發(fā)布時(shí)間：2022-04-07 09:43:00
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(jiān)測系統(tǒng)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
[摘 要] 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的重要內(nèi)容是加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)管理，以防止煤礦事故的發(fā)生。所以，在煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)工作中務(wù)必提高應(yīng)對各種突發(fā)事故的能力，因此加強(qiáng)煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的專業(yè)素質(zhì)至關(guān)重要，此外，還應(yīng)加強(qiáng)制度上的規(guī)范管理，不斷的提高煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)對現(xiàn)場的巡視和設(shè)備維護(hù)等都是必不可少的環(huán)節(jié)。筆者結(jié)合煤礦開采環(huán)境，對瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
[關(guān)鍵詞] 瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)； 煤礦； 安全生產(chǎn)
作為煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控工作的關(guān)鍵性內(nèi)容，信息的獲得無疑至關(guān)重要，而獲得信息的主要手段就是監(jiān)測技術(shù)。一般而言，通過煤礦安全生產(chǎn)現(xiàn)有的客觀資料，我們可以初步確定監(jiān)控的初始方案，進(jìn)而在煤礦工程運(yùn)營過程中根據(jù)監(jiān)測數(shù)值、經(jīng)驗(yàn)方法等內(nèi)容，開展反饋分析等工作，修正初步方案與施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，以保證工程按照最優(yōu)的設(shè)計(jì)與施工方案進(jìn)行。因此，監(jiān)控工作的重要性也就顯而易見了。針對我國煤礦工程質(zhì)量中的一些不安全因素，監(jiān)測技術(shù)在監(jiān)控中的應(yīng)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(yùn)營狀態(tài)，利用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對流量方案進(jìn)行整改，并指導(dǎo)開采質(zhì)量作業(yè)；還可以預(yù)見事故風(fēng)險(xiǎn)，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(fā)率降至最低，保證了煤礦安全生產(chǎn)的穩(wěn)定性。通過太陽能光伏技術(shù)，我們可以很好地將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并廣泛應(yīng)用在瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，太陽能供電部分監(jiān)控結(jié)合了煤礦開采的相關(guān)特點(diǎn)，對煤礦地點(diǎn)的自然環(huán)境等因素進(jìn)行分析，確定了系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化了供電系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，對煤礦領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控起到了一定的作用。
1 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作
1.1 規(guī)范制度，端正思想
一個(gè)良好的組織機(jī)構(gòu)，除具備較好的運(yùn)行機(jī)制和管理制度之外，還應(yīng)該具有健全的崗位制度而且能夠?qū)⒅瀼貓?zhí)行。因此，在煤礦安全生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控過程中，我們需要一個(gè)合適的監(jiān)控管理結(jié)構(gòu)，以便于明確各個(gè)工作人員的職權(quán)問題，保證個(gè)人任務(wù)到位，避免權(quán)力交叉和責(zé)任推諉的現(xiàn)象發(fā)生，這些問題都可以通過建立健全的崗位責(zé)任制度得以解決。此外，工作人員不但要對網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控知識有一定了解，思想上時(shí)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(gè)層面，全面提升安全作業(yè)人員的工作責(zé)任心與使命感。
1.2 加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備管理
加強(qiáng)設(shè)備巡視管理是網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控的重點(diǎn)，預(yù)防設(shè)備異常的發(fā)生是監(jiān)控運(yùn)行管理的主要內(nèi)容。為了保障監(jiān)控儀器的準(zhǔn)確性，應(yīng)該建立完善的設(shè)備定檢制度，儀器設(shè)備需要進(jìn)行定期的檢測，對于一些使用頻率高的儀器，更是要依據(jù)規(guī)定檢測并建立相應(yīng)的維護(hù)記錄以隨時(shí)了解其運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，保證其正常的運(yùn)行和及時(shí)的維護(hù)。
1.3 提高瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)管理
由于煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)存在很大程度上的特殊性，而作為貫徹于瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)整個(gè)流程的重要要素，技術(shù)管理在中的作用不容小覷。因此，加強(qiáng)設(shè)備的絕緣監(jiān)督工作，利用聲波檢測、光譜分析等監(jiān)督手段，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并排除故障無疑勢在必行。煤礦安全工作一旦脫離了技術(shù)的支持，就難以稱作是有效的工作。對于系統(tǒng)運(yùn)行工作的異常情況，及時(shí)采取跟蹤測溫，利用圖譜庫進(jìn)行分析對比，并提出檢測修改的建議，以此來加強(qiáng)設(shè)備的有效運(yùn)行。
2 煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1 聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)
為達(dá)到網(wǎng)絡(luò)帶寬的預(yù)定要求，在瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采取分層瓦斯轉(zhuǎn)發(fā)、本地局域網(wǎng)組播的設(shè)計(jì)方案，也就是在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)設(shè)瓦斯轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)端口，并且在煤礦現(xiàn)場、區(qū)縣市局成立監(jiān)控管理中心，完善各部門瓦斯解碼器、電視播放墻等設(shè)施。具體的瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)如圖1所示。由于煤礦施工長期通常都較為偏遠(yuǎn)，帶寬并不充裕，這種聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)則可以很好地應(yīng)用于廣域瓦斯聯(lián)網(wǎng)，若考慮到以后省級平臺瓦斯聯(lián)網(wǎng)模式，這種設(shè)計(jì)方案無疑當(dāng)前2 Mb帶寬的最佳選擇，不然很容易致使監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定甚至不能使用。該聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)借助已知煤炭網(wǎng)的部分節(jié)點(diǎn)，經(jīng)上級授權(quán)之后連接并登錄瓦斯流管理服務(wù)端口，就可以輕松觀看該服務(wù)器監(jiān)控礦區(qū)的生產(chǎn)工作瓦斯，且不會增加前端帶寬負(fù)荷，可同時(shí)向多個(gè)用戶共享圖像信息。
2.2 安全系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在圖2中，我們可以清楚地看到安全系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。通過4個(gè)監(jiān)控工作站或D1單畫面輪巡，將畫面進(jìn)行分割并上傳到瓦斯流管理服務(wù)端口，然后統(tǒng)一由瓦斯流管理服務(wù)端口對瓦斯信號進(jìn)行存儲和，這樣有效地避免工作人員直接訪問客戶端而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。開展瓦斯監(jiān)控工作時(shí)，前端攝像機(jī)瓦斯線依次對前端畫面處理器、瓦斯服務(wù)器和光端機(jī)實(shí)施連接，通過光纜把接受到的瓦斯信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。在這個(gè)時(shí)候，其他用戶很容易不會根據(jù)已經(jīng)規(guī)定好的操作流程來對系統(tǒng)進(jìn)行操作和數(shù)據(jù)處理，而且由于不受時(shí)間、地域的限制，他們還可能會通過輸入地址直接對數(shù)據(jù)庫實(shí)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(shù)據(jù)庫隨時(shí)都有崩潰的威脅。所以說，我們應(yīng)該采取一些可運(yùn)用的技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行盡可能全面的安全防范，比如說系統(tǒng)加密、防火墻、真實(shí)身份認(rèn)證、授權(quán)控制技術(shù)等等。監(jiān)控中心在接收瓦斯信息后，第一時(shí)間想遠(yuǎn)端的瓦斯服務(wù)器發(fā)出云臺控制信號，最終傳輸?shù)綌z像機(jī)云臺控制線，并直接上傳到系統(tǒng)客戶端。
2.3 瓦斯控制系統(tǒng)
在煤礦保護(hù)層上的回收期，我們可以將高抽巷側(cè)上方的石板巷回風(fēng)巷段封閉采空區(qū)瓦斯抽放管，同時(shí)與上隅角采空區(qū)瓦斯抽采。抽巷形成的采空區(qū)瓦斯的頂板裂隙排水渠，對下部采空區(qū)瓦斯發(fā)揮作拉動用，減少采空區(qū)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(shè)管路進(jìn)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(nèi)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(gè)封閉墻內(nèi)鋪設(shè)兩道管路，在新的封閉墻砌筑充填完成時(shí)，根據(jù)瓦斯抽采量適時(shí)關(guān)閉里段抽采閥門，保障了高抽巷瓦斯抽采的連續(xù)性。
2.4 瓦斯流管理服務(wù)器設(shè)計(jì)
在瓦斯監(jiān)控設(shè)計(jì)中，瓦斯流管理服務(wù)器無疑是IP瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的精神內(nèi)容。建立瓦斯流管理服務(wù)端口，不但可支持瓦斯管理系統(tǒng)同時(shí)被多名用戶訪問，而且還很好地解決了前端瓦斯受網(wǎng)絡(luò)帶寬限制的問題，從而保證了各部門及領(lǐng)導(dǎo)可以直接通過桌面計(jì)算機(jī)對瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行訪問，隨時(shí)可瀏覽監(jiān)控現(xiàn)場圖像和瓦斯。服務(wù)器端擁有通過查詢數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對煤炭安全生產(chǎn)信息化的作用，可以為計(jì)算機(jī)提供很多實(shí)用服務(wù)。瓦斯流管理服務(wù)器與空間數(shù)據(jù)庫建立連接，可提供大量查詢服務(wù)，例如屬性查詢服務(wù)、矢量和柵格地圖服務(wù)等。在網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)組成部分中瓦斯流管理緩存服務(wù)器模塊是相當(dāng)重要的，服務(wù)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(jù)索引分析所得出的結(jié)果，在緩存中處理請求數(shù)據(jù)然后向客戶端發(fā)送，或者利用數(shù)據(jù)庫中已存數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)列表。若能發(fā)展好緩存數(shù)據(jù)的利用，數(shù)據(jù)庫交互即可免去，同時(shí)數(shù)據(jù)的響應(yīng)速度也會大大提高。總的來說，瓦斯流管理服務(wù)端為煤礦的安全生產(chǎn)提供了有效的圖像監(jiān)視選擇和瓦斯存儲的功能，可以徹底實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限管理、自動報(bào)警與生產(chǎn)安全建議。
2.5 KJ95安全監(jiān)控系統(tǒng)
KJ95煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)是由煤科總院常州自動化研究所開發(fā)的。該系統(tǒng)通過井下通信和工業(yè)電視監(jiān)視設(shè)備，對煤礦井下作業(yè)進(jìn)行全程生產(chǎn)監(jiān)控。這一過程中的工業(yè)電視監(jiān)視和井下通信不但可以任意搭配組合，還可以單獨(dú)利用，能夠很好地滿足不同條件的礦井需求。在KJ95綜合監(jiān)控系統(tǒng)配置框架中，監(jiān)測系統(tǒng)與通信系統(tǒng)兩者之間相互獨(dú)立，主線采用光纖為材料，以確保通信系統(tǒng)所發(fā)出的語音信號和監(jiān)測系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)可以同時(shí)被地面的電端機(jī)所接收，為方便光纖傳輸，光端機(jī)會將混合后的電信號轉(zhuǎn)變成光信號，再通過礦井下的光端機(jī)把光信號轉(zhuǎn)換成電信號傳送至井下工作面，最終將數(shù)據(jù)和語音徹底分開。通過井下的電端機(jī)RS232口可以將數(shù)據(jù)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(gè)分站。通過分線盒可以把語音信號分送到各個(gè)話機(jī)，這一系列過程中語音信號與監(jiān)測數(shù)據(jù)都是雙向傳遞的。
3 實(shí)現(xiàn)效果
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到煤礦安全生產(chǎn)來，根據(jù)所監(jiān)控出來的瓦斯數(shù)據(jù)，對煤礦生產(chǎn)過程實(shí)施自發(fā)監(jiān)控，并且數(shù)據(jù)處理敏捷準(zhǔn)確，而且它可以直接對煤礦生產(chǎn)中必要的地物進(jìn)行自動標(biāo)注，并將標(biāo)注數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，避免不必要的人為抄寫錯(cuò)誤。最后在監(jiān)控成果表輸出以后，表格格式規(guī)范、信息完整，并能直接進(jìn)行打印實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)線點(diǎn)計(jì)算、展點(diǎn)、制表一體化。系統(tǒng)界面可視化、操作性強(qiáng)，監(jiān)控人員不必進(jìn)行專門的學(xué)習(xí)或培訓(xùn)，操作使用十分簡便。通過面板中輸出的原始瓦斯監(jiān)控畫面，可以切實(shí)地反映煤礦生產(chǎn)的真實(shí)狀況，它對煤礦監(jiān)控系統(tǒng)全過程進(jìn)行瓦斯拍攝，在瓦斯監(jiān)控工作開展前掌握了煤礦各節(jié)點(diǎn)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的相對位置及相互關(guān)系，很簡單地就可以完成固定環(huán)境輪廓的拍攝，提高了煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控的工作效率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)瓦斯監(jiān)控管理不但簡單迅速，而且通過數(shù)據(jù)維護(hù)自動更新、表格目錄與導(dǎo)線名稱檢索等方法實(shí)施管理，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控的效率明顯獲得了提高。
4 結(jié)論
煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)涉及到煤礦生產(chǎn)工作的數(shù)百個(gè)指標(biāo)，需要調(diào)用大量的數(shù)據(jù)和信息，并要綜合平衡煤礦生產(chǎn)同勞動力之間、供求需要同可開采煤礦之間、煤礦企業(yè)自身效益同社會效益之間的各種關(guān)系，要求很高，業(yè)務(wù)性和技術(shù)性很強(qiáng)，煤礦煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)過程實(shí)際上是一個(gè)多目標(biāo)動態(tài)決策過程。因此，順應(yīng)技術(shù)進(jìn)步的潮流，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，輔助設(shè)計(jì)煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對煤礦安全生產(chǎn)管理是非常必要的。
[摘 要] 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對平頂山煤礦產(chǎn)區(qū)白龜山水庫水環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動、實(shí)時(shí)監(jiān)測，搭建相應(yīng)的云計(jì)算平臺，實(shí)現(xiàn)海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)有效處理及數(shù)據(jù)共享，為實(shí)現(xiàn)白龜山水庫水資源可持續(xù)利用和用水安全提供保障。
[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)； 云計(jì)算平臺； 水環(huán)境； 監(jiān)測； 白龜山水庫
水環(huán)境監(jiān)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(huán)境監(jiān)測尚未實(shí)現(xiàn)無人值守和動態(tài)監(jiān)測，多采取監(jiān)測人員留駐湖泊水庫現(xiàn)場以人工方式采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，采集點(diǎn)和采樣頻次受到限制，獲取的信息量較小，且耗費(fèi)大量人力物力，另外很多水質(zhì)指標(biāo)還需要帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定，導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息無法及時(shí)進(jìn)行時(shí)空對比分析。即使部分湖泊水庫采用較為先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，但由于獲得的時(shí)空數(shù)據(jù)量龐大，處理過程復(fù)雜度高，籌建所需的大量高性能計(jì)算服務(wù)器資金消耗巨大，很難實(shí)現(xiàn)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)、有效處理及合理快捷共享[1-3]。
自2009年以來，“物聯(lián)網(wǎng)”概念頻頻出現(xiàn)在人們的視野中。物聯(lián)網(wǎng)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(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)（如Internet、GPRS、3G網(wǎng)絡(luò)等）連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化管理和應(yīng)用。日本、韓國、美國、歐洲一些國家基于物聯(lián)網(wǎng)把新一代IT技術(shù)有效運(yùn)用在生產(chǎn)生活中，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)人類社會與物質(zhì)世界的整合，從而提高了資源利用率和生產(chǎn)力水平[4-9]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也為水環(huán)境的監(jiān)測提供了一個(gè)全新的方法和有效途徑，但同時(shí)物物相連的必然產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，若將這些信息有機(jī)的聯(lián)合起來，就需要建立一個(gè)性能穩(wěn)定的云計(jì)算平臺，以解決物聯(lián)網(wǎng)海量水環(huán)境監(jiān)測信息的存儲和處理問題。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算平臺結(jié)合，構(gòu)建水環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)，搭建相應(yīng)的云計(jì)算平臺，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境信息的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測和監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時(shí)有效處理及數(shù)據(jù)共享，為實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用和確保用水安全提供重要依據(jù)[10-14]。
