塊按鈕 3 秒）,如果不是,請按規定操作,便可正常連接下位機；⑶光纖是否折斷(用激光筆從一側照光纖,另一側可見到光,即為完好)，若折斷則需更換；⑷下位機通訊板損壞，需更換；⑸USB轉光纖模塊損壞,需更換。
六、結語
通過對彭莊礦井下主上倉皮帶安裝KJ581型鋼絲繩芯膠帶在線監測系統之后，通過該系統的投入使用，完成對膠帶內鋼絲繩芯銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況的高速、在線、電磁檢測及精確定位。提高了膠帶使用的安全性和可靠性，并針對膠帶的重點隱患部位進行重點檢查，及時發現隱患，實現對鋼絲繩芯膠帶的在線監測，保證設備安全運轉，為礦井的安全生產奠定了基礎。
【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，將其危害降到最低。瓦斯作為煤礦安全第一殺手，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，其靈敏度和可靠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，并非最佳選擇。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，在準確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，可靠性、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可靠的紅外瓦斯傳感器監測技術，在國際上也達到了領先水準。
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優秀，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可靠，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，溫度補償精確，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、精確度不高等，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精確處理和分析，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可靠保障。
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0-100%或者0-100%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全面運行，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。
【摘 要】近年來，國內煤礦重大安全事故不斷發生，尤其是中小煤礦情況更為突出，給國冢、人民造成了重大損失。以下介紹一種適用于中小型煤礦安全生產與監測設備的設計方案，希望能對各礦的安全生產發揮作用。
【關鍵詞】煤礦機電；安全；監查
1.硬件結構設計
該煤礦安檢設備的基本功能有：煤礦各工作面瓦斯濃度的實時采集記錄并顯示；瓦斯濃度超標報警；井下風速采集記錄；負壓（壓力力）記錄；一氧化碳濃度采集記錄；溫度采集記錄；水泵電機工作狀態；風機工作狀態；絞車工作狀態；電源過壓報警；失流報警；缺相報警；班次產量記錄；開關量采集及設備控制；載波數據傳輸；GSM/GPRS無線通信；參數設置；數據存儲；電源自動切換管理以及系統自檢等功能。設備分為井下數據采集終端和地面數據集中器兩部分。
2.采集終端設計
數據采集終端是用來采集、監測、控制井下設備狀態并將數據記錄上傳給集中器的裝置，可同時采集16路的開關量和16路模擬量，并經A/D轉換形成數字量，安裝在井下防爆箱內。它為各類傳感器提供工作電源，并以RS485總線方式通信；與集中器間以載波通信方式進行數據交換。集中器間采用載波通信方式，集中器可定時或隨時召喚井下各設備參數并存儲。
瓦斯傳感器安裝在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同點的瓦斯濃度。量程為0-4%CH4，供電方式采取采集器統一直流l5V供電，保障其安全性。當井下瓦斯濃度超標時，采集終端發出報警，報警燈不停閃爍的同時又通過語音報警以提示人員進行緊急撤離。同時監控室里的集中器也發出報警，提醒地勤人員采取緊急措施。另外，在報警同時打開風門及風機進行抽風，以降低瓦斯濃度。同樣，當井下一氧化碳濃度超標也會發出報警。需注意的是，由于氣敏傳感器都有一定的使用壽命，因此最好一年更換一次傳感器，以保障測量的準確性。
巷道風量的測量采用礦用智能風量傳感器，期，其測量范圍為風速0.3-15m/s；坑道斷面積小于30m2；允許誤差小于+0.3m/s；重復性誤差讀數值+1%；輸出信號為200-1000Hz/5-15Hz或4-20mA/1-5mA；工作電壓為Dcl5v；工作電流小于60mA；換能器工作頻率為l40-150kHz。經A/D轉換（或v/F轉換）后，可測得其通風量的大小，以了解井下空氣質量等。
由于井下到處都是易燃的煤，因此，當溫度過高時極易發生自燃的情況；由于井下燃燒為不完全燃燒，因此會產生大量的一氧化碳。上述情況會導致井下人員的一氧化碳中毒，當遇到明火時還會產生爆炸。因此井下溫度的測量很重要，尤其對于那些井下較干燥的礦井顯得更加必要。根據現場情況可安裝多個溫度測量點以監控井下溫度的變化。
井下巷道均由鋼架或木架支撐，為防止冒頂、坍塌等危險情況造成人員重大傷亡和財產損失，井下需要實時巡檢巷道壓力情況，并及時整修。因此，在承重架下安裝壓力傳感器實現壓力應變的實時監測，可及時檢測到出現的險情，從而能夠避免重大事故的發生。
井下設備大多為防爆型沒備，因此價格較一般同類型非防爆設備高許多。當出現過壓、失流、缺相或三相不平衡等情況時，常會燒壞電機造成停產，從而造成重大的損失。為盡量杜絕或減少出現此類狀況后造成損失。在電機進線上安裝精密的電壓、電流互感器，實時監測電壓電流的變化。當出現非正常變化時及時報警，超出預定值時自動斷開電源以保障沒備的安全。
井下設備的工作狀態是否正常對安全生產：非常重要，因此對風機、水泵、絞車等重大沒備工作狀態的監測是采集終端的另一重要功能。實時監測這些設備的二次觸點等開關量，然后經光電隔離、整形、限流電路接到單片機端門，單片機可根據這些開關狀態來判定設備的工作狀態。另外，主控室還可通過集中器向采集終端下發某設備工作狀態命令。
3.數據集中器設計
數據集中器是放置在主控室用來匯集、監測井下設備運行狀況、對異常情況進行報警及顯示，并能上傳的設備。同時，它還具有對地面絞車運行狀況實時監控、計量提升煤罐次數并計算生產量的功能。數據集中器可同時管理多個井礦下的采集終端設備，采用大容量掉電非遺失數據存儲器NVRAM，對井下各測量點數據可進行定間隔（1-60mim可設）存儲一個月的數據；可根據礦上生產情況設定班次及上下班交接時間，同時采集、計算并保存當前班、上一班、上上一班的生產量作為工人工作量核算的依據。采集方法是：在罐籠提升絞車電機進線上安裝電壓、電流互感器，利用絞車檔位控制開關的空觸點進行上下、檔位的辨別，根據罐籠提升重量的變化導致電機輸出功率的變化來判別出是空罐、上下人員還是煤罐。需注意的一點是：由于廠礦電壓晝夜變化都較大，因此根據公式P=U×I可看出當電壓變化時電流也隨著變化.電流互感器感應電流也會隨著變化，另外還會出現提升過程中罐籠撞綁導致感應電流瞬時過大的情況，也會有為防止罐籠過度搖擺出現危險而在提升過程中暫停（也叫穩繩）的情況。所以，在實際應用中對提升過程采集的信號經A/D轉換后，還需要進行求平均值以及設置穩繩時間、空罐重量參數、正常罐重參數、超重報警參數等參數的沒置。根據提升有效罐次乘以標準罐煤重量計算出當前班次的產量，到換班時間沒備自動進行換班存儲，將當前班次產量轉存為上一班次，上一班次轉存為上上班次，依次循環。對于小型煤礦，這樣的產量統計方式可以避免因錯計、漏計、少計的人為因素而導致矛盾的發生。
