煤矿安全监测监控系统的研究与实现

杨 恺

（晋能控股集团挖金湾煤业公司，山西 大同 037003）

随着我国经济的发展，对能源的需求量越来越大，煤炭作为主要的能源动力，其在较长一段时间内的需求是相对较大的[1]。煤炭的开采主要是依靠地下开采，地下开采的过程中由于环境恶劣和不可控因素等原因需要对井下的多种参数进行定时定期的监测，尤其是井下的瓦斯浓度、水泵房抽排水、电力运行情况以及人员状态等[2]。传统的井下参数的监测主要是通过工作人员定时进行监测，但是随着煤炭开采速度和开采效率的提升，人工的检测方式已经不能够满足煤矿安全的要求。计算机技术、通信技术、信息采集技术的发展为煤矿的安全监测监控提供了有力的支撑，因此设计一套煤矿安全监测监控系统能够减轻工作人员的工作量和工作压力，提高煤矿井下生产安全，提供有效保障[3]。

1 煤矿安全监测监控系统总体设计

1.1 煤矿安全监测监控功能分析

煤矿安全监测监控系统是面对煤矿井下多种参数监控的系统，在进行设计时要遵循易用性、应用性、安全性、稳定性以及技术先进性原则。保证煤矿工作人员能够理解并使用系统的各项功能，在煤炭的实际生产过程中能够安全、稳定的发挥其实用价值，同时还要保证其能够有着相当的兼容性，满足一定程度的功能扩展[4]。

本文所设计的煤矿安全监测监控系统主要是针对煤炭开采过程中的井下水泵房的实时监控、井下供电电网的监控、井下排水系统的监控、矿井瓦斯的监控等功能。井下水泵房涉及到水泵的启停、电动阀门的开关以及开关柜的开关，通过对压力、真空度、流量等一系列参数的监控实现对井下水泵房的实时监控。井下供电电网需要对井下电网的变电所部分进行远程遥控高压配电开关的控制，实现无人化值守，保证其电力的状态能够实时掌握。江夏排水系统的监控是针对矿井水抽排的整套设施的监控，包括水泵、动力装置、管道等。矿井瓦斯的监控是针对井下巷道中的瓦斯浓度或者是瓦斯聚集等现象的防护。

1.2 煤矿安全监测监控总体结构设计

煤矿安全监测监控系统采用的是基于.Net Framework 环境下进行开发的，因此需要采用.Net 代码库进行程序的编写。结合煤炭开采过程中的实际采煤工艺，煤矿安全监测监控系统主要是由监控主机、地面网络交换机、电源、中心站等组成的。整套系统采用分布式处理模式，能够在实际应用过程中获得稳定的网络信号以及较强的可操作性。煤矿安全监测监控系统其核心是井上的监控中心以及网络终端等，其对整个系统所采集到的信息进行综合的分析和管理。网络终端是将系统采集到的信息以及控制器的指令进行数据实时共享，将信息传输到各个终端。井上监控中心与其他设备之间采用局域网的方式进行通信。工业以太环网作为整个系统的传输平台。煤矿安全监测监控系统的最前端是由多种模拟量信号采集器组成的，其各个部分能够实现对监测点数据信息的搜集和采集，同时能够接受来自主站的数据信息，执行主站的相应命令。煤矿安全监测监控系统的总体结构图如图1所示。

图1 煤矿安全监测监控系统的总体结构图

2 煤矿安全监测监控系统的详细设计

2.1 矿井水泵房的监测监控模块设计

煤矿安全监测监控系统的矿井水泵房的设计是按照煤矿井下“地测防治水”的要求，为了达到20h将24h内的涌水量排出的目的。该系统采用了四台离心式水泵作为主要的工作水泵，在日常正常情况下处于两用两备的情况，利用GKG2-6C 高压开关柜，就地控制柜。PLC 控制器对排水模块进行远程控制，就地控制柜对四台离心式水泵进行就地启停、电磁阀的开关以及电磁阀的开关等控制操作。设计有两条排水管道，每台水泵都利用电磁阀与两条管道相连接，当其中一条出现故障需要维修时，可启动另一条管道作为排水。PLC集中程序根据井下的水位高低以及排水量的情况，对排水泵的启停进行控制，设计有手动和自动两种模式。自动模式情况下能够24h 对井下的排水情况进行实时监测。