1 系統(tǒng)工程構(gòu)建
1.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)主要由水質(zhì)監(jiān)測傳感子系統(tǒng)、多層次通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、云計(jì)算平臺和太陽能供電子系統(tǒng)構(gòu)成，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
水質(zhì)監(jiān)測傳感子系統(tǒng)的下位機(jī)軟件采用中心對多點(diǎn)通訊方式，波特率為9600，采用心跳包實(shí)現(xiàn)保活機(jī)制，通訊信令采用ASCII碼信令。上位機(jī)軟件與數(shù)據(jù)中心之間擬通過TCP/IP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；通過對系統(tǒng)層Socket的封裝，以及從數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的集成融合通信方式，來實(shí)現(xiàn)用戶編程接口的統(tǒng)一。云計(jì)算平臺數(shù)據(jù)存儲中心基于Oracle數(shù)據(jù)庫來構(gòu)建，事務(wù)處理采用并發(fā)機(jī)制和觸發(fā)器機(jī)制，最后通過作業(yè)調(diào)度來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的聯(lián)機(jī)事務(wù)處理（On-Line Transaction Processing， OLTP）。利用Oracle DWB來建立數(shù)據(jù)倉庫，提供分析型環(huán)境。所有的分析產(chǎn)品和用戶接口（User interface， UI）均采用B/S架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)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(tǒng)架構(gòu)
① 數(shù)據(jù)中心及采集系統(tǒng)
數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，數(shù)據(jù)流處理包括接收處理數(shù)據(jù)流和發(fā)送數(shù)據(jù)流。
接受及處理數(shù)據(jù)流
a） 通過由水質(zhì)參數(shù)傳感器、濾波器、A/D轉(zhuǎn)化器組成的采集系統(tǒng)，獲得現(xiàn)場實(shí)時(shí)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)按照采樣頻率傳送至數(shù)據(jù)中心；
b） 數(shù)據(jù)中心接收到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行邏輯分析，剔除臟數(shù)據(jù)，將正確的數(shù)據(jù)存儲到瞬時(shí)數(shù)據(jù)庫；
c） 利用ETL（extract， transform and load）工具，結(jié)合企業(yè)數(shù)據(jù)庫的作業(yè)/調(diào)度以及觸發(fā)器等功能，利用瞬時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)生成適合分析、統(tǒng)計(jì)的水質(zhì)分析型數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)倉庫；
d） 利用數(shù)據(jù)倉庫分析產(chǎn)品或者BI（business intelligence）報(bào)表引擎，對分析數(shù)據(jù)庫或者數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，生成用戶需要的各種分析產(chǎn)品。
發(fā)送數(shù)據(jù)流
a） 用戶可通過移動終端設(shè)備（比如手機(jī)、PDA等）或固定終端的水質(zhì)數(shù)據(jù)查看器登錄到數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)中心發(fā)送信令給采集系統(tǒng)，設(shè)定采集系統(tǒng)的采樣周期等參數(shù)信息；
b） 用戶還可以通過數(shù)據(jù)中心向供電系統(tǒng)發(fā)送控制信息，開啟或者關(guān)閉供電系統(tǒng)，或者對供電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。
② 多層次通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)
多層次通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，采取分層混合網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，分為業(yè)務(wù)層、優(yōu)秀層、接入層、終端層四個(gè)層次。
③ 供電系統(tǒng)
太陽能供電系統(tǒng)由太陽能電池組件、太陽能控制器和蓄電池（組）構(gòu)成。其中，太陽能電池板是將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負(fù)載工作，是該系統(tǒng)的優(yōu)秀組件。
太陽能控制器控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并起到對蓄電池過充電保護(hù)和過放電保護(hù)的作用。蓄電池作用是在有光照時(shí)將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，當(dāng)遇到陰雨天氣的時(shí)候或者光照不夠充足的條件下，特別是采集系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)，需要大功率高負(fù)荷的實(shí)時(shí)手動采集時(shí)，通過蓄電池來釋放能量。
1.3 相關(guān)算法
① 數(shù)據(jù)ETL算法
傳感器水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)通過以下五個(gè)流程過程，實(shí)現(xiàn)提取、轉(zhuǎn)化和裝載，最終建立WSDW數(shù)據(jù)倉庫，算法實(shí)現(xiàn)流程圖如圖4所示。
② 分類預(yù)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(biāo)數(shù)據(jù)，隨機(jī)選取任意一個(gè)數(shù)據(jù)作為標(biāo)兵數(shù)據(jù)，其他數(shù)據(jù)作為候選數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類。該算法具有敏感度低，數(shù)據(jù)選取次序無關(guān)等良好特性，非常適合傳感器數(shù)據(jù)的分析處理，本工程采用基于LSM模型的聚類算法進(jìn)行水質(zhì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析。
2 系統(tǒng)在白龜山水庫應(yīng)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(jīng)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(dá)9. 22 億m3，是一座以防洪為主，兼顧農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城市供水的大型綜合水庫[10]。同時(shí)白龜山水庫也是南水北調(diào)飲水工程的重要調(diào)節(jié)庫。
以白龜山水庫作為實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)，建立基于物聯(lián)網(wǎng)（無線傳感網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)的水環(huán)境自動監(jiān)測與分析系統(tǒng)，解決白龜山水庫當(dāng)前人工水質(zhì)參數(shù)采集存在的諸多問題，構(gòu)建白龜山水庫水環(huán)境監(jiān)測云計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)水資源持續(xù)有效利用和確保用水安全。
2.1 云計(jì)算平臺的數(shù)據(jù)采集
① 水環(huán)境系統(tǒng)主控因子數(shù)據(jù)采集
湖泊水庫水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)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(shù)據(jù)采集通過搭建無線傳感器自動數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)來完成。
自動數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括6個(gè)無線傳感器自動采集站。利用各類在線水質(zhì)傳感器，在白龜山水庫入水口、1號監(jiān)測點(diǎn)、2號區(qū)監(jiān)測點(diǎn)以及白龜山水庫出水口等地設(shè)立6個(gè)實(shí)驗(yàn)示范性無線傳感器自動監(jiān)測站。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照業(yè)務(wù)需要來設(shè)定數(shù)據(jù)采集頻率，對監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)進(jìn)行無人值守實(shí)時(shí)采集。利用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行濾波、A/D轉(zhuǎn)化，最終為無線傳輸系統(tǒng)提供可靠的原始信號數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)獲得的信號數(shù)據(jù)為4-20mA的電流信號，將通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至數(shù)據(jù)中心，然后轉(zhuǎn)化為實(shí)際的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，不同參數(shù)轉(zhuǎn)化算法不同。轉(zhuǎn)化后的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，為準(zhǔn)確地掌握水質(zhì)狀況和動態(tài)變化趨勢提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將持久存儲在數(shù)據(jù)中心。
② 視頻數(shù)據(jù)采集
為現(xiàn)場設(shè)備、水域環(huán)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(fā)回?cái)?shù)據(jù)中心。依此實(shí)現(xiàn)對各個(gè)采樣點(diǎn)非法入侵、設(shè)備破壞、特種保護(hù)動物活動提供實(shí)時(shí)監(jiān)控。
2.2 云計(jì)算平臺的數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)用于將獲得的實(shí)時(shí)信號數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心以便對此數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化、分析、處理和存儲。數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)包括傳輸控制節(jié)點(diǎn)、通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心。
傳輸控制節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)采集器獲得原數(shù)據(jù)，并通過RS485網(wǎng)絡(luò)，將獲得的實(shí)時(shí)水質(zhì)參數(shù)信號數(shù)據(jù)傳送到GPRS無線混合通訊系統(tǒng)，經(jīng)由GPRS以及3G無線網(wǎng)絡(luò)傳送到有固定IP地址的數(shù)據(jù)中心。通訊傳輸采用“中心對多點(diǎn)”的TCP模式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠透明傳輸。各傳輸控制節(jié)點(diǎn)間也可相互通信，與有固定IP的數(shù)據(jù)中心超級節(jié)點(diǎn)之間形成多層重疊混合網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心對整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的管理。各用戶終端設(shè)備通過該子系統(tǒng)完成登入、退出及異常處理，建立穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，為傳輸信號數(shù)據(jù)和控制信令建立雙向數(shù)據(jù)傳輸通道和通訊鏈路。
2.3 云計(jì)算平臺的數(shù)據(jù)處理中心
數(shù)據(jù)中心是整個(gè)云計(jì)算平臺服務(wù)體系的優(yōu)秀，其主要功能是對數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲。通過數(shù)據(jù)中心，一方面，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)數(shù)字信號信息的接受、分析處理、預(yù)警及存儲，另一方面，還可以通過遠(yuǎn)程無線控制進(jìn)行隨機(jī)監(jiān)控和采樣周期設(shè)定及視頻監(jiān)控等工作。
2.4 云計(jì)算平臺的實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警
實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)提供監(jiān)控和預(yù)警兩項(xiàng)功能。監(jiān)控模塊主要完成兩個(gè)方面的工作：一方面，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的查看，在線分析和報(bào)表下載功能；另一方面，對無線視頻采集系統(tǒng)獲得的現(xiàn)場圖像進(jìn)行分析、比對，對異常現(xiàn)場狀況采取措施；預(yù)警模塊也主要完成兩方面工作：一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)中心發(fā)現(xiàn)異常數(shù)字信號后，傳送異常類別給實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)，該系統(tǒng)完成對實(shí)時(shí)數(shù)字信號的預(yù)警處理任務(wù)；另一方，為授權(quán)用戶和決策人員提供自動預(yù)警處理結(jié)果。
2.5 野外太陽能供電系統(tǒng)
由于無法通過交流電對白龜山水庫水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)供電，因此必須選擇適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境的可靠的供電方案來解決此問題。根據(jù)白龜山水庫的氣候特點(diǎn)，本著綠色、節(jié)能、環(huán)保和低碳的原則，采用太陽能供電系統(tǒng)作為供電方案。
3 結(jié)語
應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了白龜山水庫水環(huán)境指標(biāo)的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，云計(jì)算平臺對監(jiān)測信息進(jìn)行及時(shí)快捷有效地處理并能實(shí)現(xiàn)信息共享，為加強(qiáng)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(jīng)成為社會非常重視和關(guān)注的問題。針對當(dāng)前基于有線網(wǎng)絡(luò)和固定傳感器技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)存在監(jiān)測盲區(qū)的問題，設(shè)計(jì)了一套基于Zigbee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦監(jiān)測系統(tǒng)方案。分析了煤礦監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)對預(yù)防煤炭安全事故有著重要的意義。
[關(guān)鍵詞] 煤礦安全； 監(jiān)測系統(tǒng)； 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)； Zigbee協(xié)議； 節(jié)點(diǎn)
引言
我國煤礦開采方式只要是以礦工開采為主，多數(shù)礦井都有瓦斯、煤塵、火災(zāi)等隱患。我國煤礦生產(chǎn)形勢一直十分嚴(yán)峻，煤礦頻繁發(fā)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(chǎn)，是制約我國煤礦行業(yè)發(fā)展的主要障礙。但是目前我國使用的安全監(jiān)測系統(tǒng)主要還是以現(xiàn)場總線為主，通過有線方式進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的采集和傳輸，這在礦井特殊環(huán)境下存在許多的弊端。如井下監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量有限，存在監(jiān)控盲區(qū)；隨著挖掘的深入，傳感器無法實(shí)現(xiàn)快速跟進(jìn)；一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，系統(tǒng)就會癱瘓等。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)自組織、結(jié)構(gòu)靈活、以數(shù)據(jù)為中心的特點(diǎn)很適合礦井環(huán)境安全監(jiān)測的應(yīng)用，無線通信技術(shù)ZigBee的低功耗、低成本、覆蓋范圍大、高可靠性等都符合系統(tǒng)的要求，很好的解決了上述的弊端。本文設(shè)計(jì)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，是通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對煤礦監(jiān)控區(qū)域瓦斯?jié)舛群蜏貪穸鹊刃盘柕牟杉瘻y量，同時(shí)將所采集的信息在地面控制中心 PC 機(jī)上實(shí)時(shí)地顯示出來，對煤礦井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測和智能預(yù)警，對煤礦的安全生產(chǎn)具有重大的意義。
1 總體結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)分為井上及井下兩大部分，由協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)和監(jiān)控中心管理系統(tǒng)組成。在主巷道的入口處架設(shè)協(xié)調(diào)器，在煤礦井下主巷道和采掘工作面中每隔幾十米布設(shè)一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)，礦井工作人員佩戴移動的終端節(jié)點(diǎn)，每個(gè)采掘區(qū)形成一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它通過協(xié)調(diào)器采用總線與地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)相連。其中協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成基于zigbee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，三種節(jié)點(diǎn)相互配合，共同完成對瓦斯?jié)舛取貪穸葦?shù)據(jù)的采集、傳輸和對網(wǎng)絡(luò)的管理。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
系統(tǒng)井下部分為路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。終端節(jié)點(diǎn)上使用瓦斯傳感器、溫濕度傳感器等對井下環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過路由節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)送給井上協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過串行接口將數(shù)據(jù)傳給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)收集數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并能夠通過以太網(wǎng)或Internet將數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心。
2 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)
協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)采用相同的硬件設(shè)計(jì)。考慮到系統(tǒng)具有低功耗和可靠性高等要求， PIC18F4620單片機(jī)具有低功耗、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)；CC2420射頻芯片只需簡單外圍電路設(shè)計(jì)，且支持ZigBee協(xié)議。傳感器節(jié)點(diǎn)采用PIC18F4620單片機(jī)和CC2420射頻芯片。節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