為便于進行參數的設置，集中器還具有人機接口。液晶顯示采用清華蓬遠公司內藏T6963C控制器的液晶模塊，分辨率為128×64點陣，能顯示漢字和圖形，可當地通過鍵盤進行參數設置、遠動控制操作等。實時刷新顯示井下各采樣點的數據及各設備開關狀態，當井下瓦斯濃度、溫度、負壓、一氧化碳濃度等超標時，集中器面板上各對應報警LED進行閃爍報警、并顯示出報警點所在位置，同時伴有語音報警。
集中器與采集終端之間通過低壓電力線進行載波通信，可實時召喚、存儲各采集終端下屬設備當前狀態字及數據.并講行顯示。用戶可通過RS232串口、紅外或RS485接口實現本地計算機與集中器的數據交換，也可通過計算機經集中器對各設備進行開、停控制。本方案中還增加了GSM/GPRS通信方式，當設備出現重大報警時，集中器自動將報警內容通過短消息的形式發給預定義好的手機，或者通過GPRS式將各數據記錄及報警記錄上傳到主管部門的計算機。這樣做可以實現無人值守的要求。
4.軟件設計
本方案所涉及到的軟件設計包括三部分：運行于數據采集終端中的數據采集、報警、控制及通信程序；運行于數據集中器中的數據采集、通信、報警及人機接口程序；運行于PC機上的后臺監控、數據庫等程序。
數據采集終端中的程序采用C51語言編寫，數據集中器中的程序也采用C51語言編寫，PC機上的后臺監控程序即圖形界面用戶應用程序，是通過Vistlal C++開發環境編寫的，采用串行口中斷的異步通信方式實現與無線MODEM通信；后臺數據庫程序采用Microsoft SQL Server2000編寫。
5.結論
隨著我國經濟的飛速發展，對能源的需求越來越大，在加大生產量的同時決不能忽視安全生產、嚴格管理的重要性。相對較落后的安檢設備已不再適應新形式的需要，也滿足不了現代化的管理要求。本設計方案采用上述思路和結構，既避免了布線、維修帶來的不便，又提高了管理的現代化水平，滿足了用戶對井下生產狀況的實時監控和對險情及時發現和排除的要求，能有效杜絕多數礦難事故的發生，為中小型煤礦提供了一種新穎的監測方法和手段。
【摘 要】煤礦安全監控是煤礦生產中保證安全生產的重要手段。文章首先對我國煤礦安全監控技術的發展進行了回顧，對CAN 總線技術及其應用狀況進行了概述。然后設計了一種基于CAN 總線技術的煤礦安全監控系統，并對其進行了測試。測試連續進行了10天，共計240 h，傳輸數據5.6×108個，誤碼率為0。
【關鍵詞】CAN 總線技術；煤礦安全；監測系統
1 我國煤礦安全監控系統的發展現狀
煤礦安全監控技術是隨著煤炭工業和現代計算機和自動化技術的發展而發展起來的一門技術。煤礦安全監控技術為煤礦的安全生產提供了良好的技術保障。我國一直是全球最大的煤炭生產國，對煤礦安全監控也十分重視。從上世紀八十年代開始，我國開始從國外，如德國、美國、波蘭等，引進安全監控系統。之后我國逐漸在消化國外技術的同時，結合我國煤礦的實際情況，自行研制了一批監控設備，代表性的國產監控系統有KJF2000、KJ66、WEBGIS，等等。這些設備為我國煤礦安全生產做出了重要貢獻。隨著安全監控技術的進一步發展，監控數據的傳輸逐漸成為各國競相研究的重點領域。目前，我國在數據傳輸領域還處于比較落后的地位，主要存在的問題有以下幾點：①傳輸速率慢；②非標準化；③高速傳輸時的傳輸距離短；④無中繼連接的節點數少；⑤傳輸系統結構靈活性差。
2 CAN 總線技術概述及其在煤礦安全監控中的應用
CAN的全名是ControllerAreaNetwork，屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的本行通信網絡。CAN總線技術最早是在1986年由德國電氣商博世公司開發的，當時主要用于汽車領域。此后不久，CAN的高性能和高可靠性獲得了全世界的認同，并迅速在工業設備、工業自動化等眾多領域得到了應用。到了上世紀九十年代末期，人們試著將其應用于煤礦安全監控中，結果迅速取得了成功，大大改善了煤礦安全狀況。CAN具有下列主要特性：①多主站依據優先權進行總線訪問；②無破壞性的基于優先權的仲裁；③借助接收濾波的多地址幀傳送；④遠程數據請求；⑤配置靈活性；⑥全系統數據相容性；⑦錯誤檢測和出錯信令；⑧發送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發送；⑨暫時錯誤和永久性故障節點的判別以及故障節點的自動脫離。
CAN中的總線數值為兩種互補邏輯數值：“顯性”數值表示邏輯“0”，隱性表示邏輯“1”。在總線空閑或“隱性”位期間，發送“隱性”狀態，“顯性”狀態以大于最小閾值的差分電壓表示。在“隱性”狀態下，VCAN―H和VCAN-L被固定于平均電壓電平，V近似為0。在“顯性”份期間，“顯性”狀態改寫“隱性”狀態并發送。如圖l所示。
圖1 總線位的數值表示
基于CAN總線的煤礦井下安全監測系統由井上通信系統和井下通信系統（監測網絡）組成。CAN總線包含2層通信網絡：（1）數據接口和井下監測分站之間的通信；（2）井下監測分站與各種安全監測傳感器之間的通信。
3 監測系統硬件設計
3.1 微處理器系統
根據煤礦井下環境的要求，這里選用了ATMEL公司的8位高性能嵌入式微處理器ATmega64作為通信管理機的CPU。首先，ATmega64的執行速度快，采用了單循環周期指令，而且性能穩定，完全可以滿足通信管理機的要求；CAN總線上數據收發采用中斷的方式，提高了通信管理機的實時性；ATmega64提供了2個串口，一個串口通過Max232提供RS-232串行通訊口，另一個串口備用，實現雙機備份功能。
3.2 CAN總線模塊接口
CAN總線模塊的CPU通過CAN控制器SJA1000及CAN收發器MCP2551連接到CAN總線上，單片機的I/O口連接SJA1000的AD0～AD7以及ALE、CS、RST、RD和WR等引腳，進行數據傳輸和總線控制。SJA1000的TX0、RX0分別接CAN收發器MCP2551的TXD和RXD引腳，進行數據的收發。MCP2551是CAN協議控制器和物理總線的接口，提供了對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。
4 監測系統軟件設計
煤礦井下監測是一項非常復雜的工作，檢測系統需要監測的內容很多，有生產設備的運行狀態，有井下溫度、風速、風量、氣壓以及粉塵濃度的監測，還有氣體成分中甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧氣濃度的監測。對于如此復雜的監測系統，一旦通信出現故障，后果將非常嚴重，根據以上分析，主通信選擇CAN總線，所以，下面主要介紹一下CAN總線的工作流程，如圖2所示。
圖2 CAN總線工作流程示意圖
5 CAN總線性能測試
測試采用BER誤碼率測試軟件，上位機軟件通過RS-232串口定時1s向數據接口發送80個隨機數據，并將發送的數據顯示在窗口，同時顯示發送的數據個數。數據接口接收到數據后按CAN協議進行數據打包，然后發送給監測分站。在數據接口與監測分站之間連接一段長度為12 km的仿真線，監測分站將收到的數據原樣傳送給傳感器。而后，傳感器再將收到的數據返回給監測分站，分站將數據返回給數據接口，數據接口將收到的數據解包，通過RS-232送回上位機。上位機將收到的數據與發送的數據逐個比較，若80個數據完全吻合，則將顯示收到的數據以及正確數據個數，并根據發送與收到正確數計算誤碼率。該軟件可同時記錄測試的時間。以上測試連續進行10天，共計240 h，傳輸數據5.6×108個，誤碼率為0。由此，CAN總線性能可靠、穩定，是一種理想的通信總線。
摘 要：針對煤礦提升機提升系統的運行現狀，本文提出并設計了一種礦井提升機振動在線監測系統，該系統可實現礦井提升機的在線狀態監測、診斷和報警。同時將有限元模態計算和模態分析結合，利用ANSYS對提升機振動進行模態分析，分析結果與提升機在實際情況下的振動相符，為后期工作提供理論指導。
