煤矿安全监测监控系统大数据分析与多系统融合

刘鹏伟吕前壮

肥城矿业集团梁宝寺能源有限责任公司山东济宁272403

摘要：安全监控系统的应用,是保证煤矿井下安全作业的重要方式,而该系统是一个综合性较强的系统,内容复杂,对设备与技术有很高的要求,但因为设备自身的不足与技术水平较低等因素,增加了系统的不稳定性,因此,需要对系统使用的设备进一步升级,提高技术水平,保证矿井施工作业的安全｡鉴于此,本文就煤矿安全监测监控系统大数据分析与多系统融合展开探讨,以期为相关工作起到参考作用｡

关键词：煤矿安全监控;传感器;大数据分析

1､煤矿安全监控系统的功能

现在,煤矿安全监控分为两点,一点是人工监测,另一点是自动监测｡首先,人工监测是指由检测人员在特定的时间与特点的地点,对矿井中的危险因素进行检测,得出检测的数据,根据数据显示的结果,加以控制,就像是随身带着瓦斯便携仪,测定矿井内瓦斯的含量｡其次,自动检测是指结合瓦斯传感器与通信技术的优势,先由传感器检测空气中瓦斯的浓度,并把结果用传输技术传送到计算机中,由计算机记录各项数据,并进行分析,做出反应｡煤矿安全监控系统的功能包括:对矿井内各项数据进行采集,传输并储存到计算机中,进行处理,把结果打印出来,一旦出现潜在的危险,会及时处理,并采用声光报警的方式,控制危险的发生,其监测内容包括空气中瓦斯､一氧化碳的浓度,矿井内风流动的速度与压力,以及温度变化等｡整个系统的运行包括数个设备,比如主机､传感器､控制器等｡

2､目前安全监控系统存在的问题

2.1系统多､分站种类多,维护麻烦

目前矿井监控系统､人员定位､瓦斯抽放､应急广播等系统归属不同科室,井下各自系统有各自的布线,同一条线路按不同系统布置多趟电缆,消耗电缆较多,系统多分站不统一,对煤矿使用和维护的技术人员的专业技术要求非常高,独立完成对所有系统的维护工作很困难｡

2.2传感器频率传输问题｡

目前井下传感器都采用频率型进行传输,特别是中央变电所等传感器较为集中的地方,距离不远但需要拉接多趟电缆,浪费电缆较多,维护不方便;另外变频器等大功率设备周围,受到干扰,部分频率传输出现异常数据｡

2.3异地断电方式有待提升

由于现有系统的通讯方式是主从方式,异地断电需要由上位机进行中转配合完成,在计算机中毒死机､维修或设备托运过程中主通信断线时井下异地断电无法完成｡

2.4巡检周期时间有待提升

目前是按AQ6201-2006相关标准巡检周期30s以内,异地断电60s以内,井下做定期标校试验时需要花费一定的时间,由于传感器数量较多,人员减少就需要在相同的时间内能多完成相应的标校工作才能保障系统可靠运行｡

2.5电源后备电池(2h)的续航能力有待提升

随着井下设备越来越多,同一时间需要定期检修的设备也变的越来越多,以往1h能够完成的工作现在往往超过2h,需要有更长的续航保障,另外对于后备电池什么时候建议更换没有提醒,往往是实际断电后续航时间不足出现信号中断时才对电池进行更换｡

3､新煤矿安全监控系统特征分析

3.1信息传输全数字化

实现安全监控系统的传感､传输､处理､控制等的全数字化,提升传输､处理､供电和执行的可靠性､及时性,解决安全监控数据易受干扰产生误报警的问题｡但带来的问题是各家采用的数字化模式不一样,协议不统一,监控系统只能配接原厂的传感器,不利于市场化原则｡(2)增强设备抗电磁干扰能力安全监控系统及组成设备采用抗干扰(EMC)技术设计;这样能很大程度上降低传感器的误报警次数,提高了相关设备的稳定性｡(3)推广应用先进传感技术及装备推广使用激光､红外等低功耗传感器､自诊断型传感器,鼓励使用多参数传感器｡激光传感器精度高,监测准确,调校周期长,维护成本低｡但它有一个致命的弱点就是价格太贵,是普通传感器的5~6倍｡多参数传感器既好用又省钱,就是在检定方面相关的制度还没有完善,所以没有大面积推广｡

3.2系统关键技术

3.2.1新型数字传感技术

导致传感器性能不稳定的主要因素为传感技术落后｡激光甲烷传感器采用可调谐半导体激光光谱技术,其基于半导体激光器的波长可调谐特点,通过输出电流的变化控制波长在气体吸收峰附近扫描,以获得待测气体的特征吸收光谱,从而实现气体测量｡激光甲烷传感器不受其他气体的影响,适用于粉尘大､潮湿等恶劣环境,具有测量范围宽､响应速度快､长期免标校等特点｡传感器信号通过RS485､CAN总线进行数字传输,除测点实时值外,还可传输传感器诊断及调校数据｡传感器防护等级提升至IP65,防爆型式提高到ia,满足工作面区对本质安全设备的要求｡传感器设计有软启动抗干扰电源模块,可在长距离传输条件下稳定工作｡传感器内置唯一ID,便于产品溯源和跟踪;结构设计采用二次仪表+微型变送器形式,在煤矿运维时只需更换微型变送器即可｡

3.2.2多系统数据融合技术

多系统数据井下融合如图1所示｡分站采用ARM处理器,具有以太网接口和RS485､CAN接口,以及大容量存储器｡不同系统传感器､执行器通过RS485､CAN总线接入分站,分站通信链路控制器将各系统设备数据分发至业务单元,各业务单元按照主机配置工作,并通过主机配置业务间数据关联模型,实现分站级数据融合,如瓦斯超限报警时实现关联区域人员告警｡分站通过以太网､RS485接口,将各业务单元数据上传至对应主机｡

图1多系统数据井下融合示意

3､煤矿安全监控系统的发展方向

(1)要用全新的思维去打造一个具有多功能的系统融合大平台,整个系统在一个整体的组态架构下,具备多个功能模块,如:环境监测模块､人员定位模块､瓦斯抽采监控模块､矿压监测模块､产量监控模块､供电监控模块､排水监控模块､IP扩播模块､WIFI无线通讯等多个功能模块,用户可根据实际需要选择功能模块;各功能模块在对相应传感器数据的采集､存储､分析和综合逻辑处理控制能力将大大加强,真正实现系统之间的融合和联动;(2)采用一些新的技术,开发一种统一的､开放的数据标准接口,供煤矿使用专业的操作系统;(3)国家相关煤矿安全的规程规定应随着技术的发展不断进行更新和修定,并提倡和鼓励煤矿企业采用一些先进技术,先行先试,给予一定数额的补助,为煤矿企业的信息化发展提供有力的技术支撑和雄厚的资金保障｡

结束语

综上所述,煤矿安全监控系统的升级改造,可以通过使用设备的优化升级实现,即按照整体的设计要求,优化主机､传感器､分部终端､处理器与传输接口的设计,比如传感器性能与供电不稳,传输线路容易被干扰等,通过实现设备的升级优化,确保传感器检测结果的真实,让信号有效传输｡这不仅可以提高设备的可靠性与稳定性,同时也可以完善系统功能,提升系统的整体性能,改善系统应用的现状,从而减少矿井安全事故｡

参考文献:

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