節(jié)點(diǎn)硬件平臺以PIC18F4620單片機(jī)和CC2420射頻芯片為優(yōu)秀，在單片機(jī)上擴(kuò)展出SPI接口與CC2420進(jìn)行連接，它們之間采用主從模式進(jìn)行通信，同時(shí)還在外圍擴(kuò)展了RS232和RS485接口電路。針對影響礦井安全環(huán)境的因素，系統(tǒng)采用瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦井環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理后傳輸給控制器。然后節(jié)點(diǎn)利用CC2420射頻收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送給中心節(jié)點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)值超標(biāo)，產(chǎn)生安全隱患時(shí)啟動報(bào)警裝置發(fā)出警報(bào)。瓦斯傳感器采用LXK-3，可以實(shí)現(xiàn)瓦斯?jié)舛?%以內(nèi)的檢測，且當(dāng)持續(xù)半分鐘檢測到瓦斯?jié)舛雀哂?%時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警信號。溫濕度傳感器采用SHT11，根據(jù)煤礦的溫濕度參數(shù)自動對瓦斯傳感器校零，從而提高瓦斯?jié)舛葓?bào)警器的準(zhǔn)確性。節(jié)點(diǎn)采用9V電池供電，通過穩(wěn)壓器將電壓輸出轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可用電壓。
3 軟件開發(fā)環(huán)境
MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列單片機(jī)的基于Windows 操作系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境，采用匯編語言或C語言使用內(nèi)置編輯器創(chuàng)建和編輯源代碼。MPLAB ICD 2 在線調(diào)試器實(shí)時(shí)調(diào)試可執(zhí)行邏輯，使用 MPLAB ICD 2 器件編程器向單片機(jī)中燒寫。
ZigBee協(xié)議棧由Microchip協(xié)議棧的3.5版本來實(shí)現(xiàn)。Microchip協(xié)議棧的3.5版本能夠在大多數(shù)PIC18系列的單片機(jī)上進(jìn)行移植，并支持各種ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)全功能設(shè)備和精簡功能設(shè)備的功能。
4 節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
在本系統(tǒng)中，節(jié)點(diǎn)設(shè)備的功能不同。傳感器終端節(jié)點(diǎn)的主要功能是通過瓦斯傳感器和溫濕度傳感器對礦井環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)；路由器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層程序主要功能是網(wǎng)絡(luò)路由的維護(hù)、節(jié)點(diǎn)的管理和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)龋粎f(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的任務(wù)是創(chuàng)建整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并將從傳感器節(jié)點(diǎn)傳輸來的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，同時(shí)將控制命令發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)。傳感器終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)均有各自的應(yīng)用層程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，這三個(gè)文件分別是終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序，分別實(shí)現(xiàn)了各自的功能。
終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)三種節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序都是通過調(diào)用原語，通過改變原語的狀態(tài)使ZigBee協(xié)議棧的各子層實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作來實(shí)現(xiàn)的。在程序的初始階段都要先對看門狗、硬件、協(xié)議棧及其它部分進(jìn)行初始化操作。節(jié)點(diǎn)初始化后，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)在建好網(wǎng)絡(luò)后加入網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)各自在網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù)。
4.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)的聯(lián)系紐帶。它一方面要?jiǎng)?chuàng)建網(wǎng)絡(luò)，對網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行分配，并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；另一方面要在收到數(shù)據(jù)請求時(shí)從終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)讀取數(shù)據(jù)信息，并將這些數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)開始運(yùn)行后，要先對PIC18F4620單片機(jī)和CC2420芯片進(jìn)行初始化操作，然后創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)并對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)聽，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。節(jié)點(diǎn)的程序流程圖如圖3所示。
4.2 路由節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間可能因?yàn)榫嚯x等問題無法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，路由節(jié)點(diǎn)的功能主要是幫助協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)建立完整的網(wǎng)絡(luò)，管理其覆蓋范圍內(nèi)的傳感器終端節(jié)點(diǎn)，對網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，類似于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中繼站。當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)以后，路由節(jié)點(diǎn)要搜索并加入網(wǎng)絡(luò)，然后管理其覆蓋區(qū)域的傳感器終端節(jié)點(diǎn)加入或離開網(wǎng)絡(luò)。該節(jié)點(diǎn)的流程圖如圖4所示。
4.3 終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的功能是利用節(jié)點(diǎn)上的傳感器對環(huán)境對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行感知和采集，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，然后通過CC2420射頻芯片將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。終端節(jié)點(diǎn)在收到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)請求命令后才會進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送，在沒有數(shù)據(jù)請求的時(shí)候處于休眠狀態(tài)，以減少能量消耗。終端節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖如圖5所示。
5 結(jié)束語
將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到煤礦安全監(jiān)測中，可隨意增加移除監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，方便網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，彌補(bǔ)了煤礦目前的煤礦生產(chǎn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的不足，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和煤礦監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，成本的不斷下降和體積的進(jìn)一步減小，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的大規(guī)模應(yīng)用會很快實(shí)現(xiàn)，未來的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)會更智能、更完善、更穩(wěn)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(shù)的應(yīng)用與研究，將檢測、成像及診斷系統(tǒng)的結(jié)合一體，完成對膠帶內(nèi)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(diǎn)隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，實(shí)現(xiàn)對鋼絲繩芯膠帶的在線監(jiān)測，保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
關(guān)鍵詞：在線漏磁成像監(jiān)測
一、前言
強(qiáng)力膠帶機(jī)由于運(yùn)輸能力大，運(yùn)輸距離長，所以廣泛應(yīng)用于我國礦山等行業(yè)。但是由于強(qiáng)力膠帶機(jī)運(yùn)距長、負(fù)荷大、設(shè)備老化等問題，造成皮帶接頭易損、帶身鋼絲繩斷裂，設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)存在重大隱患。如果發(fā)生事故，不但會造成重大的財(cái)產(chǎn)損失，而且造成更為嚴(yán)重的人員傷亡事故。
彭莊煤礦礦現(xiàn)有鋼絲繩膠帶機(jī)2部，在設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)膠帶接頭的完好情況是整個(gè)膠帶機(jī)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，現(xiàn)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(jīng)驗(yàn)，雖然在管理中要求司機(jī)在班中嚴(yán)格按規(guī)定巡檢，但難免監(jiān)測不到位，因此極不科學(xué)，很容易出現(xiàn)斷帶事故。
目前國內(nèi)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(yè)人員才能看懂，不便快速有效的發(fā)現(xiàn)膠帶在運(yùn)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(shù)的應(yīng)用研究，將檢測、成像及診斷結(jié)合起來，對重點(diǎn)隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查檢修，及時(shí)排除隱患，保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦井的安全生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。
二、綜合在線監(jiān)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(jìn)行充磁，當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，通過對膠帶內(nèi)鋼絲繩芯磁通量的變化情況實(shí)現(xiàn)對膠帶內(nèi)鋼絲繩芯的銹蝕、斷繩、接頭抽動、移位、鍍鋅層老化等工況實(shí)行高速、在線、電磁檢測。當(dāng)某處損傷超標(biāo)或接頭抽動超標(biāo)時(shí)再啟動 X射線部分進(jìn)行低速在線或定點(diǎn)透視，從而使用戶能更清楚、直觀地看到損傷點(diǎn)或接頭的透視圖像，以便采取進(jìn)一步的合理修復(fù)手段，防范隱患擴(kuò)大或事故發(fā)生。
2、系統(tǒng)的組成：
電磁傳感器：完成對輸送帶內(nèi)鋼絲繩芯的加磁及漏磁信號的拾取與檢測；
X 光機(jī)系統(tǒng)：X光發(fā)射、接收裝置、皮帶定位裝置，完成機(jī)架內(nèi)皮帶定位及其透視圖像的實(shí)時(shí)采集；
下位計(jì)算機(jī)：完成對磁信號及視頻圖像的接收、預(yù)處理、打包、發(fā)送以及電源的提供；
上位計(jì)算機(jī)：完成對信號的接收、校驗(yàn)、后處理、存儲與實(shí)時(shí)顯示和報(bào)表打印。
3、系統(tǒng)的功能：
⑴完成輸送帶內(nèi)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(nèi)鋼繩芯損傷點(diǎn)或接頭的 X 射線低速在線或定點(diǎn)透視；⑶檢測數(shù)據(jù)及掃描圖像可通過日期、接頭號、位置等選項(xiàng)進(jìn)行查詢、觀看和比對、分析；⑷系統(tǒng)最終出具檢測數(shù)據(jù)、曲線圖、文字報(bào)告，并具超限報(bào)警功能；⑸實(shí)現(xiàn)各檢測值的長時(shí)間存儲及報(bào)表打印；⑹系統(tǒng)可通過光纖遠(yuǎn)距離傳輸并可進(jìn)入用戶局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；⑺對輸送帶進(jìn)行輔助定位,并進(jìn)行聲音提示。
4、系統(tǒng)的特點(diǎn)：
⑴磁傳感器形式：數(shù)字式、密集型、單箱式傳感器；⑵磁傳感器維護(hù)：無傳感器調(diào)節(jié)窗口、溫度自適應(yīng)、徹底免維護(hù)、免調(diào)試；⑶系統(tǒng)模塊化的多層單片機(jī)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)運(yùn)行更快、更穩(wěn)定、更容易實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代；⑷面對用戶的人性化、模塊化、傻瓜型的軟件設(shè)計(jì)，使用戶無需懂太多計(jì)算機(jī)知識的人也可以輕松使用該系統(tǒng)；⑸系統(tǒng)可進(jìn)入用戶的局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；⑹可大大降低工人的勞動強(qiáng)度，改善其勞動工作條件，縮短檢測時(shí)間；⑺人可以遠(yuǎn)距離進(jìn)行X光透視,免輻射。
三、設(shè)備的安裝與調(diào)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(yuǎn)離強(qiáng)磁場、不易受砸、安裝維護(hù)方便、信號傳輸距離盡量短等。
傳感器應(yīng)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(diào)節(jié)為60mm+5mm，最后用螺母擰緊即可。
安裝注意事項(xiàng)：
⑴傳感器箱應(yīng)安裝在皮帶抖動小的地方（最好安裝在機(jī)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(shí)，應(yīng)加裝彈墊,切記擰緊，防止長期震動導(dǎo)致螺母松動。
2、X光系統(tǒng)各部分的安裝(僅限綜合系統(tǒng))：
現(xiàn)場安裝期間，發(fā)現(xiàn)該裝置的固定裝置，不牢靠及X光機(jī)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(jī)縱梁上平面之間有不低于300的間距，我們對機(jī)架的固定方式及托輥架進(jìn)行了改造。
原有X光機(jī)架為落地式，它要求安裝地點(diǎn)的底板必須與膠帶平行方可安裝，由于井下地理?xiàng)l件的不同及底板的起伏不平，造成機(jī)架安裝后，X光機(jī)縱向移動架與膠帶機(jī)縱梁交叉，影響機(jī)架前后移動距離。我們在與廠家技術(shù)人員研究后，提出將機(jī)架改造為吊掛式使用，具體方法如下：
⑴在機(jī)架前后兩端，加工四根等距吊架，將X光機(jī)機(jī)架整體吊掛在膠帶機(jī)縱梁上；⑵再在機(jī)架前后兩端，加工四根拉桿，將機(jī)架與膠帶機(jī)前后H架固定在一起；⑶原有膠帶機(jī)上托架為插板式，托輥上沿只比縱梁高出60，我們在不停產(chǎn)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(jiān)測裝置處形成橋型段，既滿足了監(jiān)測裝置的安裝要求，又保證了礦井生產(chǎn)的正常進(jìn)行。
四、使用的注意事項(xiàng)
1、硬件設(shè)備：
⑴傳感器箱在運(yùn)輸安裝時(shí)，應(yīng)避免強(qiáng)烈的震動或碰撞；⑵操作該系統(tǒng)時(shí)，操作者必須經(jīng)過計(jì)算機(jī)操作培訓(xùn),并嚴(yán)格按照該使用說明書進(jìn)行操作；⑶應(yīng)定期檢查傳感器箱固定螺絲是否松動；⑷每次使用本產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行設(shè)備自檢，如果發(fā)現(xiàn)有設(shè)備損壞應(yīng)及時(shí)修理或與廠家聯(lián)系⑸X光機(jī)啟動時(shí),請勿在機(jī)架附近長時(shí)逗留。
2、軟件使用：
禁止拷貝與該系統(tǒng)無關(guān)軟件到本計(jì)算機(jī)，防止病毒侵入影響，使用 U盤或移動硬盤時(shí)先進(jìn)行殺毒再使用。
禁止刪除系統(tǒng)軟件中的任何文件，防止軟件無法正常運(yùn)行。
五、常見問題及解答
1、實(shí)時(shí)監(jiān)測過程中或處理數(shù)據(jù)過程中，計(jì)算機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)，不能正常運(yùn)行：
⑴檢查計(jì)算機(jī)所在室溫是否高于35℃或低于 0℃，若是應(yīng)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(jì)算機(jī)是否有病毒并用正版殺毒軟件進(jìn)行查殺病毒。
2、報(bào)表及圖形數(shù)據(jù)打印，顏色太淺，無法看清。 更換色帶、墨盒、硒鼓。
3、計(jì)算機(jī)自檢時(shí)顯示下位機(jī)連接不上：
⑴下位機(jī)電源是否已經(jīng)打開；⑵USB 轉(zhuǎn)光纖模塊是否按操作規(guī)程（先啟動工控機(jī),待啟動完畢,再按住 USB 轉(zhuǎn)光纖模塊按鈕 3 秒）,如果不是,請按規(guī)定操作,便可正常連接下位機(jī)；⑶光纖是否折斷(用激光筆從一側(cè)照光纖,另一側(cè)可見到光,即為完好)，若折斷則需更換；⑷下位機(jī)通訊板損壞，需更換；⑸USB轉(zhuǎn)光纖模塊損壞,需更換。
六、結(jié)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(jiān)測系統(tǒng)之后，通過該系統(tǒng)的投入使用，完成對膠帶內(nèi)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(diǎn)隱患部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，實(shí)現(xiàn)對鋼絲繩芯膠帶的在線監(jiān)測，保證設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)，為礦井的安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
【摘要】紅外瓦斯傳感器是預(yù)防煤礦井下瓦斯災(zāi)害事故，確保生產(chǎn)安全的重要監(jiān)測系統(tǒng)，對于煤礦生產(chǎn)具有重要意義。本文從目前較為典型的集中瓦斯監(jiān)測手段入手，分析了其利弊，以綜合性能優(yōu)勢較為典型的紅外瓦斯傳感器技術(shù)為例，分析了其應(yīng)用優(yōu)勢，希望能為煤礦安全生產(chǎn)提供幫助。
【關(guān)鍵詞】煤礦；安全生產(chǎn)；瓦斯事故；紅外瓦斯傳感器
經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)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(yīng)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(guān)鍵手段，近些年來瓦斯事故頻發(fā)，引發(fā)了極大的社會關(guān)注，不僅造成了重大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)也嚴(yán)重威脅著井下人員的生命安全，因此，煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵在于有效控制和預(yù)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(yù)防和處理要從形成規(guī)律、爆炸特性等入手，加強(qiáng)對瓦斯的監(jiān)控，目前煤礦生產(chǎn)中多應(yīng)用紅外瓦斯傳感器來監(jiān)測，其靈敏度和可靠性對確保安全生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義，是煤礦安全生產(chǎn)系統(tǒng)的眼睛和重要組成部分。下面我們結(jié)合煤礦安全生產(chǎn)實(shí)際，分析一下紅外瓦斯傳感器在煤礦監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用，希望能為煤礦安全生產(chǎn)工作提供參考。
一、瓦斯檢測手段與問題
我國國內(nèi)瓦斯傳感器最初主要以熱催化型、光干涉型、熱導(dǎo)型、氣敏半導(dǎo)體型和紅外氣體吸收型為主。