關鍵詞：多繩摩擦提升機 振動測試 有限元 模態分析 ANSYS
地下采礦等行業使用較多的是一種關鍵運輸機是多多繩摩擦式提升機，此類機器也是提升機未來的發展方向，它對于礦山生產中井下生產和地表運輸紐帶之間的溝通的作用影響重大。提升機的主要承載裝置是電機主軸，其是否是正常運行狀態對生產的效率和安全有直接的影響，整個系統的安全與之息息相關。根據振動理論對主電機軸承和天輪軸承的監測和分析，以達到解決提升機實際運行的振動問題對現實有著重大意義。
1 系統硬件組成
（圖1）就是多繩摩擦提升機，它是一種大型低速、重負荷旋轉機械。驅動電機、聯軸器、減速器、卷筒和軸承等構成了煤礦立井提升系統。振動測試有兩個特殊點：（1）整棟具有規則的周期性。（2）轉動部件是大型設備的主要振動測試對象。有三個方向是震動測試的主要測試方向，也就是水平、垂直和軸向方向，因為不同的方向不同的故障會有不同的現象，比方說水平方向不平衡，垂直方向松動，而軸向反映強烈的是不對稱。通常情況下會將徑向得像個測點安裝在垂直方向，而水平方向最佳高度就是軸中心的高度
本監測系統采用XZD-YB一體化振動變送器，它將振動速度傳感器、精密測量電路集成在一起，實現了傳統的“傳感器十變送器”模式的振動測量系統的功能，實現了經濟型高精度振動測量系統，該變送器可直接連接DCS、PLC或其它系統，是電機等設備振動測量的理想選擇。采用西門子S7-300系列PLC接收振動變送器的模擬量信號，完成數據的預處理，報警等功能。再通過PLC的以太網通訊模塊傳輸數據到地面監控中心的PC機上，實現在線顯示、報警、故障診斷分析等。系統網絡化拓撲圖如圖2所示。
2 系統軟件功能
該上位機系統是基于中文Windows XP平臺，采用WinCC V6.0組態軟件開發而成（圖2）。
（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）報警功能。
根據實際情況設定不同地點的預警值、報警級別及地理位置名稱。系統可以完成診斷結果的統計報表，供設備管理使用，包括日、周、月、年的檢測結果統計報表和報警診斷結果報表。
（3）上傳功能。
實時振動數據網絡上傳，輕松實現無人值守。按照系統設定的參數（通道參數、保存監測數據間隔等）循環在線監測：實時數據采集數據預處理（有效值、最大值、平均值等統計）報警狀態判別（如果有任何測點需要報警）實時顯示數據、棒圖、趨勢圖、時間波形等定時將檢測數據存入數據庫實時數據采集。
（4）圖形表格。
用戶可定制各種表格：實時數據表、歷史數據、統計報表、報警一覽表、實時數據曲線和歷史數據趨勢曲線等。
（5）查詢功能。
可以在系統圖上直接查詢設備信息、運行情況、統計信息等。同時可以實現數據報表和數據庫的連接，可以保存歷史數據以備后續的分析。
3 系統應用案例分析
本系統現已應用于淮南顧橋礦主副井多繩摩擦提升系統。立井提升機整體是一個質量和剛度分布十分不均勻的，由若干個零部件組成的大型復雜的機器系統，在計算分析振動時，首先要做出較為合理的力學模型，使其既有利于理論分析計算，又能夠滿足工程上的精度要求。在把提升機整體的實際結構抽象為力學模型的過程中，認為井塔提升機大廳地基為剛性支承，略去各軸承座的彈性，把提升機系統離散成為多質點。本文采用有限元方法和ANS
YS有限元分析軟件分析振動參數。
（1）有限元法。
一般連續問題近似求解的數值方法就是有限元。在結構的應力分析中最早使用，之后在熱傳導、電磁場、流體力學等連續問題中很快應用。有限元方法密切結合了工程應用，是為產品設計直接服務的。隨著有限元理論的不斷發展和完善，涌現了大量大小不一、專用的、通用的有限元結果分析程序。所以工程結構中的一般問題現在直接可以使用通用程序求解，不用再另編計算程序，節省了大量精力和時間。
（2）有限元三維實體動力分析步驟。
三維實體有限元動力分析的一般步驟可以表述如下。
①連續區域的離散化。
在動力分析中，因為引入了時間坐標，處理的是四維問題。在有限元分析中一般采用部分離散的方法，即只對空間域進行離散。
②構造插值函數。
由于只對空間域進行離散，所以單元內位移的插值表示是
③簡化求解方程。
利用Galerkin提出的平衡方程與力的邊界條件的等效積分形式，同時將位移空間離散后的表達式和初始條件
代入，最終得到系統的求解方程常微分方程組。原則上可利用求解常微分方程組的常用方法（例如Runge-Kutta方法）求解，但是在有限元動力分析中，因為矩陣階數很高，用這些常用算法一般是不經濟的。本文主要用直接積分法和振型疊加法。
（3）有限元分析軟件ANSYS。
本文對提升機轉軸組件系統的模態分析使用的是美國大型ANSYS有限元分析軟件。ANSYS軟件本身融合了結構、熱、液體、電磁、聲學，有限元分析作為基礎的大型通用CAE軟件。ANSYS軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。由于ANSYS產品家族中的模態分析是一個線性分析，任何非線性特性，如塑性和接觸（間隙）單元，即使定義了也將被忽略，因此這里假設系統為線性系統，進行有限元剖分時采用了梁單元、質量單元和彈簧單元，計算了滿載時前15階模態頻率見表1，同時利用MATLAB繪制出了前4階振型圖見圖3。
4 結論
分析計算模態的結果可以看出，如果該頻率和轉軸組件系統的軸向、徑向和扭轉震動的模態頻率，頻率處會比較容易出現峰值，計算模態分析結果會等同于實測信號的分析結果，而模態頻率附近的頻帶范圍經常出現譜峰，也就是轉軸組件系統的動態的實際情況是和建立的有限元計算模型相符的。我們將進一步對模型進行優化改進，為今后煤礦立井提升系統的振動改善做出理論指導。
摘 要：文章從當前我國煤礦發展中主扇風機運行存在的監控不全，存在巨大的通風安全隱患，選取本礦崔莊風井的風機監測改造為實例，以TF-III型崔莊主扇風機在線監測系統安裝調試、運行效果等各方面的改造實施，從而實現老礦井主通風機的現代化，滿足現代化礦井生產的要求。
關鍵詞：礦井通風機；在線監測；風機監測改造
1 概述
當前，我國大多數煤礦井的主通風機并沒有實現在線監測，無法實現對礦井通風實時監測。現以峰峰集團羊東礦崔莊風機監測改造為例簡要說明礦井主風機在線檢查系統的實現。
2 設備現狀
羊東礦崔莊風井
風機形式：長軸軸流風機（上海鼓風機廠） 數量：2臺
風機型號：GAF26.6-16-1.67
負壓范圍：2628～4000 Pa 流量：148～176.2m3/s
風機調風形式：停機調整風葉角度
風機潤滑形式：稀油潤滑 （配套潤滑油站2個）
配套電機：YR5601-6 異步電動機（湘潭電機廠）
額定功率：1000KW 額定電壓：6000V 額定電流：119A
額定轉速：989 r/min 功率因數：0.85
啟動方式：轉子串電抗器
風機在線監測系統：無
3整體改造實施方案
鑒于目前崔莊風井的設備情況，按照煤礦主扇風機運行規程要求及打造數字化礦井的發展需要，均需要增加和完善主扇風機在線監測系統的裝備和投入。需要將監測信息上傳至礦調度中心，鑒于該風井的地理位置跨越村莊、道路、鐵路等設施，不宜采用光纜通訊，采用成熟的點對點無線網絡通訊技術，達到對風機檢測。
4 TF-III型崔莊主扇風機在線監測系統介紹
TF-III型礦井主扇風機在線監測系統是采用最新技術而設計的第三代主扇風機在線監測系統，編程智能數據采集、工業組態監測和控制、計算機數據庫管理、網絡通訊等功能為一體。主要功能如下：
4.1 設備監測優秀采用西門子系列可編程控制器，結合現場傳感器能夠快速、準確實時對風機設備運行狀態監測，包括溫度、壓力、流量、振動、電壓、電流、功率、電量等重要參數，對運行監測參數進行快速分析處理，發現異常情況及時報警提示，并且按照相關預案執行保護停機、防止造成重大安全事故。
4.2 監控上位機采用2臺工業級計算機（工控機），雙機冗余設計，可互為備用和同步顯示，上位機監控軟件平臺采用功能強大、穩定可靠的正版ForceControl工業控制組態軟件設計開發，具有高性能、高速度、高吞吐量、高可靠性、跨網絡系統的開放式數據庫，人機界面友好，操作簡單，查看方便。
4.3 提供各種運行數據的實時趨勢曲線、歷史趨勢曲線，便于用戶進行數據變化分析。