2.2 供电电网监测监控模块设计

煤矿安全监测监控系统的井下供电网监测监控模块是由三部分组成的井下隔爆交换机、电力监控站以及监测单元。隔爆交换机是对井下的数据信息进行传输，第一时间传输到井下，同时当出现事故时能够及时地将数据信息进行传输。监控站和电力检测单元都是为了实现对井下的电力状态进行监测，通过对电力情况进行保障，将测得的数据传递到井上，在获取到井上控制中心的信息后，在对井下的终端进行控制执行操作命令。

2.3 矿井排水系统监测监控模块

煤矿安全监测监控系统的矿井排水系统的监测监控主要是由实时排水数据信息监测、排水设备的自动化管理、显示检测结果以及数据的查询。排水数据信息监测是对井下的涌水情况进行实时监测的，当监测到的参数值超过预期设定值时，就需要进行预警和处理。排水设备自动化管理是对排水设备的各个运行参数进行监控的，保证排水设备能够高效运转。显示检测结果和数据查询两方面的内容是指在实时监测的过程中对数据信息进行显示，同时在工作人员需要查询能够实现数据的存取。

2.4 矿井瓦斯监测监控模块

瓦斯作为煤矿井下的重要检测指标，其是相当重要的。瓦斯监测监控模块其结构图如图2所示。瓦斯监测监控模块是由上位机和下位机两部分组成的，同时软件和硬件之间采用的是远距离无线传输和有线传输相结合的方式。实现对井下瓦斯数据的实时掌控，当出现瓦斯超过监测设定值时，就需要进行预警并采取相应的指令对其进行处理。

图2 瓦斯监测监控模块结构图

3 煤矿安全监测监控系统的测试试验

为了保证煤矿安全监测监控系统能够正常稳定的运转，需要对煤矿安全监测监控系统进行实验测试。实验测试服务器端采用的是WindowsNET 操作系统，操作系统采用WindowsNET 系统或者是Microsoft Windows XP 系统，浏览器使用的为IE6.0 以上配置。其硬件配置如表1所示。

表1 测试试验硬件配置表

对煤矿安全监测监控系统进行导航测试，对系统的导航界面显示情况进行判断。在实际操作的过程中界面导航未出现错乱，各图形都能够较好地显示出来。其次就是对煤矿安全监测监控系统进行兼容性测试，观察界面在640×400、600×800的分辨率情况下能否正常显示。经过测试界面均可以在正常条件下使用。对系统进行通讯测试，测试结果如表2所示。

表2 通讯测试结果

通过对表内的数据观察发现在通讯方面数据未出现丢包，通讯稳定。

4 总结

煤炭开采关系到国家经济的发展，其安全、稳定是煤矿开采过程中的重中之重，为了保证煤炭开采过程中有着较好的安全性，必须将传统的人力监测转变为智能化的安全在线监测监控系统。煤矿安全监测监控系统能够实现对煤矿井下的矿井水泵房的监测监控、供电电网监测监控、矿井排水系统监测监控、矿井瓦斯监测监控，通过多参数对煤矿井下状态的了解，能够实时掌握煤矿井下的环境状态。同时煤矿安全监测监控系统能够极大地降低人为操作过程中存在的误差，也能够减轻工作人员的工作压力和工作量，满足现代化的煤炭开采速度和开采效率，在一定程度上实现节约人力物力。将煤炭安全监测监控系统应用到煤矿的生产过程中极大地促进了我国煤炭朝着智能化、机械化转变速度，加快煤炭行业的发展。