熱催化型雖然實(shí)現(xiàn)瓦斯監(jiān)測，但是穩(wěn)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(jiān)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(jiān)測瓦斯?jié)舛龋F(xiàn)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(xiàn)誤差，無法長時(shí)間大范圍使用[1]。熱導(dǎo)型是利用熱導(dǎo)原理檢測空氣與所測氣體之間的導(dǎo)率差來實(shí)現(xiàn)檢測，其結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用安全，壽命長，有眾多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其受加工精度影響較大，對于低濃度瓦斯的監(jiān)測常出現(xiàn)失誤，水蒸氣、氧氣濃度也會干擾其正常工作。氣敏半導(dǎo)體型是近年來發(fā)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(diǎn)，但是由于受材料材質(zhì)、溫度等因素影響，應(yīng)用性較差，在準(zhǔn)確度和精度上也有待提高，仍需加強(qiáng)實(shí)踐與研究[2]。
紅外氣體吸收型即是目前應(yīng)用較廣的紅外瓦斯傳感技術(shù)，它利用紅外光譜對不同氣體的吸收強(qiáng)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(shù)相比，在各種性能上都有著較為突出的表現(xiàn)，也是目前應(yīng)用性最強(qiáng)的一種技術(shù)[3]。這種技術(shù)傳入國內(nèi)時(shí)由于受到我國礦井特殊環(huán)境影響，使用成本高，兼容性差，但是借由中國煤炭科工集團(tuán)的深入研究與自主研發(fā)，終于成功推出了適合我國井下環(huán)境性能可靠的紅外瓦斯傳感器監(jiān)測技術(shù)，在國際上也達(dá)到了領(lǐng)先水準(zhǔn)。
二、紅外瓦斯傳感器原理與優(yōu)勢
紅外瓦斯傳感器主要是為監(jiān)測管道內(nèi)的氣體濃度而研發(fā)設(shè)計(jì)，它以紅外吸收原理為優(yōu)秀，采取數(shù)字式溫度補(bǔ)償、擴(kuò)散式采樣等技術(shù)，具有高檢測精度、高穩(wěn)定性等優(yōu)勢，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜環(huán)境，應(yīng)用范圍廣。它能夠廣泛應(yīng)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(nèi)瓦斯氣體濃度的監(jiān)測。監(jiān)測儀在工作過程中，對環(huán)境內(nèi)的瓦斯提起濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)濃度超出系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的上限值時(shí)，就會立即通過聲光進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警系統(tǒng)以發(fā)光二極管和驅(qū)動蜂鳴器為主，向監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出告警信號[4]。
應(yīng)用紅外吸收原理的瓦斯傳感器性能可靠，使用壽命長，調(diào)校周期>2月，其一體化水分離裝置，能夠很好的規(guī)避管道內(nèi)水分、塵埃等多種物質(zhì)，確保檢測精度，氣路設(shè)計(jì)的特殊形式對于各種正壓、負(fù)壓管道都有很好的應(yīng)用性，濃度檢測以紅外遙控為主，應(yīng)用簡單，溫度補(bǔ)償精確，不會因礦井下的特殊環(huán)境而出現(xiàn)改變或漂移，抗干擾能力強(qiáng)，對于多種雜質(zhì)、氣體都有很好的抵抗作用，能夠提供多種常用的數(shù)據(jù)輸出接口，兼容性強(qiáng)，是目前應(yīng)用優(yōu)勢最為顯著的一種礦井下瓦斯監(jiān)測技術(shù)。目前多種瓦斯傳感器實(shí)際應(yīng)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(shù)，在抗干擾能力和智能化程度上都較低，是需要加強(qiáng)研究的重要應(yīng)用課題，對于提升未來礦井下瓦斯安全監(jiān)測具有積極意義[5]。
三、紅外瓦斯傳感器的具體應(yīng)用
煤礦井下的環(huán)境較為特殊，復(fù)雜多變，不可控因素較多，因而發(fā)生安全事故的幾率也較高。預(yù)防瓦斯事故的發(fā)生，確保相關(guān)人員聲明安全，降低經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，是井下安全工作的重要目標(biāo)。紅外瓦斯傳感器在應(yīng)用中通過不斷技術(shù)創(chuàng)新完善著煤礦的監(jiān)測系統(tǒng)，使用差動補(bǔ)償信號處理、雙敏感元件等技術(shù)突破了種種限制，為煤礦生產(chǎn)安全作出貢獻(xiàn)。
在監(jiān)測井下環(huán)境瓦斯氣體濃度時(shí)，傳感器可以通過連續(xù)自動的將井下沼氣濃度轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號輸送給關(guān)聯(lián)設(shè)備，并且應(yīng)用差動補(bǔ)償信號處理技術(shù)就地顯示濃度值，在超出預(yù)設(shè)值時(shí)自動報(bào)警。它通過與各類新型監(jiān)測系統(tǒng)、斷電儀、風(fēng)電瓦斯閉鎖裝置等配套使用，在煤礦采掘工作面、回風(fēng)巷道等都可以固定使用。雖然熱導(dǎo)型、熱催化型技術(shù)上存在一定缺陷，但是可以應(yīng)用兩種技術(shù)原理與紅外傳感器技術(shù)相結(jié)合測量瓦斯?jié)舛龋淖冊械膯我辉y量不穩(wěn)定現(xiàn)象，借由人工智能技術(shù)優(yōu)勢對信息進(jìn)行高度精確處理和分析，將穩(wěn)定性指標(biāo)再次提升，延長使用壽命[6]。這些技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用能夠加快傳感器反應(yīng)速度，使結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，便于使用和維護(hù)，同時(shí)還增加了斷電控制、遙控調(diào)校、故障自校自檢等功能，節(jié)約了維護(hù)和使用成本，對于預(yù)防煤礦重大瓦斯災(zāi)害事故具有重要作用，也是煤礦生產(chǎn)企業(yè)更好的產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的可靠保障。
以目前市場上性能較為優(yōu)越的英國E2V-IR12GJ為例，它基于非色散紅外設(shè)計(jì)原理，采用非色散紅外技術(shù)（NDIR）原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且傳感器的光源采用非常節(jié)能的LED光源。LED光源采用特殊的算法產(chǎn)生優(yōu)化的輻射光譜，并且通過特殊的光學(xué)系統(tǒng)和升級過的硒化鉛和硒化鎘底片上的光敏二極管，結(jié)合內(nèi)置的溫度傳感器和微電子設(shè)備來產(chǎn)生信號。傳感器和上級的電子設(shè)備采用數(shù)字通信，遵循UART格式。它具有以下技術(shù)特點(diǎn)：可以檢測的氣體濃度范圍為0-100%或者0-100%LEL；含有溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，并且為線性輸出；數(shù)字輸出，可以直接接入上級設(shè)備；可以保存濃度、溫度補(bǔ)償和線性數(shù)據(jù)；極低的能量損耗――小于5mW；防爆Ex認(rèn)證。它可以連續(xù)自動地將井下甲烷濃度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電信號輸送給配接設(shè)備，并具有就地顯示沼氣濃度值，超限聲光報(bào)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(chǎn)監(jiān)督管理局實(shí)施的《中華人民共和國安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ6211-2008-煤礦非色散紅外甲烷傳感器》要求。傳感器在設(shè)計(jì)上以緊湊、小巧、模塊化、整體化為發(fā)展趨勢，在保持傳統(tǒng)紅外傳感器高穩(wěn)定、高抗干擾、長壽命、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)外，將傳統(tǒng)紅外原理光學(xué)部件省略，有效的降低了成本，同時(shí)還彌補(bǔ)了傳統(tǒng)紅外原理傳感器易受環(huán)境中灰塵覆蓋影響透光或反射的強(qiáng)度的問題，這對于減少傳統(tǒng)檢測儀故障報(bào)警缺陷具有積極意義。
煤礦安全生產(chǎn)需要依托監(jiān)測系統(tǒng)的全面運(yùn)行，紅外瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用紅外吸收原理，實(shí)現(xiàn)對井下瓦斯氣體濃度的監(jiān)測，通過應(yīng)用多種新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對安全生產(chǎn)的維護(hù)與保障，是煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分。
【摘 要】近年來，國內(nèi)煤礦重大安全事故不斷發(fā)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(chǎn)與監(jiān)測設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，希望能對各礦的安全生產(chǎn)發(fā)揮作用。
【關(guān)鍵詞】煤礦機(jī)電；安全；監(jiān)查
1.硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該煤礦安檢設(shè)備的基本功能有：煤礦各工作面瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)采集記錄并顯示；瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)報(bào)警；井下風(fēng)速采集記錄；負(fù)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(jī)工作狀態(tài)；風(fēng)機(jī)工作狀態(tài)；絞車工作狀態(tài)；電源過壓報(bào)警；失流報(bào)警；缺相報(bào)警；班次產(chǎn)量記錄；開關(guān)量采集及設(shè)備控制；載波數(shù)據(jù)傳輸；GSM/GPRS無線通信；參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)存儲；電源自動切換管理以及系統(tǒng)自檢等功能。設(shè)備分為井下數(shù)據(jù)采集終端和地面數(shù)據(jù)集中器兩部分。
2.采集終端設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集終端是用來采集、監(jiān)測、控制井下設(shè)備狀態(tài)并將數(shù)據(jù)記錄上傳給集中器的裝置，可同時(shí)采集16路的開關(guān)量和16路模擬量，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換形成數(shù)字量，安裝在井下防爆箱內(nèi)。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(jìn)行數(shù)據(jù)交換。集中器間采用載波通信方式，集中器可定時(shí)或隨時(shí)召喚井下各設(shè)備參數(shù)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(diǎn)的瓦斯?jié)舛取Ａ砍虨?-4%CH4，供電方式采取采集器統(tǒng)一直流l5V供電，保障其安全性。當(dāng)井下瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時(shí)，采集終端發(fā)出報(bào)警，報(bào)警燈不停閃爍的同時(shí)又通過語音報(bào)警以提示人員進(jìn)行緊急撤離。同時(shí)監(jiān)控室里的集中器也發(fā)出報(bào)警，提醒地勤人員采取緊急措施。另外，在報(bào)警同時(shí)打開風(fēng)門及風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)，以降低瓦斯?jié)舛取Ｍ瑯樱?dāng)井下一氧化碳濃度超標(biāo)也會發(fā)出報(bào)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(zhǔn)確性。
巷道風(fēng)量的測量采用礦用智能風(fēng)量傳感器，期，其測量范圍為風(fēng)速0.3-15m/s；坑道斷面積小于30m2；允許誤差小于+0.3m/s；重復(fù)性誤差讀數(shù)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(jīng)A/D轉(zhuǎn)換（或v/F轉(zhuǎn)換）后，可測得其通風(fēng)量的大小，以了解井下空氣質(zhì)量等。
由于井下到處都是易燃的煤，因此，當(dāng)溫度過高時(shí)極易發(fā)生自燃的情況；由于井下燃燒為不完全燃燒，因此會產(chǎn)生大量的一氧化碳。上述情況會導(dǎo)致井下人員的一氧化碳中毒，當(dāng)遇到明火時(shí)還會產(chǎn)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(jù)現(xiàn)場情況可安裝多個(gè)溫度測量點(diǎn)以監(jiān)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(xiǎn)情況造成人員重大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，井下需要實(shí)時(shí)巡檢巷道壓力情況，并及時(shí)整修。因此，在承重架下安裝壓力傳感器實(shí)現(xiàn)壓力應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測，可及時(shí)檢測到出現(xiàn)的險(xiǎn)情，從而能夠避免重大事故的發(fā)生。
井下設(shè)備大多為防爆型沒備，因此價(jià)格較一般同類型非防爆設(shè)備高許多。當(dāng)出現(xiàn)過壓、失流、缺相或三相不平衡等情況時(shí)，常會燒壞電機(jī)造成停產(chǎn)，從而造成重大的損失。為盡量杜絕或減少出現(xiàn)此類狀況后造成損失。在電機(jī)進(jìn)線上安裝精密的電壓、電流互感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓電流的變化。當(dāng)出現(xiàn)非正常變化時(shí)及時(shí)報(bào)警，超出預(yù)定值時(shí)自動斷開電源以保障沒備的安全。
井下設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常對安全生產(chǎn)：非常重要，因此對風(fēng)機(jī)、水泵、絞車等重大沒備工作狀態(tài)的監(jiān)測是采集終端的另一重要功能。實(shí)時(shí)監(jiān)測這些設(shè)備的二次觸點(diǎn)等開關(guān)量，然后經(jīng)光電隔離、整形、限流電路接到單片機(jī)端門，單片機(jī)可根據(jù)這些開關(guān)狀態(tài)來判定設(shè)備的工作狀態(tài)。另外，主控室還可通過集中器向采集終端下發(fā)某設(shè)備工作狀態(tài)命令。
3.數(shù)據(jù)集中器設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)集中器是放置在主控室用來匯集、監(jiān)測井下設(shè)備運(yùn)行狀況、對異常情況進(jìn)行報(bào)警及顯示，并能上傳的設(shè)備。同時(shí)，它還具有對地面絞車運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控、計(jì)量提升煤罐次數(shù)并計(jì)算生產(chǎn)量的功能。數(shù)據(jù)集中器可同時(shí)管理多個(gè)井礦下的采集終端設(shè)備，采用大容量掉電非遺失數(shù)據(jù)存儲器NVRAM，對井下各測量點(diǎn)數(shù)據(jù)可進(jìn)行定間隔（1-60mim可設(shè)）存儲一個(gè)月的數(shù)據(jù)；可根據(jù)礦上生產(chǎn)情況設(shè)定班次及上下班交接時(shí)間，同時(shí)采集、計(jì)算并保存當(dāng)前班、上一班、上上一班的生產(chǎn)量作為工人工作量核算的依據(jù)。采集方法是：在罐籠提升絞車電機(jī)進(jìn)線上安裝電壓、電流互感器，利用絞車檔位控制開關(guān)的空觸點(diǎn)進(jìn)行上下、檔位的辨別，根據(jù)罐籠提升重量的變化導(dǎo)致電機(jī)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(diǎn)是：由于廠礦電壓晝夜變化都較大，因此根據(jù)公式P=U×I可看出當(dāng)電壓變化時(shí)電流也隨著變化.電流互感器感應(yīng)電流也會隨著變化，另外還會出現(xiàn)提升過程中罐籠撞綁導(dǎo)致感應(yīng)電流瞬時(shí)過大的情況，也會有為防止罐籠過度搖擺出現(xiàn)危險(xiǎn)而在提升過程中暫停（也叫穩(wěn)繩）的情況。所以，在實(shí)際應(yīng)用中對提升過程采集的信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，還需要進(jìn)行求平均值以及設(shè)置穩(wěn)繩時(shí)間、空罐重量參數(shù)、正常罐重參數(shù)、超重報(bào)警參數(shù)等參數(shù)的沒置。根據(jù)提升有效罐次乘以標(biāo)準(zhǔn)罐煤重量計(jì)算出當(dāng)前班次的產(chǎn)量，到換班時(shí)間沒備自動進(jìn)行換班存儲，將當(dāng)前班次產(chǎn)量轉(zhuǎn)存為上一班次，上一班次轉(zhuǎn)存為上上班次，依次循環(huán)。對于小型煤礦，這樣的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)方式可以避免因錯(cuò)計(jì)、漏計(jì)、少計(jì)的人為因素而導(dǎo)致矛盾的發(fā)生。
為便于進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，集中器還具有人機(jī)接口。液晶顯示采用清華蓬遠(yuǎn)公司內(nèi)藏T6963C控制器的液晶模塊，分辨率為128×64點(diǎn)陣，能顯示漢字和圖形，可當(dāng)?shù)赝ㄟ^鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、遠(yuǎn)動控制操作等。實(shí)時(shí)刷新顯示井下各采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)及各設(shè)備開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)井下瓦斯?jié)舛取囟取⒇?fù)壓、一氧化碳濃度等超標(biāo)時(shí)，集中器面板上各對應(yīng)報(bào)警LED進(jìn)行閃爍報(bào)警、并顯示出報(bào)警點(diǎn)所在位置，同時(shí)伴有語音報(bào)警。
集中器與采集終端之間通過低壓電力線進(jìn)行載波通信，可實(shí)時(shí)召喚、存儲各采集終端下屬設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)字及數(shù)據(jù).并講行顯示。用戶可通過RS232串口、紅外或RS485接口實(shí)現(xiàn)本地計(jì)算機(jī)與集中器的數(shù)據(jù)交換，也可通過計(jì)算機(jī)經(jīng)集中器對各設(shè)備進(jìn)行開、停控制。本方案中還增加了GSM/GPRS通信方式，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)重大報(bào)警時(shí)，集中器自動將報(bào)警內(nèi)容通過短消息的形式發(fā)給預(yù)定義好的手機(jī)，或者通過GPRS式將各數(shù)據(jù)記錄及報(bào)警記錄上傳到主管部門的計(jì)算機(jī)。這樣做可以實(shí)現(xiàn)無人值守的要求。
4.軟件設(shè)計(jì)
本方案所涉及到的軟件設(shè)計(jì)包括三部分：運(yùn)行于數(shù)據(jù)采集終端中的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警、控制及通信程序；運(yùn)行于數(shù)據(jù)集中器中的數(shù)據(jù)采集、通信、報(bào)警及人機(jī)接口程序；運(yùn)行于PC機(jī)上的后臺監(jiān)控、數(shù)據(jù)庫等程序。
數(shù)據(jù)采集終端中的程序采用C51語言編寫，數(shù)據(jù)集中器中的程序也采用C51語言編寫，PC機(jī)上的后臺監(jiān)控程序即圖形界面用戶應(yīng)用程序，是通過Vistlal C++開發(fā)環(huán)境編寫的，采用串行口中斷的異步通信方式實(shí)現(xiàn)與無線MODEM通信；后臺數(shù)據(jù)庫程序采用Microsoft SQL Server2000編寫。
5.結(jié)論
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對能源的需求越來越大，在加大生產(chǎn)量的同時(shí)決不能忽視安全生產(chǎn)、嚴(yán)格管理的重要性。相對較落后的安檢設(shè)備已不再適應(yīng)新形式的需要，也滿足不了現(xiàn)代化的管理要求。本設(shè)計(jì)方案采用上述思路和結(jié)構(gòu)，既避免了布線、維修帶來的不便，又提高了管理的現(xiàn)代化水平，滿足了用戶對井下生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和對險(xiǎn)情及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除的要求，能有效杜絕多數(shù)礦難事故的發(fā)生，為中小型煤礦提供了一種新穎的監(jiān)測方法和手段。
【摘 要】煤礦安全監(jiān)控是煤礦生產(chǎn)中保證安全生產(chǎn)的重要手段。文章首先對我國煤礦安全監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了回顧，對CAN 總線技術(shù)及其應(yīng)用狀況進(jìn)行了概述。然后設(shè)計(jì)了一種基于CAN 總線技術(shù)的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，并對其進(jìn)行了測試。測試連續(xù)進(jìn)行了10天，共計(jì)240 h，傳輸數(shù)據(jù)5.6×108個(gè)，誤碼率為0。
【關(guān)鍵詞】CAN 總線技術(shù)；煤礦安全；監(jiān)測系統(tǒng)
1 我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