4.4 具有運行報表功能，自動記錄、存儲各參數運行數據，形成班報表、日報表、月報表等，代替人工抄錄，可隨時查閱報表歷史記錄（數據存儲時間為一年）。另外提供數據報表轉存功能，可選擇存儲路徑、報表時間范圍、數據記錄間隔等功能。
4.5 自動記錄設備運行異常的報警信息和內容，包括報警發生、確認、消失的具體時間等，通過歷史報警窗口可進行查閱、瀏覽和打印。
5 系統基本結構和配置
監控系統由上位機（監控計算機）、PLC控制柜（數據采集和報警控制）、現場傳感器及網絡功能接口等組成。
5.1監控上位機
監控上位機采用知名品牌工業級計算機，可同時監測兩臺風機，上位機人機界面采用工業控制組態軟件設計開發，接收的數據進行還原顯示、存貯、形成報表、實時和歷史曲線等，對數據進行分析判斷處理等，并聯網通訊滿足其它監控平臺的數據訪問。
5.2 PLC控制柜
PLC控制柜優秀采用西門子S7-1200系列可編程控制器，可編程控制器包括電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入模塊、數字量輸出模塊、以太網通訊模塊等，結合現場傳感器和其他控制設備分別對風機和附屬設備實現邏輯控制和運行參數實時在線監測、報警輸出和外部通訊等功能。
5.3 現場傳感器
現場傳感器主要包括溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、位置傳感器等。
主要技術參數：
測量范圍： 0 ～ -5Kpa；輸出：4-20mADC 二線制
基本誤差： 0.25%
工作溫度：-20℃-+85℃
長期穩定性：
過載極限：最大額定壓力的1.5倍
5.3.1 風量的測量方法
根據空氣流動的動力學理論，利用兩端面靜壓變化測定法計算風量，具有測定方法簡單、數據穩定、準確的特點，適合進行長期在線風量監測。
5.3.2潤滑油壓、冷卻水壓力的監測
采用壓力變送器采集潤滑油壓、冷卻水壓力，判斷供油壓力的高低和冷卻水進出水壓力高低。
6 振動傳感器
振動傳感器用于測量風機的振幅或振速信號，是監測軸承故障的重要手段之一，一般安裝在風機內軸承座體上（或風機機體上），每臺風機裝有兩組（4只）按垂直、水平方向分布的振動傳感器。振動傳感器有專用配套變送器，將振動信號轉換為4-20mA標準信號送入PLC模擬量采集通道。
振動傳感器及變送器技術參數：
振動傳感器型號：CD-21 C（S）
測量范圍：0～500μm；
靈敏度：200mv/cm/s；
橫向靈敏度比：
工作環境：溫度： -29℃～80℃，相對濕度： 95%不冷凝；
輸出電阻：≤500Ω；
最大承受沖擊：500m/s2
7 電參數的采集
風機運行的電參數采集采用綜合電參數模塊實現，該模塊是一款性能優異，功能齊全的智能型電參數測量與采集模塊，適用于工頻三相三線制或三相四線制電路中的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數等信號的測量，采用RS485總線通訊方式，標準MODBUS-RTU通訊規約。
可在市場上購買EDA9033D電參數模塊，實現電參數采集的功能。
綜合電參數模塊主要技術參數：
輸入信號：三相交流電壓、電流，輸入頻率：45～75Hz
電壓量程： 500V，電流量程： 5A、
通訊輸出：RS-485 ，標準MODBUS-RTU通訊規約。
測量精度：電流、電壓：0.2級；其它電量：0.5級；
供電電源：DC+10～30V；功耗：
工作環境：工作溫度：-20℃～+70℃ 相對濕度：5%～95%不結露
8 系統主要技術參數
?工作輸入電源： AC170～250V，控制器電源： DC24V；
?工作環境：環境溫度-30℃～60℃，相對濕度：-5%～95%不結露。
?壓力信號：測量范圍0～-5kPa，0～1MPa，測量精度±0.5%，
標準4～20mA信號
?溫度信號：測量范圍-20～280℃ 測量精度：±1.0
傳感器分度號：PT100
?振動信號：測量范圍：0～500μm 測量精度：
9監控界面
9.1運行主界面（見圖1）
9.2 查看實時變化曲線、歷史曲線和運行工況性能曲線
選擇歷史數據曲線，雙擊趨勢框，將彈出歷史趨勢設置畫面，選擇需要查詢的開始時間和結束時間和時間軸范圍（橫軸），并且可以調整數據軸（縱軸）的數據范圍，鼠標拖動游標可了解具體某一點的詳細數據。
【摘 要】本文在煤礦井下皮帶運輸的理論研究分析基礎上，設計開發礦井皮帶運輸狀態監測系統，為綜合監控技術的廣泛應用和提高煤礦礦井皮帶運輸狀態監測與事故預警提供理論基礎和應用借鑒。
【關鍵詞】皮帶運輸機；監測；煤礦
0 引言
皮帶運輸機是一種由電機驅動的連續運輸設備，主要用來輸送物料和成品，被廣泛應用于工業生產各領域。在皮帶運輸機連續運行過程中，皮帶運輸機經常會出現打滑、斷帶、劃傷、過載、聯軸器斷開等故障，導致壓礦的嚴重后果。因此對皮帶運輸機運行狀態的監測具有重要意義。煤礦井下皮帶運輸系統走向長，環節多且裝備了多種類型的皮帶運輸機。運行經驗表明，僅靠提高皮帶運輸系統的質量難以滿足安全生產的要求，還須裝備功能完善、質量可靠、技術先進的皮帶運輸自動化系統，以實現對皮帶機群運行狀態檢測、控制與保護、現場視頻監視。
1 煤礦井下皮帶運輸狀態監測系統設計
系統設計工作原理是：皮帶運輸機的斷帶、劃傷、橫撕、打滑、過載、聯軸器斷開等多種皮帶機運行異常狀態會給生產帶來較嚴重的后果，為避免這些現象的出現我們可以檢測皮帶速度、電機轉矩作這兩個特征參量是否異常。皮帶速度、電機轉矩成為皮帶運輸機狀態監測系統比較重要信號被測參量。除此以外，當皮帶運輸機正常運行時，安裝在皮帶機上的傳感器還應檢測皮帶運輸機運行狀態的煙霧、溫度、跑偏、堆煤、縱撕等特征參量，將表示皮帶運輸機運行狀態的非電量轉變成為標準電信號，并將采集到的電信號經過濾波、放大、整形處理后傳給主控單元進行信號分析、處理，并與設定的標準信號的閾值進行分析比較，由主控單元采取相應的控制策略，發出控制命令。例如對異常信號進行停機、預警、報警等。制策略。
礦井皮帶運輸狀態監測系統主要由井下控制分站與井上控制主站構成，整個系統采用全分布式控制結構。控制分站負責采集礦井下的各種狀態特征參量的采集和對設備做出相應的控制。每條皮帶機機頭位置安裝監控分站一臺，監控分站的顯示機構可實時顯示當前皮帶機的運行狀態。各監控分站與各狀態參量傳感器之間采用距陣結構實現聯接，控制分站與監控主站之間采用現場網絡總線結構接入工業以太網，監控主站與監控主機之間通過礦井環形光纖以太網絡聯接。監控主機部分位于地面機電監控中心，工業控制計算機上安裝組態軟件實現對各分站的每條皮帶機的運行狀態的實時監控。系統結構如圖a 所示。
礦井皮帶運輸狀態監測系統監測量有速度、電機轉矩、縱撕傳感器等，其結果如圖b所示。
GSC6-SC型速度傳感器，主要用于檢測皮帶機的運行速度，其基本工作原理為開路式磁阻傳感器。用于檢測作輸送機皮帶的運行速度和低速打滑、超速和斷帶等現象的監測。速度傳感器的摩擦滾輪安裝于皮帶機機頭上皮帶的下側，根據壓縮彈簧的張力使摩擦滾輪與上皮帶緊密接觸。此種安裝方法鑒于由于上皮帶托輥較密，水和灰都不易影響摩擦滾輪，摩擦滾輪轉動較平穩，輸出頻率可靠。
CQG電機轉矩傳感器基于數字式轉矩傳感器原理之上研制而成。這種電機轉矩傳感器采用磁電轉換原理，應用相位差原理和數字顯示的轉矩轉速測量方法，是通過磁電變換輸出具有相位差的二個電壓訊號的傳感器，可直接讀出扭矩和轉速的測量結果。
ZS01-L-Y型縱撕傳感器主要用于檢測各種規格型號的皮帶輸送機皮帶縱向撕裂。當皮帶運輸機出現皮帶縱撕故障時，便會出發攔索，使之產生位移變化量，通過檢測位移變化量的變化來檢測皮帶縱撕信號量。縱撕傳感器安裝于受料段皮帶下緩沖托輥之間，每個受料段設一組，從傳感器內直接輸出預警、報警停機信號。