煤礦安全監(jiān)控技術(shù)是隨著煤炭工業(yè)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和自動化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一門技術(shù)。煤礦安全監(jiān)控技術(shù)為煤礦的安全生產(chǎn)提供了良好的技術(shù)保障。我國一直是全球最大的煤炭生產(chǎn)國，對煤礦安全監(jiān)控也十分重視。從上世紀(jì)八十年代開始，我國開始從國外，如德國、美國、波蘭等，引進(jìn)安全監(jiān)控系統(tǒng)。之后我國逐漸在消化國外技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合我國煤礦的實(shí)際情況，自行研制了一批監(jiān)控設(shè)備，代表性的國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)有KJF2000、KJ66、WEBGIS，等等。這些設(shè)備為我國煤礦安全生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)。隨著安全監(jiān)控技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸逐漸成為各國競相研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前，我國在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域還處于比較落后的地位，主要存在的問題有以下幾點(diǎn)：①傳輸速率慢；②非標(biāo)準(zhǔn)化；③高速傳輸時(shí)的傳輸距離短；④無中繼連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)少；⑤傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活性差。
2 CAN 總線技術(shù)概述及其在煤礦安全監(jiān)控中的應(yīng)用
CAN的全名是ControllerAreaNetwork，屬于現(xiàn)場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的本行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN總線技術(shù)最早是在1986年由德國電氣商博世公司開發(fā)的，當(dāng)時(shí)主要用于汽車領(lǐng)域。此后不久，CAN的高性能和高可靠性獲得了全世界的認(rèn)同，并迅速在工業(yè)設(shè)備、工業(yè)自動化等眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。到了上世紀(jì)九十年代末期，人們試著將其應(yīng)用于煤礦安全監(jiān)控中，結(jié)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(jù)優(yōu)先權(quán)進(jìn)行總線訪問；②無破壞性的基于優(yōu)先權(quán)的仲裁；③借助接收濾波的多地址幀傳送；④遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求；⑤配置靈活性；⑥全系統(tǒng)數(shù)據(jù)相容性；⑦錯(cuò)誤檢測和出錯(cuò)信令；⑧發(fā)送期間若丟失仲裁或由于出錯(cuò)而遭破壞的幀可自動重發(fā)送；⑨暫時(shí)錯(cuò)誤和永久性故障節(jié)點(diǎn)的判別以及故障節(jié)點(diǎn)的自動脫離。
CAN中的總線數(shù)值為兩種互補(bǔ)邏輯數(shù)值：“顯性”數(shù)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(fā)送“隱性”狀態(tài)，“顯性”狀態(tài)以大于最小閾值的差分電壓表示。在“隱性”狀態(tài)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(tài)改寫“隱性”狀態(tài)并發(fā)送。如圖l所示。
圖1 總線位的數(shù)值表示
基于CAN總線的煤礦井下安全監(jiān)測系統(tǒng)由井上通信系統(tǒng)和井下通信系統(tǒng)（監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)）組成。CAN總線包含2層通信網(wǎng)絡(luò)：（1）數(shù)據(jù)接口和井下監(jiān)測分站之間的通信；（2）井下監(jiān)測分站與各種安全監(jiān)測傳感器之間的通信。
3 監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 微處理器系統(tǒng)
根據(jù)煤礦井下環(huán)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(jī)的CPU。首先，ATmega64的執(zhí)行速度快，采用了單循環(huán)周期指令，而且性能穩(wěn)定，完全可以滿足通信管理機(jī)的要求；CAN總線上數(shù)據(jù)收發(fā)采用中斷的方式，提高了通信管理機(jī)的實(shí)時(shí)性；ATmega64提供了2個(gè)串口，一個(gè)串口通過Max232提供RS-232串行通訊口，另一個(gè)串口備用，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)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(fā)器MCP2551連接到CAN總線上，單片機(jī)的I/O口連接SJA1000的AD0～AD7以及ALE、CS、RST、RD和WR等引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和總線控制。SJA1000的TX0、RX0分別接CAN收發(fā)器MCP2551的TXD和RXD引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。MCP2551是CAN協(xié)議控制器和物理總線的接口，提供了對總線的差動發(fā)送能力和對CAN控制器的差動接收能力。
4 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
煤礦井下監(jiān)測是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，檢測系統(tǒng)需要監(jiān)測的內(nèi)容很多，有生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，有井下溫度、風(fēng)速、風(fēng)量、氣壓以及粉塵濃度的監(jiān)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(jiān)測。對于如此復(fù)雜的監(jiān)測系統(tǒng)，一旦通信出現(xiàn)故障，后果將非常嚴(yán)重，根據(jù)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(jī)軟件通過RS-232串口定時(shí)1s向數(shù)據(jù)接口發(fā)送80個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)，并將發(fā)送的數(shù)據(jù)顯示在窗口，同時(shí)顯示發(fā)送的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。數(shù)據(jù)接口接收到數(shù)據(jù)后按CAN協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)打包，然后發(fā)送給監(jiān)測分站。在數(shù)據(jù)接口與監(jiān)測分站之間連接一段長度為12 km的仿真線，監(jiān)測分站將收到的數(shù)據(jù)原樣傳送給傳感器。而后，傳感器再將收到的數(shù)據(jù)返回給監(jiān)測分站，分站將數(shù)據(jù)返回給數(shù)據(jù)接口，數(shù)據(jù)接口將收到的數(shù)據(jù)解包，通過RS-232送回上位機(jī)。上位機(jī)將收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)逐個(gè)比較，若80個(gè)數(shù)據(jù)完全吻合，則將顯示收到的數(shù)據(jù)以及正確數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，并根據(jù)發(fā)送與收到正確數(shù)計(jì)算誤碼率。該軟件可同時(shí)記錄測試的時(shí)間。以上測試連續(xù)進(jìn)行10天，共計(jì)240 h，傳輸數(shù)據(jù)5.6×108個(gè)，誤碼率為0。由此，CAN總線性能可靠、穩(wěn)定，是一種理想的通信總線。
摘 要：針對煤礦提升機(jī)提升系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀，本文提出并設(shè)計(jì)了一種礦井提升機(jī)振動在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)礦井提升機(jī)的在線狀態(tài)監(jiān)測、診斷和報(bào)警。同時(shí)將有限元模態(tài)計(jì)算和模態(tài)分析結(jié)合，利用ANSYS對提升機(jī)振動進(jìn)行模態(tài)分析，分析結(jié)果與提升機(jī)在實(shí)際情況下的振動相符，為后期工作提供理論指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：多繩摩擦提升機(jī) 振動測試 有限元 模態(tài)分析 ANSYS
地下采礦等行業(yè)使用較多的是一種關(guān)鍵運(yùn)輸機(jī)是多多繩摩擦式提升機(jī)，此類機(jī)器也是提升機(jī)未來的發(fā)展方向，它對于礦山生產(chǎn)中井下生產(chǎn)和地表運(yùn)輸紐帶之間的溝通的作用影響重大。提升機(jī)的主要承載裝置是電機(jī)主軸，其是否是正常運(yùn)行狀態(tài)對生產(chǎn)的效率和安全有直接的影響，整個(gè)系統(tǒng)的安全與之息息相關(guān)。根據(jù)振動理論對主電機(jī)軸承和天輪軸承的監(jiān)測和分析，以達(dá)到解決提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行的振動問題對現(xiàn)實(shí)有著重大意義。
1 系統(tǒng)硬件組成
（圖1）就是多繩摩擦提升機(jī)，它是一種大型低速、重負(fù)荷旋轉(zhuǎn)機(jī)械。驅(qū)動電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、卷筒和軸承等構(gòu)成了煤礦立井提升系統(tǒng)。振動測試有兩個(gè)特殊點(diǎn)：（1）整棟具有規(guī)則的周期性。（2）轉(zhuǎn)動部件是大型設(shè)備的主要振動測試對象。有三個(gè)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?yàn)椴煌姆较虿煌墓收蠒胁煌默F(xiàn)象，比方說水平方向不平衡，垂直方向松動，而軸向反映強(qiáng)烈的是不對稱。通常情況下會將徑向得像個(gè)測點(diǎn)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(jiān)測系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的“傳感器十變送器”模式的振動測量系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)型高精度振動測量系統(tǒng)，該變送器可直接連接DCS、PLC或其它系統(tǒng)，是電機(jī)等設(shè)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(shù)據(jù)的預(yù)處理，報(bào)警等功能。再通過PLC的以太網(wǎng)通訊模塊傳輸數(shù)據(jù)到地面監(jiān)控中心的PC機(jī)上，實(shí)現(xiàn)在線顯示、報(bào)警、故障診斷分析等。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化拓?fù)鋱D如圖2所示。
2 系統(tǒng)軟件功能
該上位機(jī)系統(tǒng)是基于中文Windows XP平臺，采用WinCC V6.0組態(tài)軟件開發(fā)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(tǒng)圖、曲線圖，用戶界面更加直觀。
（2）報(bào)警功能。
根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定不同地點(diǎn)的預(yù)警值、報(bào)警級別及地理位置名稱。系統(tǒng)可以完成診斷結(jié)果的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，供設(shè)備管理使用，包括日、周、月、年的檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)報(bào)表和報(bào)警診斷結(jié)果報(bào)表。
（3）上傳功能。
實(shí)時(shí)振動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳，輕松實(shí)現(xiàn)無人值守。按照系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)（通道參數(shù)、保存監(jiān)測數(shù)據(jù)間隔等）循環(huán)在線監(jiān)測：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)預(yù)處理（有效值、最大值、平均值等統(tǒng)計(jì)）報(bào)警狀態(tài)判別（如果有任何測點(diǎn)需要報(bào)警）實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)、棒圖、趨勢圖、時(shí)間波形等定時(shí)將檢測數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。
（4）圖形表格。
用戶可定制各種表格：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、報(bào)警一覽表、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線和歷史數(shù)據(jù)趨勢曲線等。
（5）查詢功能。
可以在系統(tǒng)圖上直接查詢設(shè)備信息、運(yùn)行情況、統(tǒng)計(jì)信息等。同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)表和數(shù)據(jù)庫的連接，可以保存歷史數(shù)據(jù)以備后續(xù)的分析。
3 系統(tǒng)應(yīng)用案例分析
本系統(tǒng)現(xiàn)已應(yīng)用于淮南顧橋礦主副井多繩摩擦提升系統(tǒng)。立井提升機(jī)整體是一個(gè)質(zhì)量和剛度分布十分不均勻的，由若干個(gè)零部件組成的大型復(fù)雜的機(jī)器系統(tǒng)，在計(jì)算分析振動時(shí)，首先要做出較為合理的力學(xué)模型，使其既有利于理論分析計(jì)算，又能夠滿足工程上的精度要求。在把提升機(jī)整體的實(shí)際結(jié)構(gòu)抽象為力學(xué)模型的過程中，認(rèn)為井塔提升機(jī)大廳地基為剛性支承，略去各軸承座的彈性，把提升機(jī)系統(tǒng)離散成為多質(zhì)點(diǎn)。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(shù)。
（1）有限元法。
一般連續(xù)問題近似求解的數(shù)值方法就是有限元。在結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析中最早使用，之后在熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)問題中很快應(yīng)用。有限元方法密切結(jié)合了工程應(yīng)用，是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)直接服務(wù)的。隨著有限元理論的不斷發(fā)展和完善，涌現(xiàn)了大量大小不一、專用的、通用的有限元結(jié)果分析程序。所以工程結(jié)構(gòu)中的一般問題現(xiàn)在直接可以使用通用程序求解，不用再另編計(jì)算程序，節(jié)省了大量精力和時(shí)間。
（2）有限元三維實(shí)體動力分析步驟。
三維實(shí)體有限元?jiǎng)恿Ψ治龅囊话悴襟E可以表述如下。
①連續(xù)區(qū)域的離散化。
在動力分析中，因?yàn)橐肓藭r(shí)間坐標(biāo)，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(jìn)行離散。
②構(gòu)造插值函數(shù)。
由于只對空間域進(jìn)行離散，所以單元內(nèi)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(shí)將位移空間離散后的表達(dá)式和初始條件
代入，最終得到系統(tǒng)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?jiǎng)恿Ψ治鲋校驗(yàn)榫仃囯A數(shù)很高，用這些常用算法一般是不經(jīng)濟(jì)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(jī)轉(zhuǎn)軸組件系統(tǒng)的模態(tài)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(jié)構(gòu)、熱、液體、電磁、聲學(xué)，有限元分析作為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件。ANSYS軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。由于ANSYS產(chǎn)品家族中的模態(tài)分析是一個(gè)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(shè)系統(tǒng)為線性系統(tǒng)，進(jìn)行有限元剖分時(shí)采用了梁單元、質(zhì)量單元和彈簧單元，計(jì)算了滿載時(shí)前15階模態(tài)頻率見表1，同時(shí)利用MATLAB繪制出了前4階振型圖見圖3。
4 結(jié)論
分析計(jì)算模態(tài)的結(jié)果可以看出，如果該頻率和轉(zhuǎn)軸組件系統(tǒng)的軸向、徑向和扭轉(zhuǎn)震動的模態(tài)頻率，頻率處會比較容易出現(xiàn)峰值，計(jì)算模態(tài)分析結(jié)果會等同于實(shí)測信號的分析結(jié)果，而模態(tài)頻率附近的頻帶范圍經(jīng)常出現(xiàn)譜峰，也就是轉(zhuǎn)軸組件系統(tǒng)的動態(tài)的實(shí)際情況是和建立的有限元計(jì)算模型相符的。我們將進(jìn)一步對模型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，為今后煤礦立井提升系統(tǒng)的振動改善做出理論指導(dǎo)。
摘 要：文章從當(dāng)前我國煤礦發(fā)展中主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行存在的監(jiān)控不全，存在巨大的通風(fēng)安全隱患，選取本礦崔莊風(fēng)井的風(fēng)機(jī)監(jiān)測改造為實(shí)例，以TF-III型崔莊主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝調(diào)試、運(yùn)行效果等各方面的改造實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)老礦井主通風(fēng)機(jī)的現(xiàn)代化，滿足現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)的要求。
關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng)機(jī)；在線監(jiān)測；風(fēng)機(jī)監(jiān)測改造
1 概述
當(dāng)前，我國大多數(shù)煤礦井的主通風(fēng)機(jī)并沒有實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，無法實(shí)現(xiàn)對礦井通風(fēng)實(shí)時(shí)監(jiān)測。現(xiàn)以峰峰集團(tuán)羊東礦崔莊風(fēng)機(jī)監(jiān)測改造為例簡要說明礦井主風(fēng)機(jī)在線檢查系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
2 設(shè)備現(xiàn)狀
羊東礦崔莊風(fēng)井
風(fēng)機(jī)形式：長軸軸流風(fēng)機(jī)（上海鼓風(fēng)機(jī)廠） 數(shù)量：2臺
風(fēng)機(jī)型號：GAF26.6-16-1.67
負(fù)壓范圍：2628～4000 Pa 流量：148～176.2m3/s
風(fēng)機(jī)調(diào)風(fēng)形式：停機(jī)調(diào)整風(fēng)葉角度
風(fēng)機(jī)潤滑形式：稀油潤滑 （配套潤滑油站2個(gè)）
配套電機(jī)：YR5601-6 異步電動機(jī)（湘潭電機(jī)廠）
額定功率：1000KW 額定電壓：6000V 額定電流：119A
額定轉(zhuǎn)速：989 r/min 功率因數(shù)：0.85
啟動方式：轉(zhuǎn)子串電抗器
風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)：無
3整體改造實(shí)施方案
鑒于目前崔莊風(fēng)井的設(shè)備情況，按照煤礦主扇風(fēng)機(jī)運(yùn)行規(guī)程要求及打造數(shù)字化礦井的發(fā)展需要，均需要增加和完善主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的裝備和投入。需要將監(jiān)測信息上傳至礦調(diào)度中心，鑒于該風(fēng)井的地理位置跨越村莊、道路、鐵路等設(shè)施，不宜采用光纜通訊，采用成熟的點(diǎn)對點(diǎn)無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，達(dá)到對風(fēng)機(jī)檢測。
4 TF-III型崔莊主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹
TF-III型礦井主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)是采用最新技術(shù)而設(shè)計(jì)的第三代主扇風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)，編程智能數(shù)據(jù)采集、工業(yè)組態(tài)監(jiān)測和控制、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能為一體。主要功能如下：