跑偏開關主要用于檢測實際運行過程中皮帶輸送機的跑偏位移量來實現皮帶輸送機跑偏后自動預警、報警功能；跑偏開關具有兩級動作，一級動作用于預警，二級動作用于停機報警。當皮帶運輸機運行過程中輕微跑偏時，跑偏開關發出預警信號；當皮帶運輸機運行過程中嚴重跑偏時，跑偏開關發出停機報警信號。跑偏開關通常安裝在機頭位置，皮帶運輸機槽角傾斜安裝，開關立輥應當垂直于皮帶面，立輥高度的 1/3 處位于皮帶面，同時保證電纜出線口安裝在皮帶機內側。由于皮帶機在正常運行過程中會產生一定程度的自然跑偏，而此自然跑偏不會影響皮帶機的正常運行，所以在安裝時將立輥距帶邊留有一定的空間。
GQL0.1-Y煙霧傳感器是離子式煙霧傳感器的一種，用于環境中煙霧的檢測，能有效準確的檢測環境中煙霧的濃度信號。
堆煤傳感器主要安裝在皮帶機機頭溜煤眼和皮帶搭接處。當皮帶機頭發生堆煤或滿倉及超過限位的時候，堆煤傳感器動作一定的角度，傳感器輸出點由閉合變成斷開。控制系統監測到后，進行報警和停機，已達到保護皮帶機的目的。
GWM-40-W 型號溫度傳感器是基于熱電偶原理的溫度傳感器，當被測設備或環境溫度升高到一定的時候，溫度傳感器的熱敏原件動作輸出信號。以保證安全。用于電機運行時溫度的檢測，能有效準確的檢測電機運行時溫度信號。
2 結論
運用測試技術和控制理論建立完善的皮帶運輸機的帶速、過載、打滑、劃傷、斷帶、聯軸器斷開、跑偏、煙霧、溫度、等檢測與事故預警；系統能實時的監測皮帶機的運行狀態，能根據現場采集到數據，診斷出系統存在的故障，在達到一級預警預設值時，進行預警，達到二級報警預設值時，進行停機報警；狀態監測與事故預警系統與調度電話系統、工業視頻監控系統聯系在一起，共同對系統的監測發揮各自的作用；系統具有地面遠程控制為綜合監控技術的廣泛應用和提高煤礦礦井皮帶運輸狀態監測與事故預警提供理論基礎和應用借鑒。
摘要：針對無人值班變電站的大力推廣，首先介紹了電力監控系統的總體結構，進而對電力監控系統的原理及連線進行了分析，接下來就實施方案作了詳細的規劃，最后提出了電力監控系統的意義。
關鍵詞：電力監控與自動化平臺的整合 實施方案 無人值守
效益分析
1 概述
近年來，隨著電力系統管理體制的深化改革，變電站的無人值守、綜合管理和安全管理是電網現代化的必由之路。遠程視頻/環境監控系統已逐步成為無人值班變電所新增的十分必要的自動化項目，通過遠程視頻/環境監控系統，安全值班人員、企業領導可以隨時對電站的重點部位進行監控和監視，以便能夠實時、直接地了解和掌握各變電站的安全情況，并及時對發生的情況做出反應。
為實現供電系統和設備的在線參數監測、遠程操作控制、實時事故報警、數據統計分析、運行安全保護、用電計量管理；實現了“四遙操控”，對故障監測預警、保護、定位，上傳故障數據和信息，提供了快速解決手段，也解決了煤礦供電系統越級跳閘、電壓波動跳閘、漏電接地選線、突發大面積和長時間停電等困擾煤礦供電的運行難題，我礦2008年按計劃引進了KJ357礦用電力監控系統。
2 系統總體結構
系統分為四個層次：設備層（即高開綜合保護層）、變電層（即變電所內的當地監控和自動化設備――井下測控分站）、通訊平臺層（即變電所與地面間的公共通訊平臺――光纖以太網平臺）、地面監控層。
設備層主要完成數據采集、計算、保護和控制執行，并通過RS485總線接入變電所的測控分站中。測控分站一方面完成數據轉發，另一方面實現變電所綜合選漏、錄波存儲、時鐘同步和當地監控，并通過光纖以太網，完成與監控主站的通訊。通訊平臺是由分站光端設備構成的光纖以太網或是專門的光纖以太網。監控主站是一套供電系統專業版組態系統，可按照供電系統的規范，對供電系統進行監測、控制、統計和分析。
一個變電所裝設一臺井下監控分站。變電所的高低壓綜合保護用雙絞線接入變電所的測控分站，監控分站直接接入現有環網，以太網與地面監控主站通訊。
系統后臺可以用OPC方式將數據傳輸到礦井綜合自動化平臺，實現數據共享和網絡。
3 實施方案
3.1 系統原理圖（圖1） 井下各6kV變電所的高、低壓開關通過RS485通訊線接入分站，分站通過網線接入千兆環網，監控中心服務器、監控主機通過環網讀取各變電所的高、低壓開關數據，從而實現監測和控制。
3.2 系統連接 電力監控系統設備連接，在井下泵房和變電所各安裝一臺監控通訊分站，各變電所的監控攝像頭通過網線或光纜（根據現場傳輸距離情況決定）連至電力監控分站，由電力監控分站將電力監控數據和視頻監控數據由網線連至環網交換機，通過環網傳至監控服務器和主機。
3.3 電力監控中心站的建立 在調度中心建立電力監控后臺，對地面35kV配電房和東地6kV配電房的開關柜進行數據監測和分、合閘控制，井下16個變電所的高、低壓開關進行遠程監測、遙控、遙信、遙調和遙視。
3.4 地面配電房的接入 需將礦內地面35kV配電房和東地6kV配電房接入要建的電力監控系統實現配電室的監測、監控。
3.5 電力監控分站的建立 在井下共16個變電所中各安裝一臺電力監控分站。電力監控分站與變電所內的高、低壓開關的綜合保護器用RS485通訊方式進行聯網，實現變電所的就地監控、通訊轉發等。電力監控分站就近接入變電所附近的千兆環網交換機，通過已有的工業以太網與地面電力調度中心后臺進行數據交換。
3.6 視頻的建設 在井下變電所安裝帶云臺隔爆攝像機，并接入變電所的測控分站，進行數據編碼和壓縮，并通過以太網，將視頻傳輸到地面電力調度中心，實現井下變電所的視頻監視，實現變電所的圖像監視即遙視，從而可以實現變電所的無人值班。
3.7 與綜合自動化平臺的連接 ①目前我礦已有千兆工業環網，工業以太網共安裝12臺環網交換機，地面4臺工業環網交換機，井下 8臺礦用防爆環網交換機。地面除了在機房安設兩臺優秀交換機外，還分別在35kV變電站和洗煤廠（正在建設中）各安裝一臺交換機。井下分別在8個變電所各安裝一臺防爆環網交換機。地面、井下通過單模光纜構成兩個1000M高速光纖環網并實現冗余（環網系統如圖2所示）。②現有綜合自動化集成軟件平臺主要包括操作系統、數據庫系統、組態平臺及應用平臺。操作系統選用Windows2003簡體中文版，數據庫系統使用SQL2005簡體中文版。組態平臺作為整個系統組態開發平臺，采用HMI/SCADA自動化監控組態軟件iFIX簡體中文版作為組態平臺。
綜合自動化集成軟件平臺利用標準軟件接口采集不同系統的數據信息，進行集中處理、存儲和，以iFIX組態軟件模擬生產過程，將數據以圖形及表格的方式動態表現出來，并通過Web方式在網絡上，使信息資源有機整合到一起，得到最大限度的利用，便于企業領導及時掌握煤礦生產情況并做出合理決策。
綜合自動化集成軟件平臺使用兩臺iFIX管控服務器，一臺運行，另一臺備用；還有兩臺數據庫服務器負責對iFIX管控服務器收集的數據進行存儲備份，一主一備，一臺數據庫服務器運行時如發生故障，另一臺自動投入運行，確保對iFIX管控服務器所收集數據的正常存儲。
電力監測系統通過OPC SERVER與全礦井綜合自動化平臺接口，實現兩者的無縫連接。
3.8 系統效益分析 ①使各變電站真正做到無人值班，以綜合性保護和控制增加了變電站整體安全和設備運行可靠性。②極大提高上級管理部門對下級操作部門、操作部門對所屬變電站的監督和管理水平：a上級管理部門實時監督操作人員的工作狀態和規范程度。b實時管理和監控變電站有關人員、物品進出等安全防護情況。c操作部門可實時監控變電站主要設備的運行狀態。d優化相關操作、維護人員的派出和工作計劃，極大提高生產效率。e管理部門對變電站的突發事件能清晰看到、準確決策并在第一時間傳達指令到現場。③降低變電站的日常維護成本，每個變電站最少可節約兩名值班人員人工成本。
4 結束語
該系統還可通過智能分析，預告事故隱患，預防突發電力事故，具有應對突發安全事故時的電力預案程控操作功能，可用于高效準確處置重大安全事故；系統的高精度計量監測、專業圖表分析工具、錄波分析工具和智能專家系統，是加強供電管理、減少事故、降低損耗、節約電能、提高運行效率和管理水平的最新現代化工具，運用系統網絡遠程操作控制和智能程控技術，能實現煤礦供電系統和生產設備的全面自動化監控無人管理，很值得推廣。
【摘 要】本文針對華玫礦業井下供電系統現有的情況和特點，提出了遠程供電監測系統的設計思路、實施方案，并對該礦井下變電所實施了遙測、遙控、遙調、遙信等遠程監控，有力保障了礦井的安全生產。
【關鍵詞】監測監控 遙測 遙控 遙調 遙信.