4.1 設(shè)備監(jiān)測優(yōu)秀采用西門子系列可編程控制器，結(jié)合現(xiàn)場傳感器能夠快速、準(zhǔn)確實(shí)時(shí)對風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，包括溫度、壓力、流量、振動、電壓、電流、功率、電量等重要參數(shù)，對運(yùn)行監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行快速分析處理，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警提示，并且按照相關(guān)預(yù)案執(zhí)行保護(hù)停機(jī)、防止造成重大安全事故。
4.2 監(jiān)控上位機(jī)采用2臺工業(yè)級計(jì)算機(jī)（工控機(jī)），雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)，可互為備用和同步顯示，上位機(jī)監(jiān)控軟件平臺采用功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠的正版ForceControl工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，具有高性能、高速度、高吞吐量、高可靠性、跨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放式數(shù)據(jù)庫，人機(jī)界面友好，操作簡單，查看方便。
4.3 提供各種運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)趨勢曲線、歷史趨勢曲線，便于用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)變化分析。
4.4 具有運(yùn)行報(bào)表功能，自動記錄、存儲各參數(shù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，形成班報(bào)表、日報(bào)表、月報(bào)表等，代替人工抄錄，可隨時(shí)查閱報(bào)表歷史記錄（數(shù)據(jù)存儲時(shí)間為一年）。另外提供數(shù)據(jù)報(bào)表轉(zhuǎn)存功能，可選擇存儲路徑、報(bào)表時(shí)間范圍、數(shù)據(jù)記錄間隔等功能。
4.5 自動記錄設(shè)備運(yùn)行異常的報(bào)警信息和內(nèi)容，包括報(bào)警發(fā)生、確認(rèn)、消失的具體時(shí)間等，通過歷史報(bào)警窗口可進(jìn)行查閱、瀏覽和打印。
5 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和配置
監(jiān)控系統(tǒng)由上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）、PLC控制柜（數(shù)據(jù)采集和報(bào)警控制）、現(xiàn)場傳感器及網(wǎng)絡(luò)功能接口等組成。
5.1監(jiān)控上位機(jī)
監(jiān)控上位機(jī)采用知名品牌工業(yè)級計(jì)算機(jī)，可同時(shí)監(jiān)測兩臺風(fēng)機(jī)，上位機(jī)人機(jī)界面采用工業(yè)控制組態(tài)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原顯示、存貯、形成報(bào)表、實(shí)時(shí)和歷史曲線等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷處理等，并聯(lián)網(wǎng)通訊滿足其它監(jiān)控平臺的數(shù)據(jù)訪問。
5.2 PLC控制柜
PLC控制柜優(yōu)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(shù)字量輸出模塊、以太網(wǎng)通訊模塊等，結(jié)合現(xiàn)場傳感器和其他控制設(shè)備分別對風(fēng)機(jī)和附屬設(shè)備實(shí)現(xiàn)邏輯控制和運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、報(bào)警輸出和外部通訊等功能。
5.3 現(xiàn)場傳感器
現(xiàn)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(shù)參數(shù)：
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(wěn)定性：
過載極限：最大額定壓力的1.5倍
5.3.1 風(fēng)量的測量方法
根據(jù)空氣流動的動力學(xué)理論，利用兩端面靜壓變化測定法計(jì)算風(fēng)量，具有測定方法簡單、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，適合進(jìn)行長期在線風(fēng)量監(jiān)測。
5.3.2潤滑油壓、冷卻水壓力的監(jiān)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(jìn)出水壓力高低。
6 振動傳感器
振動傳感器用于測量風(fēng)機(jī)的振幅或振速信號，是監(jiān)測軸承故障的重要手段之一，一般安裝在風(fēng)機(jī)內(nèi)軸承座體上（或風(fēng)機(jī)機(jī)體上），每臺風(fēng)機(jī)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(zhuǎn)換為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號送入PLC模擬量采集通道。
振動傳感器及變送器技術(shù)參數(shù)：
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(huán)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(shù)的采集
風(fēng)機(jī)運(yùn)行的電參數(shù)采集采用綜合電參數(shù)模塊實(shí)現(xiàn)，該模塊是一款性能優(yōu)異，功能齊全的智能型電參數(shù)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(shù)等信號的測量，采用RS485總線通訊方式，標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊規(guī)約。
可在市場上購買EDA9033D電參數(shù)模塊，實(shí)現(xiàn)電參數(shù)采集的功能。
綜合電參數(shù)模塊主要技術(shù)參數(shù)：
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(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊規(guī)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(huán)境：工作溫度：-20℃～+70℃ 相對濕度：5%～95%不結(jié)露
8 系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)
?工作輸入電源： AC170～250V，控制器電源： DC24V；
?工作環(huán)境：環(huán)境溫度-30℃～60℃，相對濕度：-5%～95%不結(jié)露。
?壓力信號：測量范圍0～-5kPa，0～1MPa，測量精度±0.5%，
標(biāo)準(zhǔn)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(jiān)控界面
9.1運(yùn)行主界面（見圖1）
9.2 查看實(shí)時(shí)變化曲線、歷史曲線和運(yùn)行工況性能曲線
選擇歷史數(shù)據(jù)曲線，雙擊趨勢框，將彈出歷史趨勢設(shè)置畫面，選擇需要查詢的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間和時(shí)間軸范圍（橫軸），并且可以調(diào)整數(shù)據(jù)軸（縱軸）的數(shù)據(jù)范圍，鼠標(biāo)拖動游標(biāo)可了解具體某一點(diǎn)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
【摘 要】本文在煤礦井下皮帶運(yùn)輸?shù)睦碚撗芯糠治龌A(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，為綜合監(jiān)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和提高煤礦礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預(yù)警提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)用借鑒。
【關(guān)鍵詞】皮帶運(yùn)輸機(jī)；監(jiān)測；煤礦
0 引言
皮帶運(yùn)輸機(jī)是一種由電機(jī)驅(qū)動的連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備，主要用來輸送物料和成品，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)各領(lǐng)域。在皮帶運(yùn)輸機(jī)連續(xù)運(yùn)行過程中，皮帶運(yùn)輸機(jī)經(jīng)常會出現(xiàn)打滑、斷帶、劃傷、過載、聯(lián)軸器斷開等故障，導(dǎo)致壓礦的嚴(yán)重后果。因此對皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測具有重要意義。煤礦井下皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)走向長，環(huán)節(jié)多且裝備了多種類型的皮帶運(yùn)輸機(jī)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，僅靠提高皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)的質(zhì)量難以滿足安全生產(chǎn)的要求，還須裝備功能完善、質(zhì)量可靠、技術(shù)先進(jìn)的皮帶運(yùn)輸自動化系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對皮帶機(jī)群運(yùn)行狀態(tài)檢測、控制與保護(hù)、現(xiàn)場視頻監(jiān)視。
1 煤礦井下皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作原理是：皮帶運(yùn)輸機(jī)的斷帶、劃傷、橫撕、打滑、過載、聯(lián)軸器斷開等多種皮帶機(jī)運(yùn)行異常狀態(tài)會給生產(chǎn)帶來較嚴(yán)重的后果，為避免這些現(xiàn)象的出現(xiàn)我們可以檢測皮帶速度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩作這兩個(gè)特征參量是否異常。皮帶速度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩成為皮帶運(yùn)輸機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)比較重要信號被測參量。除此以外，當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，安裝在皮帶機(jī)上的傳感器還應(yīng)檢測皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的煙霧、溫度、跑偏、堆煤、縱撕等特征參量，將表示皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的非電量轉(zhuǎn)變成為標(biāo)準(zhǔn)電信號，并將采集到的電信號經(jīng)過濾波、放大、整形處理后傳給主控單元進(jìn)行信號分析、處理，并與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)信號的閾值進(jìn)行分析比較，由主控單元采取相應(yīng)的控制策略，發(fā)出控制命令。例如對異常信號進(jìn)行停機(jī)、預(yù)警、報(bào)警等。制策略。
礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由井下控制分站與井上控制主站構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)采用全分布式控制結(jié)構(gòu)。控制分站負(fù)責(zé)采集礦井下的各種狀態(tài)特征參量的采集和對設(shè)備做出相應(yīng)的控制。每條皮帶機(jī)機(jī)頭位置安裝監(jiān)控分站一臺，監(jiān)控分站的顯示機(jī)構(gòu)可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。各監(jiān)控分站與各狀態(tài)參量傳感器之間采用距陣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，控制分站與監(jiān)控主站之間采用現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)接入工業(yè)以太網(wǎng)，監(jiān)控主站與監(jiān)控主機(jī)之間通過礦井環(huán)形光纖以太網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。監(jiān)控主機(jī)部分位于地面機(jī)電監(jiān)控中心，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)上安裝組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對各分站的每條皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖a 所示。
礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測量有速度、電機(jī)轉(zhuǎn)矩、縱撕傳感器等，其結(jié)果如圖b所示。
GSC6-SC型速度傳感器，主要用于檢測皮帶機(jī)的運(yùn)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(jī)皮帶的運(yùn)行速度和低速打滑、超速和斷帶等現(xiàn)象的監(jiān)測。速度傳感器的摩擦滾輪安裝于皮帶機(jī)機(jī)頭上皮帶的下側(cè)，根據(jù)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(zhuǎn)動較平穩(wěn)，輸出頻率可靠。
CQG電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器基于數(shù)字式轉(zhuǎn)矩傳感器原理之上研制而成。這種電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳感器采用磁電轉(zhuǎn)換原理，應(yīng)用相位差原理和數(shù)字顯示的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量方法，是通過磁電變換輸出具有相位差的二個(gè)電壓訊號的傳感器，可直接讀出扭矩和轉(zhuǎn)速的測量結(jié)果。
ZS01-L-Y型縱撕傳感器主要用于檢測各種規(guī)格型號的皮帶輸送機(jī)皮帶縱向撕裂。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)出現(xiàn)皮帶縱撕故障時(shí)，便會出發(fā)攔索，使之產(chǎn)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(gè)受料段設(shè)一組，從傳感器內(nèi)直接輸出預(yù)警、報(bào)警停機(jī)信號。
跑偏開關(guān)主要用于檢測實(shí)際運(yùn)行過程中皮帶輸送機(jī)的跑偏位移量來實(shí)現(xiàn)皮帶輸送機(jī)跑偏后自動預(yù)警、報(bào)警功能；跑偏開關(guān)具有兩級動作，一級動作用于預(yù)警，二級動作用于停機(jī)報(bào)警。當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過程中輕微跑偏時(shí)，跑偏開關(guān)發(fā)出預(yù)警信號；當(dāng)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過程中嚴(yán)重跑偏時(shí)，跑偏開關(guān)發(fā)出停機(jī)報(bào)警信號。跑偏開關(guān)通常安裝在機(jī)頭位置，皮帶運(yùn)輸機(jī)槽角傾斜安裝，開關(guān)立輥應(yīng)當(dāng)垂直于皮帶面，立輥高度的 1/3 處位于皮帶面，同時(shí)保證電纜出線口安裝在皮帶機(jī)內(nèi)側(cè)。由于皮帶機(jī)在正常運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定程度的自然跑偏，而此自然跑偏不會影響皮帶機(jī)的正常運(yùn)行，所以在安裝時(shí)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(huán)境中煙霧的檢測，能有效準(zhǔn)確的檢測環(huán)境中煙霧的濃度信號。
堆煤傳感器主要安裝在皮帶機(jī)機(jī)頭溜煤眼和皮帶搭接處。當(dāng)皮帶機(jī)頭發(fā)生堆煤或滿倉及超過限位的時(shí)候，堆煤傳感器動作一定的角度，傳感器輸出點(diǎn)由閉合變成斷開。控制系統(tǒng)監(jiān)測到后，進(jìn)行報(bào)警和停機(jī)，已達(dá)到保護(hù)皮帶機(jī)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(dāng)被測設(shè)備或環(huán)境溫度升高到一定的時(shí)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(jī)運(yùn)行時(shí)溫度的檢測，能有效準(zhǔn)確的檢測電機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度信號。
2 結(jié)論
運(yùn)用測試技術(shù)和控制理論建立完善的皮帶運(yùn)輸機(jī)的帶速、過載、打滑、劃傷、斷帶、聯(lián)軸器斷開、跑偏、煙霧、溫度、等檢測與事故預(yù)警；系統(tǒng)能實(shí)時(shí)的監(jiān)測皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，能根據(jù)現(xiàn)場采集到數(shù)據(jù)，診斷出系統(tǒng)存在的故障，在達(dá)到一級預(yù)警預(yù)設(shè)值時(shí)，進(jìn)行預(yù)警，達(dá)到二級報(bào)警預(yù)設(shè)值時(shí)，進(jìn)行停機(jī)報(bào)警；狀態(tài)監(jiān)測與事故預(yù)警系統(tǒng)與調(diào)度電話系統(tǒng)、工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系在一起，共同對系統(tǒng)的監(jiān)測發(fā)揮各自的作用；系統(tǒng)具有地面遠(yuǎn)程控制為綜合監(jiān)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用和提高煤礦礦井皮帶運(yùn)輸狀態(tài)監(jiān)測與事故預(yù)警提供理論基礎(chǔ)和應(yīng)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(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對電力監(jiān)控系統(tǒng)的原理及連線進(jìn)行了分析，接下來就實(shí)施方案作了詳細(xì)的規(guī)劃，最后提出了電力監(jiān)控系統(tǒng)的意義。
關(guān)鍵詞：電力監(jiān)控與自動化平臺的整合 實(shí)施方案 無人值守
效益分析
1 概述
近年來，隨著電力系統(tǒng)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(wǎng)現(xiàn)代化的必由之路。遠(yuǎn)程視頻/環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)已逐步成為無人值班變電所新增的十分必要的自動化項(xiàng)目，通過遠(yuǎn)程視頻/環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，安全值班人員、企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)可以隨時(shí)對電站的重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)控和監(jiān)視，以便能夠?qū)崟r(shí)、直接地了解和掌握各變電站的安全情況，并及時(shí)對發(fā)生的情況做出反應(yīng)。
為實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)和設(shè)備的在線參數(shù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程操作控制、實(shí)時(shí)事故報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)行安全保護(hù)、用電計(jì)量管理；實(shí)現(xiàn)了“四遙操控”，對故障監(jiān)測預(yù)警、保護(hù)、定位，上傳故障數(shù)據(jù)和信息，提供了快速解決手段，也解決了煤礦供電系統(tǒng)越級跳閘、電壓波動跳閘、漏電接地選線、突發(fā)大面積和長時(shí)間停電等困擾煤礦供電的運(yùn)行難題，我礦2008年按計(jì)劃引進(jìn)了KJ357礦用電力監(jiān)控系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為四個(gè)層次：設(shè)備層（即高開綜合保護(hù)層）、變電層（即變電所內(nèi)的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和自動化設(shè)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(wǎng)平臺）、地面監(jiān)控層。
設(shè)備層主要完成數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、保護(hù)和控制執(zhí)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，另一方面實(shí)現(xiàn)變電所綜合選漏、錄波存儲、時(shí)鐘同步和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，并通過光纖以太網(wǎng)，完成與監(jiān)控主站的通訊。通訊平臺是由分站光端設(shè)備構(gòu)成的光纖以太網(wǎng)或是專門的光纖以太網(wǎng)。監(jiān)控主站是一套供電系統(tǒng)專業(yè)版組態(tài)系統(tǒng)，可按照供電系統(tǒng)的規(guī)范，對供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制、統(tǒng)計(jì)和分析。