1.概括
華玫礦業煤礦井下高、低壓開關、變壓器、電動機近千余臺，高、低壓供電線路幾萬米，供電設備多、線路長，再有井下地質環境復雜，巷道支護條件差，所以造成了供電線路和設備發生短路、漏電故障，從而造成越級跳閘，引起大面積停電的幾率也隨之增大，發生故障后的恢復供電時間也比較長，嚴重影響了礦井的安全生產。為了解決以上問題，煤礦對井下主要變電所和配電點設備進行了升級和優化，建立了礦井井下供電監測監控系統，及時發現問題并加以解決，以提高礦井供電系統的可靠性，節約的相關開支。
2.設計方案
系統共有三層網絡結構組成：地面主站調度監控系統層、監控系統層，RTU設備層組成。系統可以擴展以太網交換機通訊，利用光纖相連，構成基于環形光纖的現場總線網；各個分站與地面調度監控系統間用光纖環網相連，構成光纖以太網。系統構建符合礦井條件的千兆工業以太網絡，做為供電監測監控系統數據傳輸的主要通道，將分布于各個采區的變電所、配電點相關信息聯通到一起，直接傳輸到地面監控中心，由監控中心服務器和上位機進行數據采集和整理。
井下RTU終端采用開封測控的DSB600B（高壓）、WZB-6GT（低壓）型保護器，具備各種關鍵數據的采集功能（電壓、電流、故障、電量、狀態等）和輸出功能。利用RTU終端的RS485總線及以太網通訊，實現供電分站的數據采集、處理、統計、顯示、操作等功能，分站顯示屏能夠顯示相應的主要數據為巡檢人員檢修提高方便。最后供電分站就近接入環網交換機將數據傳輸至地面監控中心。
3.實施方案
本著節約開支的原則，對井下高、低壓開關進行改造升級，井下電力監測監控系統主要集中在開關的綜合保護裝置（含電力數據采集、監測、監控、通訊和各種電氣保護功能），購置主要是采購市場上比較先進的具有通訊功能的開關，以此完成設備層的實施。實現配電網及其設備正常運行及事故下的監測、保護、控制、用電負荷配電管理的現代化，對RTU終端設備實現遙控、遙測、遙信等管理。
井下環網安裝西門子X408交換機3臺、X308交換機5臺，敷設48芯光纜近萬余米，能夠實現供電監測監控系統的就近接入；井上環網安裝西門子X408交換機2臺、X308交換機2臺，敷設48芯光纜兩千米；監控中心安裝思科優秀交換機2臺，分別連接井下、井上環網，從而實現環形架構。
高壓開關方面通過優化開關內部控制線路、更換保護器裝置的方式，對井下現有的天津天礦、濟源礦用、中國電光等廠家的高壓開關改造；低壓開關方面通過更換整體開關、改造原低壓開關、接入有通訊功能的開關等三種方式來實現。
系統經過優化設計最終確定安裝供電傳輸分站7臺，對每臺高低壓開關的RTU終端，均采用RS485通訊總線方式進行連接并就近接入供電分站。
4.遠程電力監測系統組態軟件設計
井下電力監測監控系統是整個遠程電力系統的優秀，能夠實現電力監測的四遙功能，即遙信、遙測、遙控、遙調。通過上位機軟件能夠實現報表統計、故障錄波、快速復電等附加功能。
上位機的供電組態軟件選用力控電力版6.1，實現采集并記錄井下上傳的各個分站的數據，并有相應的遠程操作窗口來實現遠程的相應操作，最終實現集中管理。圖2為龍宮煤礦電力監測的主界面。（中央變電所）
5.結束語
通過井下供電監控系統的實施，極大的減少了煤礦供電的故障率，提高了工人勞動效率，部分變電所和配電點實現了無人值守，降低了工人勞動強度，解決了傳統管理模式下的諸多人為因素，提高了供電系統運行的可靠性、安全性、快速性，杜絕了部分事故的發生，有力的保證了礦井的安全生產。
作者簡介：
陳見倫，（1974～ ），畢業于哈爾濱工業大學工業電氣自動化專業，現任濟南華玫礦業有限責任公司機電副主任，曾主持礦山機電設備技術升級改造項目十余項。
【摘 要】 琿春礦業集團八連城煤礦31901工作面通過采用KJ216煤礦頂板動態監測系統，現場研究了綜采支架壓力與采場瓦斯涌出變化之間的關系，介紹了KJ216在線液壓傳送系統的安裝與使用，分析了周期來壓與采場瓦斯涌出的的內在聯系，準確預報周期來壓的到來，積極采取措施，從而大大減小瓦斯帶來的災害。
【關鍵詞】 周期來壓 瓦斯 液壓系統傳送
1 地質概況
八連城31901工作面煤厚2.1m～4.5m，平均厚度3.5m。煤層傾角2°～6°，平均4°。絕對瓦斯涌出量17.4m3/min。偽頂0.3m粉砂質泥巖，直接頂12.0m粗砂巖，老頂0.9m泥巖。煤層硬度f2～3（如表1）。
一般情況下，采場瓦斯涌出包括3部分，煤壁瓦斯涌出，落煤瓦斯涌出及采空區瓦斯涌出。對于煤壁瓦斯涌出，當采煤機不斷割煤，新鮮煤壁不斷暴露，瓦斯就沿著煤層的破壞裂隙向工作面涌出。采煤機落煤，把煤粉碎成各種塊粒狀煤，提高了煤的瓦斯解析強度，導致瓦斯涌出量增加。采空區瓦斯由采空區落煤、圍巖頂板裂隙和鄰近煤層涌出的瓦斯構成。
2 KJ216在線液壓傳送系統的應用原理
（1）系統概述。綜采支架工作阻力監測系統用于煤礦綜采工作面的支護工作阻力在線監測。系統現場總線采用標準RS485數據總線，總線可連接64臺壓力監測分站，壓力監測分站可現場實時顯示支架工作阻力、最大工作阻力。本安型分站控制巡測下位壓力監測分站，通訊分站的數據發送到上位監測主站。（2）系統結構與組成。31901工作面綜采支架工作阻力監測系統采用配套KDW28型隔爆兼本安電源供電。每臺供電電源可負載一臺本安型分站和8臺壓力監測分站，以下為傳送路線，監控分站1號通訊分站通訊主站光端機光纖環網地面電腦系統軟件礦井局域網。
3 周期來壓與采場瓦斯涌出量的監測
（1）監測方法。31901工作面共有64個綜采液壓支架，設置了8個測站，間距平均分布，每個測站連接8個綜采液壓支架，分站的主機采用通道液壓管和支架的支柱連接，主機與主機之間采用電源線連接，最后通過光纖與地面電腦連接。所觀測的數據在線傳送到八連城煤礦地面調度室、地面區隊、地面技術科、地面總工程師室。技術人員可以隨時觀測和分析數據，把異常數據隨時反饋到上級領導那里，進而有效指導生產。（2）監測結果分析。八連城煤礦采用KJ216在線液壓傳送系統共連續監測到6次周期來壓。見圖1。
從現場監測到的6次周期來壓與工作面瓦斯濃度監測的關系分析可知，該礦31901工作面的周期來壓約為5～7天左右，根據工作面推進速度推進（5.0m/d）計算，工作面周期來壓步距大約為25m～30m。周期來壓時頂板活動劇烈，有時有響聲，工作面部分片幫，支架壓力明顯增大，瓦斯濃度稍有提高，瓦斯的濃度增幅不大，瓦斯濃度增大趨勢時間略滯后于支架壓力增大趨勢時間。