一個(gè)變電所裝設(shè)一臺井下監(jiān)控分站。變電所的高低壓綜合保護(hù)用雙絞線接入變電所的測控分站，監(jiān)控分站直接接入現(xiàn)有環(huán)網(wǎng)，以太網(wǎng)與地面監(jiān)控主站通訊。
系統(tǒng)后臺可以用OPC方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降V井綜合自動化平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)。
3 實(shí)施方案
3.1 系統(tǒng)原理圖（圖1） 井下各6kV變電所的高、低壓開關(guān)通過RS485通訊線接入分站，分站通過網(wǎng)線接入千兆環(huán)網(wǎng)，監(jiān)控中心服務(wù)器、監(jiān)控主機(jī)通過環(huán)網(wǎng)讀取各變電所的高、低壓開關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和控制。
3.2 系統(tǒng)連接 電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備連接，在井下泵房和變電所各安裝一臺監(jiān)控通訊分站，各變電所的監(jiān)控?cái)z像頭通過網(wǎng)線或光纜（根據(jù)現(xiàn)場傳輸距離情況決定）連至電力監(jiān)控分站，由電力監(jiān)控分站將電力監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)由網(wǎng)線連至環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，通過環(huán)網(wǎng)傳至監(jiān)控服務(wù)器和主機(jī)。
3.3 電力監(jiān)控中心站的建立 在調(diào)度中心建立電力監(jiān)控后臺，對地面35kV配電房和東地6kV配電房的開關(guān)柜進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和分、合閘控制，井下16個(gè)變電所的高、低壓開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測、遙控、遙信、遙調(diào)和遙視。
3.4 地面配電房的接入 需將礦內(nèi)地面35kV配電房和東地6kV配電房接入要建的電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配電室的監(jiān)測、監(jiān)控。
3.5 電力監(jiān)控分站的建立 在井下共16個(gè)變電所中各安裝一臺電力監(jiān)控分站。電力監(jiān)控分站與變電所內(nèi)的高、低壓開關(guān)的綜合保護(hù)器用RS485通訊方式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)變電所的就地監(jiān)控、通訊轉(zhuǎn)發(fā)等。電力監(jiān)控分站就近接入變電所附近的千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，通過已有的工業(yè)以太網(wǎng)與地面電力調(diào)度中心后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
3.6 視頻的建設(shè) 在井下變電所安裝帶云臺隔爆攝像機(jī)，并接入變電所的測控分站，進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼和壓縮，并通過以太網(wǎng)，將視頻傳輸?shù)降孛骐娏φ{(diào)度中心，實(shí)現(xiàn)井下變電所的視頻監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)變電所的圖像監(jiān)視即遙視，從而可以實(shí)現(xiàn)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(yè)環(huán)網(wǎng)，工業(yè)以太網(wǎng)共安裝12臺環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，地面4臺工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，井下 8臺礦用防爆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。地面除了在機(jī)房安設(shè)兩臺優(yōu)秀交換機(jī)外，還分別在35kV變電站和洗煤廠（正在建設(shè)中）各安裝一臺交換機(jī)。井下分別在8個(gè)變電所各安裝一臺防爆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。地面、井下通過單模光纜構(gòu)成兩個(gè)1000M高速光纖環(huán)網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)冗余（環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示）。②現(xiàn)有綜合自動化集成軟件平臺主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、組態(tài)平臺及應(yīng)用平臺。操作系統(tǒng)選用Windows2003簡體中文版，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)使用SQL2005簡體中文版。組態(tài)平臺作為整個(gè)系統(tǒng)組態(tài)開發(fā)平臺，采用HMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件iFIX簡體中文版作為組態(tài)平臺。
綜合自動化集成軟件平臺利用標(biāo)準(zhǔn)軟件接口采集不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行集中處理、存儲和，以iFIX組態(tài)軟件模擬生產(chǎn)過程，將數(shù)據(jù)以圖形及表格的方式動態(tài)表現(xiàn)出來，并通過Web方式在網(wǎng)絡(luò)上，使信息資源有機(jī)整合到一起，得到最大限度的利用，便于企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)及時(shí)掌握煤礦生產(chǎn)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(wù)器，一臺運(yùn)行，另一臺備用；還有兩臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)對iFIX管控服務(wù)器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲備份，一主一備，一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障，另一臺自動投入運(yùn)行，確保對iFIX管控服務(wù)器所收集數(shù)據(jù)的正常存儲。
電力監(jiān)測系統(tǒng)通過OPC SERVER與全礦井綜合自動化平臺接口，實(shí)現(xiàn)兩者的無縫連接。
3.8 系統(tǒng)效益分析 ①使各變電站真正做到無人值班，以綜合性保護(hù)和控制增加了變電站整體安全和設(shè)備運(yùn)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(jiān)督和管理水平：a上級管理部門實(shí)時(shí)監(jiān)督操作人員的工作狀態(tài)和規(guī)范程度。b實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控變電站有關(guān)人員、物品進(jìn)出等安全防護(hù)情況。c操作部門可實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。d優(yōu)化相關(guān)操作、維護(hù)人員的派出和工作計(jì)劃，極大提高生產(chǎn)效率。e管理部門對變電站的突發(fā)事件能清晰看到、準(zhǔn)確決策并在第一時(shí)間傳達(dá)指令到現(xiàn)場。③降低變電站的日常維護(hù)成本，每個(gè)變電站最少可節(jié)約兩名值班人員人工成本。
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)還可通過智能分析，預(yù)告事故隱患，預(yù)防突發(fā)電力事故，具有應(yīng)對突發(fā)安全事故時(shí)的電力預(yù)案程控操作功能，可用于高效準(zhǔn)確處置重大安全事故；系統(tǒng)的高精度計(jì)量監(jiān)測、專業(yè)圖表分析工具、錄波分析工具和智能專家系統(tǒng)，是加強(qiáng)供電管理、減少事故、降低損耗、節(jié)約電能、提高運(yùn)行效率和管理水平的最新現(xiàn)代化工具，運(yùn)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程操作控制和智能程控技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)煤礦供電系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備的全面自動化監(jiān)控?zé)o人管理，很值得推廣。
【摘 要】本文針對華玫礦業(yè)井下供電系統(tǒng)現(xiàn)有的情況和特點(diǎn)，提出了遠(yuǎn)程供電監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施方案，并對該礦井下變電所實(shí)施了遙測、遙控、遙調(diào)、遙信等遠(yuǎn)程監(jiān)控，有力保障了礦井的安全生產(chǎn)。
【關(guān)鍵詞】監(jiān)測監(jiān)控 遙測 遙控 遙調(diào) 遙信.
1.概括
華玫礦業(yè)煤礦井下高、低壓開關(guān)、變壓器、電動機(jī)近千余臺，高、低壓供電線路幾萬米，供電設(shè)備多、線路長，再有井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，巷道支護(hù)條件差，所以造成了供電線路和設(shè)備發(fā)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(fā)生故障后的恢復(fù)供電時(shí)間也比較長，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。為了解決以上問題，煤礦對井下主要變電所和配電點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行了升級和優(yōu)化，建立了礦井井下供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并加以解決，以提高礦井供電系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約的相關(guān)開支。
2.設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)共有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成：地面主站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)層、監(jiān)控系統(tǒng)層，RTU設(shè)備層組成。系統(tǒng)可以擴(kuò)展以太網(wǎng)交換機(jī)通訊，利用光纖相連，構(gòu)成基于環(huán)形光纖的現(xiàn)場總線網(wǎng)；各個(gè)分站與地面調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)間用光纖環(huán)網(wǎng)相連，構(gòu)成光纖以太網(wǎng)。系統(tǒng)構(gòu)建符合礦井條件的千兆工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，做為供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕ǖ溃瑢⒎植加诟鱾€(gè)采區(qū)的變電所、配電點(diǎn)相關(guān)信息聯(lián)通到一起，直接傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，由監(jiān)控中心服務(wù)器和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)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(hù)器，具備各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集功能（電壓、電流、故障、電量、狀態(tài)等）和輸出功能。利用RTU終端的RS485總線及以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)供電分站的數(shù)據(jù)采集、處理、統(tǒng)計(jì)、顯示、操作等功能，分站顯示屏能夠顯示相應(yīng)的主要數(shù)據(jù)為巡檢人員檢修提高方便。最后供電分站就近接入環(huán)網(wǎng)交換機(jī)將數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控中心。
3.實(shí)施方案
本著節(jié)約開支的原則，對井下高、低壓開關(guān)進(jìn)行改造升級，井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要集中在開關(guān)的綜合保護(hù)裝置（含電力數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、監(jiān)控、通訊和各種電氣保護(hù)功能），購置主要是采購市場上比較先進(jìn)的具有通訊功能的開關(guān)，以此完成設(shè)備層的實(shí)施。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)及其設(shè)備正常運(yùn)行及事故下的監(jiān)測、保護(hù)、控制、用電負(fù)荷配電管理的現(xiàn)代化，對RTU終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)遙控、遙測、遙信等管理。
井下環(huán)網(wǎng)安裝西門子X408交換機(jī)3臺、X308交換機(jī)5臺，敷設(shè)48芯光纜近萬余米，能夠?qū)崿F(xiàn)供電監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的就近接入；井上環(huán)網(wǎng)安裝西門子X408交換機(jī)2臺、X308交換機(jī)2臺，敷設(shè)48芯光纜兩千米；監(jiān)控中心安裝思科優(yōu)秀交換機(jī)2臺，分別連接井下、井上環(huán)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)形架構(gòu)。
高壓開關(guān)方面通過優(yōu)化開關(guān)內(nèi)部控制線路、更換保護(hù)器裝置的方式，對井下現(xiàn)有的天津天礦、濟(jì)源礦用、中國電光等廠家的高壓開關(guān)改造；低壓開關(guān)方面通過更換整體開關(guān)、改造原低壓開關(guān)、接入有通訊功能的開關(guān)等三種方式來實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)最終確定安裝供電傳輸分站7臺，對每臺高低壓開關(guān)的RTU終端，均采用RS485通訊總線方式進(jìn)行連接并就近接入供電分站。
4.遠(yuǎn)程電力監(jiān)測系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
井下電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是整個(gè)遠(yuǎn)程電力系統(tǒng)的優(yōu)秀，能夠?qū)崿F(xiàn)電力監(jiān)測的四遙功能，即遙信、遙測、遙控、遙調(diào)。通過上位機(jī)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)、故障錄波、快速復(fù)電等附加功能。
上位機(jī)的供電組態(tài)軟件選用力控電力版6.1，實(shí)現(xiàn)采集并記錄井下上傳的各個(gè)分站的數(shù)據(jù)，并有相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作窗口來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的相應(yīng)操作，最終實(shí)現(xiàn)集中管理。圖2為龍宮煤礦電力監(jiān)測的主界面。（中央變電所）
5.結(jié)束語
通過井下供電監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)了無人值守，降低了工人勞動強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)管理模式下的諸多人為因素，提高了供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性、快速性，杜絕了部分事故的發(fā)生，有力的保證了礦井的安全生產(chǎn)。
作者簡介：
陳見倫，（1974～ ），畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)工業(yè)電氣自動化專業(yè)，現(xiàn)任濟(jì)南華玫礦業(yè)有限責(zé)任公司機(jī)電副主任，曾主持礦山機(jī)電設(shè)備技術(shù)升級改造項(xiàng)目十余項(xiàng)。
【摘 要】 琿春礦業(yè)集團(tuán)八連城煤礦31901工作面通過采用KJ216煤礦頂板動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場研究了綜采支架壓力與采場瓦斯涌出變化之間的關(guān)系，介紹了KJ216在線液壓傳送系統(tǒng)的安裝與使用，分析了周期來壓與采場瓦斯涌出的的內(nèi)在聯(lián)系，準(zhǔn)確預(yù)報(bào)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(zāi)害。
【關(guān)鍵詞】 周期來壓 瓦斯 液壓系統(tǒng)傳送
1 地質(zhì)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(zhì)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(qū)瓦斯涌出。對于煤壁瓦斯涌出，當(dāng)采煤機(jī)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(jī)落煤，把煤粉碎成各種塊粒狀煤，提高了煤的瓦斯解析強(qiáng)度，導(dǎo)致瓦斯涌出量增加。采空區(qū)瓦斯由采空區(qū)落煤、圍巖頂板裂隙和鄰近煤層涌出的瓦斯構(gòu)成。
2 KJ216在線液壓傳送系統(tǒng)的應(yīng)用原理
（1）系統(tǒng)概述。綜采支架工作阻力監(jiān)測系統(tǒng)用于煤礦綜采工作面的支護(hù)工作阻力在線監(jiān)測。系統(tǒng)現(xiàn)場總線采用標(biāo)準(zhǔn)RS485數(shù)據(jù)總線，總線可連接64臺壓力監(jiān)測分站，壓力監(jiān)測分站可現(xiàn)場實(shí)時(shí)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(jiān)測分站，通訊分站的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位監(jiān)測主站。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成。31901工作面綜采支架工作阻力監(jiān)測系統(tǒng)采用配套KDW28型隔爆兼本安電源供電。每臺供電電源可負(fù)載一臺本安型分站和8臺壓力監(jiān)測分站，以下為傳送路線，監(jiān)控分站1號通訊分站通訊主站光端機(jī)光纖環(huán)網(wǎng)地面電腦系統(tǒng)軟件礦井局域網(wǎng)。
3 周期來壓與采場瓦斯涌出量的監(jiān)測
（1）監(jiān)測方法。31901工作面共有64個(gè)綜采液壓支架，設(shè)置了8個(gè)測站，間距平均分布，每個(gè)測站連接8個(gè)綜采液壓支架，分站的主機(jī)采用通道液壓管和支架的支柱連接，主機(jī)與主機(jī)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(shù)據(jù)在線傳送到八連城煤礦地面調(diào)度室、地面區(qū)隊(duì)、地面技術(shù)科、地面總工程師室。技術(shù)人員可以隨時(shí)觀測和分析數(shù)據(jù)，把異常數(shù)據(jù)隨時(shí)反饋到上級領(lǐng)導(dǎo)那里，進(jìn)而有效指導(dǎo)生產(chǎn)。（2）監(jiān)測結(jié)果分析。八連城煤礦采用KJ216在線液壓傳送系統(tǒng)共連續(xù)監(jiān)測到6次周期來壓。見圖1。
從現(xiàn)場監(jiān)測到的6次周期來壓與工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測的關(guān)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(jù)工作面推進(jìn)速度推進(jìn)（5.0m/d）計(jì)算，工作面周期來壓步距大約為25m～30m。周期來壓時(shí)頂板活動劇烈，有時(shí)有響聲，工作面部分片幫，支架壓力明顯增大，瓦斯?jié)舛壬杂刑岣撸咚沟臐舛仍龇淮螅咚節(jié)舛仍龃筅厔輹r(shí)間略滯后于支架壓力增大趨勢時(shí)間。
通過1個(gè)月的觀測，共發(fā)生6次周期來壓，通過來壓前后壓力的變化，瓦斯?jié)舛鹊淖兓瑤蜕疃葘Ρ龋黜?xiàng)指標(biāo)在周期來壓前后有一定的變化。在觀測第一個(gè)周期來壓之后，我們通過分析數(shù)據(jù)，預(yù)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(shí)際誤差僅為2m到3m。事實(shí)上，我們采用KJ216煤礦頂板監(jiān)測系統(tǒng)，我們預(yù)測周期來壓的準(zhǔn)確程度大大的得到提高。在周期來壓之前，我們采取了預(yù)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(bǔ)足壓力，全部伸好護(hù)幫板，區(qū)隊(duì)長跟班作業(yè)，現(xiàn)場觀測頂板與煤幫的壓力變化，有漏液的液壓支架隨時(shí)修補(bǔ)。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(fù)抽，做好上尾巷瓦斯抽放工作，調(diào)節(jié)工作面通風(fēng)風(fēng)量，清除回風(fēng)巷、入風(fēng)巷、工作面障礙物，減小通風(fēng)阻力，擴(kuò)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(fēng)巷的瓦斯檢查力度，有情況隨時(shí)向采煤施工隊(duì)和調(diào)度匯報(bào)，做到有隱患及時(shí)處理。在周期來壓前后，根據(jù)支架壓力顯現(xiàn)和瓦斯?jié)舛鹊淖兓m當(dāng)放慢循環(huán)進(jìn)度，使瓦斯得到充分釋放，等到瓦斯?jié)舛冉档皆试S施工范圍內(nèi)，周期來壓過去后，采煤工作面才步入正規(guī)循環(huán)。
4 周期來壓外與瓦斯涌出量的關(guān)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?shù)装鍘r性、頂板淋水情況，頂?shù)装遴徑簩拥馁x存狀態(tài)、采空區(qū)的影響、工作面的風(fēng)流、循環(huán)進(jìn)度的快慢、煤層瓦斯的抽放等各方面因素有一定的關(guān)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(jiān)測數(shù)據(jù)暴露出問題是，工作面有時(shí)有個(gè)別綜采支架漏液，綜采支架多數(shù)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(bǔ)足壓力，同時(shí)加強(qiáng)在線液壓傳送系統(tǒng)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(nèi)在更具體的聯(lián)系，才能發(fā)揮出在線液壓傳送系統(tǒng)的更大效能。
摘要：針對近些年煤礦瓦斯監(jiān)測不夠精確等問題，本文結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)該設(shè)計(jì)思想將系統(tǒng)分為信息采集、傳送、監(jiān)控和路由設(shè)計(jì)等幾部分。針對現(xiàn)場實(shí)際的需求，提出固定節(jié)點(diǎn)和移動節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方法并對兩類傳感器結(jié)點(diǎn)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計(jì)。結(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)采集采集模塊與處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，并給出了各模塊的流程圖。
關(guān)鍵詞：甲烷 監(jiān)測 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)
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(fā)生，如何準(zhǔn)確有效的監(jiān)測瓦斯?jié)舛瘸蔀槊禾堪踩a(chǎn)的主要問題。本文主要對當(dāng)前瓦斯氣體監(jiān)測有線方式布線難，檢測效率不高、無人值守、檢測設(shè)備攜帶不方便等問題，提出了設(shè)計(jì)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)煤礦瓦斯氣體監(jiān)測系統(tǒng)。
2 傳感器結(jié)點(diǎn)硬件電路的設(shè)計(jì)
傳感器結(jié)點(diǎn)電路的設(shè)計(jì)主要包括兩類結(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，分別是移動結(jié)點(diǎn)和固定結(jié)點(diǎn)。移動傳感器結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)現(xiàn)場的信息感知，并將現(xiàn)場的信息通過自組網(wǎng)的方式傳送到所在簇的簇頭。移動結(jié)點(diǎn)是根據(jù)通信空間的關(guān)系或者地理位置的不同分成若干個(gè)簇，每個(gè)簇以固定結(jié)點(diǎn)為簇頭，簇頭作為路由將信息實(shí)時(shí)的傳送到地面監(jiān)控中心的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器部分，然后網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將再將接收到的信息傳送給瓦斯監(jiān)控平臺，經(jīng)過處理后實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測區(qū)域的瓦斯?jié)舛取D2為節(jié)點(diǎn)關(guān)系圖。
2.1 移動節(jié)點(diǎn)與固定節(jié)點(diǎn)硬件組成結(jié)構(gòu)
移動節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)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(jié)點(diǎn)模塊結(jié)構(gòu)圖。
考慮系統(tǒng)的性能要求及性價(jià)比我們選擇加密性強(qiáng)、運(yùn)行速度快、抗干擾能力超強(qiáng)（高抗靜電ESD保護(hù)、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(jīng)過特殊處理）、超低功耗的STC12C5A60S2單片機(jī)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(yīng)用的射頻收發(fā)通訊中。
對于固定結(jié)點(diǎn)是傳感器結(jié)點(diǎn)匯聚信息的紐帶，在設(shè)計(jì)中使用了和移動節(jié)點(diǎn)一樣的硬件結(jié)構(gòu)，唯一不同的是固定結(jié)點(diǎn)中的匯聚結(jié)點(diǎn)增加了RS-485接口通信，便于與地面進(jìn)行有線通信。
3 瓦斯數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)計(jì)
瓦斯傳感器結(jié)點(diǎn)需要實(shí)時(shí)采集監(jiān)測區(qū)域瓦斯的濃度，然后將采集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)的處理后，使其構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)奖O(jiān)控和管理系統(tǒng)。
在井下監(jiān)控區(qū)域內(nèi)需要建立合適的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按照功能可分為瓦斯數(shù)據(jù)采集和瓦斯數(shù)據(jù)傳輸兩個(gè)模塊。瓦斯數(shù)據(jù)采集模塊中又包含了瓦斯數(shù)據(jù)采集和處理。瓦斯數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理流程圖如下。
4 瓦斯數(shù)據(jù)傳輸模塊軟件的設(shè)計(jì)
瓦斯數(shù)據(jù)傳輸模塊主要負(fù)責(zé)通過控制模塊處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通信設(shè)備有兩部分組成，一部分是發(fā)射器，一部分是接收器。圖7為傳輸模塊流程圖。
5 網(wǎng)絡(luò)的建立與新結(jié)點(diǎn)入網(wǎng)
在自組織的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的性能主要依賴于拓?fù)淇刂啤Ｈ绾斡行У臐M足網(wǎng)絡(luò)覆蓋和連通度，去除結(jié)點(diǎn)不需要的通信鏈路，是傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂频闹饕康模@樣可以形成一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終延長網(wǎng)絡(luò)的生存周期。一個(gè)好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以增加路由協(xié)議和MAC協(xié)議的傳輸效率。本設(shè)計(jì)是運(yùn)用層次型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂疲罁?jù)分簇的方法形成一個(gè)處理并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)的形成階段，首先需要協(xié)調(diào)器建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，然后固定結(jié)點(diǎn)和移動結(jié)點(diǎn)分別加入到網(wǎng)絡(luò)中，對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，有許多的信道可以供使用，為了減少網(wǎng)絡(luò)的建立時(shí)間可設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)在一個(gè)固定的信道上，如果在一個(gè)監(jiān)測區(qū)內(nèi)需要多個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，則可以將它們固定在不同的信道上，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)間的相互干擾。建網(wǎng)過程開始后，固定結(jié)點(diǎn)首先要對能量進(jìn)行掃描，通過掃描協(xié)調(diào)器可以獲得所規(guī)定信道內(nèi)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(yù)期設(shè)定的可接受標(biāo)準(zhǔn)低于能量峰值，協(xié)調(diào)器會繼續(xù)進(jìn)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(jié)果可以接受，固定結(jié)點(diǎn)為即將建立的網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID作為它的唯一標(biāo)識。
網(wǎng)絡(luò)建立起后，便可以接受未入網(wǎng)的新結(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)，新結(jié)點(diǎn)首先會在提前設(shè)定好的一個(gè)信道撒花姑娘進(jìn)行一個(gè)固定時(shí)間的主動掃描。在掃描國產(chǎn)中，新結(jié)點(diǎn)將向網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)廣播信標(biāo)請求信息，協(xié)調(diào)器和已入網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)收到這個(gè)信息后會向該結(jié)點(diǎn)發(fā)送自己的信標(biāo)幀，因此在網(wǎng)絡(luò)連通狀況良好的情況下，新結(jié)點(diǎn)將會收到很多個(gè)信標(biāo)信息。掃描結(jié)束后，新結(jié)點(diǎn)將會選擇與信標(biāo)中標(biāo)識允許連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，如果多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)允許連接，那么新結(jié)點(diǎn)會按照所收到信標(biāo)幀的順序來選擇靠前的結(jié)點(diǎn)連接。如果主動掃描結(jié)束后，新結(jié)點(diǎn)沒有收到任何一個(gè)信標(biāo)幀，則新結(jié)點(diǎn)會重復(fù)主動掃描過程，直到發(fā)現(xiàn)可以連接的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)為止。為了使結(jié)點(diǎn)可以獲取網(wǎng)絡(luò)中鄰居結(jié)點(diǎn)的信息，便于數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)每個(gè)結(jié)點(diǎn)都維護(hù)一個(gè)記錄了該鄰居結(jié)點(diǎn)信息的鄰居表，對于每一個(gè)新結(jié)點(diǎn)，其鄰居表初始值為空，一旦新結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)，它將會把信標(biāo)信息保存到鄰居表中，并將鄰居表中的做出記錄，之后新結(jié)點(diǎn)將會向網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)發(fā)送請求加入信息，該信息包括了結(jié)點(diǎn)類型信息，網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)收到這個(gè)信息后，如果允許該結(jié)點(diǎn)加入，則會為該結(jié)點(diǎn)分配相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，并將信息存入到鄰接表中，然后網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)向新加入的結(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信息，包括網(wǎng)絡(luò)ID、給該結(jié)點(diǎn)分配的網(wǎng)絡(luò)地址等相關(guān)參數(shù)信息，新結(jié)點(diǎn)收到這個(gè)應(yīng)答信息后，記錄其中的內(nèi)容，這樣就完成了新結(jié)點(diǎn)入網(wǎng)的過程。
6 結(jié)語
最后通過傳感器節(jié)點(diǎn)的軟硬件設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)室及走廊取三個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)結(jié)果分析，效果良好。為以后實(shí)時(shí)運(yùn)用的煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場奠定了基礎(chǔ)。
摘要： 徐州礦務(wù)集團(tuán)三河尖煤礦是國內(nèi)受沖擊礦壓危害最為嚴(yán)重的礦井之一，自1991年發(fā)生第一次沖擊地壓以來，已先后發(fā)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(nèi)容。7439工作面使用的KJ550煤礦沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)，大大提高了三河尖煤礦沖擊礦壓預(yù)測預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性和沖擊礦壓防治水平，實(shí)現(xiàn)了安全回采，具有巨大的潛在社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
1 概述
7439工作面位于東四采區(qū)，運(yùn)輸巷和切眼與7419工作面采空區(qū)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(qū)，其下2m為東四軌道巷，煤層頂板為粉細(xì)砂巖，厚度14.4m。7439工作面三面環(huán)采空區(qū)，一面臨采區(qū)斷層，是典型的孤島殘采綜放工作面。運(yùn)用綜合指數(shù)法評定指數(shù)為0.737，為中等（偏強(qiáng)）沖擊危險(xiǎn)。
2 KJ550沖擊地壓在線監(jiān)測系統(tǒng)基本原理
2.1 巖層運(yùn)動、支承壓力、鉆屑量與鉆孔圍巖應(yīng)力之間的內(nèi)在關(guān)系。KJ550煤礦沖擊地壓監(jiān)測系統(tǒng)是基于當(dāng)量鉆屑量預(yù)報(bào)沖擊地壓的機(jī)理：發(fā)生沖擊地壓之前，采動應(yīng)力存在逐步增加的過程，當(dāng)應(yīng)力必須達(dá)到煤體破壞極限時(shí)，就有可能發(fā)生沖擊地壓，此時(shí)鉆屑量將超過額定的安全指標(biāo)，因此，應(yīng)力增量的變化規(guī)律與鉆屑量存在相關(guān)性，通過監(jiān)測應(yīng)力增量的變化規(guī)律，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測工作面前方采動應(yīng)力場的變化規(guī)律，找到高應(yīng)力區(qū)及其變化趨勢，實(shí)現(xiàn)沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)和危險(xiǎn)程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警和預(yù)報(bào)[1]。
2.2 監(jiān)測系統(tǒng)包括三個(gè)主要組成部分：①地面監(jiān)測主站；②井下監(jiān)測分站（包括一個(gè)供電電源）；③壓力傳感系統(tǒng)。另外還包括接線盒、電纜、光纜等本質(zhì)安全型連接部件以及相應(yīng)的軟件組成。
2.3 相對應(yīng)力與絕對應(yīng)力的關(guān)系。主要功能KJ550系統(tǒng)的壓力傳感器測得的是相對應(yīng)力，它是支承壓力與絕對鉆孔圍巖應(yīng)力綜合作用的結(jié)果。相對應(yīng)力值和絕對應(yīng)力值的關(guān)系如圖1所示。可見，本系統(tǒng)的壓力傳感器揭示的支承壓力峰值附近的應(yīng)力變化情況，一般小于絕對應(yīng)力。
由于應(yīng)力增量可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，因此，可以通過監(jiān)測應(yīng)力增量，實(shí)現(xiàn)沖擊地壓的監(jiān)測預(yù)警。監(jiān)測系統(tǒng)具備以下功能：①根據(jù)在線監(jiān)測處理軟件，能夠?qū)崟r(shí)顯示沖擊危險(xiǎn)區(qū)及其危險(xiǎn)程度，具有三級預(yù)警。②具有在地面監(jiān)控室遠(yuǎn)程診斷每一個(gè)井下傳感器工作狀況的功能。③具有預(yù)報(bào)頂板來壓的分析功能和輸出沖擊危險(xiǎn)性預(yù)警報(bào)表功能。
3 7439工作面測點(diǎn)布置
根據(jù)7439工作面的具體實(shí)際情況，在軌道巷布置9組測站，運(yùn)輸巷布置9組測站，每組測站包含兩個(gè)測點(diǎn)，埋深為14m和8m，測點(diǎn)間距為1m，如圖2所示，圖中灰色線條表示測點(diǎn)，在7439兩道分別從開切眼往外每隔20m布置一組測站，測點(diǎn)埋在回采工作面內(nèi)，一次布置完9組測站；如圖2所示7439工作面KJ550測點(diǎn)布置示意圖。
4 7439工作面KJ550應(yīng)力在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測結(jié)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(gòu)造應(yīng)力、采空區(qū)殘余應(yīng)力和區(qū)段煤柱應(yīng)力集中影響，回采過程中面內(nèi)及兩道超前50m范圍板炮、煤炮頻繁，強(qiáng)度大，且軌道側(cè)巷道變形嚴(yán)重，底鼓較為明顯，尤其2012年12月23日早班在軌道側(cè)進(jìn)尺點(diǎn)187m處進(jìn)行煤粉檢測時(shí)有連續(xù)的板炮和吸鉆現(xiàn)象，且煤粉顆粒增大到3～4mm，該地段電磁監(jiān)測數(shù)據(jù)最高時(shí)達(dá)到98mV，有趨增趨勢。為預(yù)防沖擊地壓發(fā)生，在該地點(diǎn)及時(shí)實(shí)施煤層大孔徑卸壓，卸壓解危后，動壓顯現(xiàn)有所趨減，但在2012年12月25日軌道巷側(cè)推進(jìn)142m時(shí)，第18號深孔檢測點(diǎn)（孔深為14m）監(jiān)測數(shù)據(jù)突然出現(xiàn)上升，由最初的8Mpa上升為15.3Mpa，然后持續(xù)上升到28.9Mpa，已超過沖擊預(yù)警值15Mpa。25日早班實(shí)施煤層大孔徑卸壓時(shí)煤粉顆粒大，鉆出的煤粉量達(dá)到10噸左右，動力顯現(xiàn)較為明顯，為進(jìn)一步達(dá)到更好的卸壓效果，于26日夜班在軌道巷18號進(jìn)尺點(diǎn)10m范圍內(nèi)巷道兩側(cè)幫部布置6個(gè)卸壓孔，實(shí)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(xiàn)，孔深7m時(shí)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(yù)警值。
7439運(yùn)輸巷側(cè)受鄰近7419采空區(qū)殘余應(yīng)力和7419遺留煤柱停產(chǎn)線邊界應(yīng)力集中影響，加之工作面推進(jìn)速度快，工作面后方采空區(qū)頂板垮落產(chǎn)生的壓應(yīng)力達(dá)到運(yùn)輸巷側(cè)超前50m處，2013年1月1日運(yùn)輸巷推進(jìn)172m時(shí)，運(yùn)輸巷的180m處的深孔、220m處的淺孔應(yīng)力持續(xù)上升，分別為16.61Mpa、23.28Mpa。2日早班在7439運(yùn)輸巷應(yīng)力在線監(jiān)測異常測點(diǎn)附近1～2m范圍實(shí)施煤粉監(jiān)測，鉆眼過程中有輕微吸鉆、煤炮現(xiàn)象，最大煤粉量為3.5kg/m，為此，于2013年1月3日早班對7439運(yùn)輸巷內(nèi)側(cè)幫部布置4個(gè)卸壓孔進(jìn)行煤層深孔卸載爆破，降低了煤體積聚的彈性能和應(yīng)力集中程度。
5 主要結(jié)論
通過利用沖擊危險(xiǎn)性影響因素的分析，以及利用采礦地質(zhì)條件確定沖擊危險(xiǎn)綜合指數(shù)和工作面實(shí)施的卸壓解危措施，可以得到如下結(jié)論：①通過對沖擊礦壓發(fā)生的機(jī)理分析結(jié)果看，沖擊礦壓的發(fā)生是能量的積聚與釋放的過程，而且均有一定的延時(shí)性，因此7439工作面的沖擊礦壓進(jìn)行動態(tài)防治是完全可行的。②從電磁輻射和煤粉量監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，對7439工作面掘進(jìn)和回采期間的沖擊礦壓動態(tài)防治是成功的，既保證了生產(chǎn)的安全，又沒有影響生產(chǎn)進(jìn)度。③有沖擊危險(xiǎn)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(yīng)力值，消除應(yīng)力升高區(qū)，使煤體應(yīng)力峰值向煤體深部轉(zhuǎn)移，從而可有效地防治和減弱沖擊礦壓的危險(xiǎn)性，達(dá)到防治沖擊地壓的目的。④通過KJ550煤礦沖擊地壓在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了三河尖煤礦沖擊礦壓監(jiān)測預(yù)報(bào)準(zhǔn)確程度及沖擊礦壓防治水平，成果具有較強(qiáng)的普遍性和可適用性，具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用市場，具有巨大的潛在社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