通過1個月的觀測，共發生6次周期來壓，通過來壓前后壓力的變化，瓦斯濃度的變化，片幫深度對比，各項指標在周期來壓前后有一定的變化。在觀測第一個周期來壓之后，我們通過分析數據，預測了第二次周期來壓，第三次周期來壓，第四到第六次周期來壓，周期來壓步距與實際誤差僅為2m到3m。事實上，我們采用KJ216煤礦頂板監測系統，我們預測周期來壓的準確程度大大的得到提高。在周期來壓之前，我們采取了預防措施，檢查好泵站到工作面的供液管路，工作面綜采支架補足壓力，全部伸好護幫板，區隊長跟班作業，現場觀測頂板與煤幫的壓力變化，有漏液的液壓支架隨時修補。加大本煤層瓦斯抽放，增加本煤層底板瓦斯抽放，增大煤層瓦斯高位復抽，做好上尾巷瓦斯抽放工作，調節工作面通風風量，清除回風巷、入風巷、工作面障礙物，減小通風阻力，擴大工作面底板打眼覆蓋面積，充分釋放工作面瓦斯。在周期來壓前后，加大瓦檢員檢查采煤工作面和上尾巷、回風巷的瓦斯檢查力度，有情況隨時向采煤施工隊和調度匯報，做到有隱患及時處理。在周期來壓前后，根據支架壓力顯現和瓦斯濃度的變化，適當放慢循環進度，使瓦斯得到充分釋放，等到瓦斯濃度降到允許施工范圍內，周期來壓過去后，采煤工作面才步入正規循環。
4 周期來壓外與瓦斯涌出量的關系
通過觀測，瓦斯的涌出量在周期來壓前后有較大的變化，平常瓦斯涌出量的變化幅度小，這與尾巷的冒落狀況、頂底板巖性、頂板淋水情況，頂底板鄰近煤層的賦存狀態、采空區的影響、工作面的風流、循環進度的快慢、煤層瓦斯的抽放等各方面因素有一定的關系。雖然平常瓦斯的涌出量變化幅度不大，但不可疏忽。通過監測數據暴露出問題是，工作面有時有個別綜采支架漏液，綜采支架多數存在初撐力不足，綜采支架沒有頂靠工作面頂板。在綜采支架都補足壓力，同時加強在線液壓傳送系統的觀測，探索出支架壓力的變化與工作面瓦斯量涌出的變化之間內在更具體的聯系，才能發揮出在線液壓傳送系統的更大效能。
摘要：針對近些年煤礦瓦斯監測不夠精確等問題，本文結合無線傳感器網絡技術，提出了基于無線傳感器網絡的煤礦瓦斯監測系統的設計方法。根據該設計思想將系統分為信息采集、傳送、監控和路由設計等幾部分。針對現場實際的需求，提出固定節點和移動節點的實現方法并對兩類傳感器結點進行了軟硬件設計。結點硬件部分主要包括：控制模塊、傳感器模塊、無線通信模塊和電源模塊。軟件部分主要包括數據采集采集模塊與處理模塊和數據傳輸模塊，并給出了各模塊的流程圖。
關鍵詞：甲烷 監測 無線傳感器網絡 節點
1 引言
我國煤炭資源豐富，但是煤炭開采卻面臨諸多困難，近年全國各地煤炭瓦斯事故不斷發生，如何準確有效的監測瓦斯濃度成為煤炭安全生產的主要問題。本文主要對當前瓦斯氣體監測有線方式布線難，檢測效率不高、無人值守、檢測設備攜帶不方便等問題，提出了設計基于無線傳感器網絡煤礦瓦斯氣體監測系統。
2 傳感器結點硬件電路的設計
傳感器結點電路的設計主要包括兩類結點的設計，分別是移動結點和固定結點。移動傳感器結點負責現場的信息感知，并將現場的信息通過自組網的方式傳送到所在簇的簇頭。移動結點是根據通信空間的關系或者地理位置的不同分成若干個簇，每個簇以固定結點為簇頭，簇頭作為路由將信息實時的傳送到地面監控中心的網關服務器部分，然后網關服務器將再將接收到的信息傳送給瓦斯監控平臺，經過處理后實時顯示監測區域的瓦斯濃度。圖2為節點關系圖。
2.1 移動節點與固定節點硬件組成結構
移動節點結構主要由四部分組成：傳感器模塊、無線通信模塊、控制器模塊和電源模塊。圖3為傳感器移動節點模塊結構圖。
考慮系統的性能要求及性價比我們選擇加密性強、運行速度快、抗干擾能力超強（高抗靜電ESD保護、EFI測試輕松過2KV/4KV快速脈沖干擾、寬電壓，不怕電源抖動、款溫度范圍、芯片電源經過特殊處理）、超低功耗的STC12C5A60S2單片機芯片，無線通訊模塊我們這里采用射頻芯片nRF905，該芯片廣泛應用的射頻收發通訊中。
對于固定結點是傳感器結點匯聚信息的紐帶，在設計中使用了和移動節點一樣的硬件結構，唯一不同的是固定結點中的匯聚結點增加了RS-485接口通信，便于與地面進行有線通信。
3 瓦斯數據采集軟件的設計
瓦斯傳感器結點需要實時采集監測區域瓦斯的濃度，然后將采集的數據信息進行相應的處理后，使其構成無線傳感器網絡，并將數據信息傳輸到監控和管理系統。
在井下監控區域內需要建立合適的無線傳感器網絡系統，按照功能可分為瓦斯數據采集和瓦斯數據傳輸兩個模塊。瓦斯數據采集模塊中又包含了瓦斯數據采集和處理。瓦斯數據采集模塊流程圖如圖5-6所示。
瓦斯信息采集后還需要瓦斯處理，瓦斯數據處理流程圖如下。
4 瓦斯數據傳輸模塊軟件的設計
瓦斯數據傳輸模塊主要負責通過控制模塊處理后進行數據通信。通信設備有兩部分組成，一部分是發射器，一部分是接收器。圖7為傳輸模塊流程圖。
5 網絡的建立與新結點入網
在自組織的無線傳感器網絡中，網絡的性能主要依賴于拓撲控制。如何有效的滿足網絡覆蓋和連通度，去除結點不需要的通信鏈路，是傳感器網絡拓撲控制的主要目的，這樣可以形成一個數據轉發的優化的網絡結構，最終延長網絡的生存周期。一個好的拓撲結構可以增加路由協議和MAC協議的傳輸效率。本設計是運用層次型無線傳感器網絡的拓撲控制，依據分簇的方法形成一個處理并轉發數據的網絡。在網絡的形成階段，首先需要協調器建立一個網絡，然后固定結點和移動結點分別加入到網絡中，對于無線傳感器網絡，有許多的信道可以供使用，為了減少網絡的建立時間可設計監測系統在一個固定的信道上，如果在一個監測區內需要多個無線傳感器網絡，則可以將它們固定在不同的信道上，這樣可以減少網絡間的相互干擾。建網過程開始后，固定結點首先要對能量進行掃描，通過掃描協調器可以獲得所規定信道內無線信號的哪些能量高哪些能量低，以便查得能量峰值，如果預期設定的可接受標準低于能量峰值，協調器會繼續進行能量掃描，一直到該信道上能量峰值滿足要求為止，如果能力掃描結果可以接受，固定結點為即將建立的網絡選擇一個網絡ID作為它的唯一標識。
網絡建立起后，便可以接受未入網的新結點加入到網絡，新結點首先會在提前設定好的一個信道撒花姑娘進行一個固定時間的主動掃描。在掃描國產中，新結點將向網絡中的所有結點廣播信標請求信息，協調器和已入網的結點收到這個信息后會向該結點發送自己的信標幀，因此在網絡連通狀況良好的情況下，新結點將會收到很多個信標信息。掃描結束后，新結點將會選擇與信標中標識允許連接的網絡結點進行連接，如果多個網絡結點允許連接，那么新結點會按照所收到信標幀的順序來選擇靠前的結點連接。如果主動掃描結束后，新結點沒有收到任何一個信標幀，則新結點會重復主動掃描過程，直到發現可以連接的網絡結點為止。為了使結點可以獲取網絡中鄰居結點的信息，便于數據傳輸，設計每個結點都維護一個記錄了該鄰居結點信息的鄰居表，對于每一個新結點，其鄰居表初始值為空，一旦新結點進入到網絡，它將會把信標信息保存到鄰居表中，并將鄰居表中的做出記錄，之后新結點將會向網絡中結點發送請求加入信息，該信息包括了結點類型信息，網絡中結點收到這個信息后，如果允許該結點加入，則會為該結點分配相應的網絡地址，并將信息存入到鄰接表中，然后網絡中的結點向新加入的結點發送應答信息，包括網絡ID、給該結點分配的網絡地址等相關參數信息，新結點收到這個應答信息后，記錄其中的內容，這樣就完成了新結點入網的過程。
6 結語
最后通過傳感器節點的軟硬件設計，在實驗室及走廊取三個傳感器節點進行了實驗，通過數據結果分析，效果良好。為以后實時運用的煤礦生產現場奠定了基礎。
摘要： 徐州礦務集團三河尖煤礦是國內受沖擊礦壓危害最為嚴重的礦井之一，自1991年發生第一次沖擊地壓以來，已先后發生各類沖擊地壓事故31起，對沖擊地壓的治理已成為三河尖煤礦安全管理的重要內容。7439工作面使用的KJ550煤礦沖擊地壓監測系統，大大提高了三河尖煤礦沖擊礦壓預測預報準確性和沖擊礦壓防治水平，實現了安全回采，具有巨大的潛在社會效益和經濟效益。
1 概述
7439工作面位于東四采區，運輸巷和切眼與7419工作面采空區相鄰，軌道巷與F7斷層（h=11m）相鄰，該面的對面為7429工作面采空區，其下2m為東四軌道巷，煤層頂板為粉細砂巖，厚度14.4m。7439工作面三面環采空區，一面臨采區斷層，是典型的孤島殘采綜放工作面。運用綜合指數法評定指數為0.737，為中等（偏強）沖擊危險。
2 KJ550沖擊地壓在線監測系統基本原理
2.1 巖層運動、支承壓力、鉆屑量與鉆孔圍巖應力之間的內在關系。KJ550煤礦沖擊地壓監測系統是基于當量鉆屑量預報沖擊地壓的機理：發生沖擊地壓之前，采動應力存在逐步增加的過程，當應力必須達到煤體破壞極限時，就有可能發生沖擊地壓，此時鉆屑量將超過額定的安全指標，因此，應力增量的變化規律與鉆屑量存在相關性，通過監測應力增量的變化規律，實時在線監測工作面前方采動應力場的變化規律，找到高應力區及其變化趨勢，實現沖擊地壓危險區和危險程度的實時監測預警和預報[1]。
2.2 監測系統包括三個主要組成部分：①地面監測主站；②井下監測分站（包括一個供電電源）；③壓力傳感系統。另外還包括接線盒、電纜、光纜等本質安全型連接部件以及相應的軟件組成。
2.3 相對應力與絕對應力的關系。主要功能KJ550系統的壓力傳感器測得的是相對應力，它是支承壓力與絕對鉆孔圍巖應力綜合作用的結果。相對應力值和絕對應力值的關系如圖1所示。可見，本系統的壓力傳感器揭示的支承壓力峰值附近的應力變化情況，一般小于絕對應力。
由于應力增量可以實現實時在線監測，因此，可以通過監測應力增量，實現沖擊地壓的監測預警。監測系統具備以下功能：①根據在線監測處理軟件，能夠實時顯示沖擊危險區及其危險程度，具有三級預警。②具有在地面監控室遠程診斷每一個井下傳感器工作狀況的功能。③具有預報頂板來壓的分析功能和輸出沖擊危險性預警報表功能。
3 7439工作面測點布置
根據7439工作面的具體實際情況，在軌道巷布置9組測站，運輸巷布置9組測站，每組測站包含兩個測點，埋深為14m和8m，測點間距為1m，如圖2所示，圖中灰色線條表示測點，在7439兩道分別從開切眼往外每隔20m布置一組測站，測點埋在回采工作面內，一次布置完9組測站；如圖2所示7439工作面KJ550測點布置示意圖。
4 7439工作面KJ550應力在線監測系統監測結果及防治情況分析
7439回采工作面是“孤島殘采”工作面，受斷層構造應力、采空區殘余應力和區段煤柱應力集中影響，回采過程中面內及兩道超前50m范圍板炮、煤炮頻繁，強度大，且軌道側巷道變形嚴重，底鼓較為明顯，尤其2012年12月23日早班在軌道側進尺點187m處進行煤粉檢測時有連續的板炮和吸鉆現象，且煤粉顆粒增大到3～4mm，該地段電磁監測數據最高時達到98mV，有趨增趨勢。為預防沖擊地壓發生，在該地點及時實施煤層大孔徑卸壓，卸壓解危后，動壓顯現有所趨減，但在2012年12月25日軌道巷側推進142m時，第18號深孔檢測點（孔深為14m）監測數據突然出現上升，由最初的8Mpa上升為15.3Mpa，然后持續上升到28.9Mpa，已超過沖擊預警值15Mpa。25日早班實施煤層大孔徑卸壓時煤粉顆粒大，鉆出的煤粉量達到10噸左右，動力顯現較為明顯，為進一步達到更好的卸壓效果，于26日夜班在軌道巷18號進尺點10m范圍內巷道兩側幫部布置6個卸壓孔，實施煤層深孔卸載爆破，鉆孔過程中伴有吸鉆、板炮等動壓顯現，孔深7m時最大煤粉量為6.9Kg，卸壓解危后，電磁輻射值和煤粉量均小于沖擊預警值。
7439運輸巷側受鄰近7419采空區殘余應力和7419遺留煤柱停產線邊界應力集中影響，加之工作面推進速度快，工作面后方采空區頂板垮落產生的壓應力達到運輸巷側超前50m處，2013年1月1日運輸巷推進172m時，運輸巷的180m處的深孔、220m處的淺孔應力持續上升，分別為16.61Mpa、23.28Mpa。2日早班在7439運輸巷應力在線監測異常測點附近1～2m范圍實施煤粉監測，鉆眼過程中有輕微吸鉆、煤炮現象，最大煤粉量為3.5kg/m，為此，于2013年1月3日早班對7439運輸巷內側幫部布置4個卸壓孔進行煤層深孔卸載爆破，降低了煤體積聚的彈性能和應力集中程度。
5 主要結論
通過利用沖擊危險性影響因素的分析，以及利用采礦地質條件確定沖擊危險綜合指數和工作面實施的卸壓解危措施，可以得到如下結論：①通過對沖擊礦壓發生的機理分析結果看，沖擊礦壓的發生是能量的積聚與釋放的過程，而且均有一定的延時性，因此7439工作面的沖擊礦壓進行動態防治是完全可行的。②從電磁輻射和煤粉量監測數據可以看出，對7439工作面掘進和回采期間的沖擊礦壓動態防治是成功的，既保證了生產的安全，又沒有影響生產進度。③有沖擊危險的工作面通過煤體大直徑鉆孔卸壓能夠釋放煤體中聚集的彈性能，降低其應力值，消除應力升高區，使煤體應力峰值向煤體深部轉移，從而可有效地防治和減弱沖擊礦壓的危險性，達到防治沖擊地壓的目的。④通過KJ550煤礦沖擊地壓在線監測預警系統的應用，大大提高了三河尖煤礦沖擊礦壓監測預報準確程度及沖擊礦壓防治水平，成果具有較強的普遍性和可適用性，具有相當廣泛的應用市場，具有巨大的潛在社會效益和經濟效益。
