煤矿监测系统论文

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煤矿监测系统论文:煤矿计算机瓦斯监测系统设计与实现

[摘 要] 煤矿瓦斯监测系统的重要内容是加强煤矿安全生产管理，以防止煤矿事故的发生。所以，在煤矿瓦斯监测系统工作中务必提高应对各种突发事故的能力，因此加强煤矿瓦斯监测系统建设的专业素质至关重要，此外，还应加强制度上的规范管理，不断的提高煤矿瓦斯监测系统设计水平，加强对现场的巡视和设备维护等都是必不可少的环节。笔者结合煤矿开采环境，对瓦斯监测系统在煤矿安全生产监督中的应用进行了分析。

[关键词] 瓦斯监测系统； 煤矿； 安全生产

作为煤矿安全生产监控工作的关键性内容，信息的获得无疑至关重要，而获得信息的主要手段就是监测技术。一般而言，通过煤矿安全生产现有的客观资料，我们可以初步确定监控的初始方案，进而在煤矿工程运营过程中根据监测数值、经验方法等内容，开展反馈分析等工作，修正初步方案与施工网络计划，以保证工程按照最优的设计与施工方案进行。因此，监控工作的重要性也就显而易见了。针对我国煤矿工程质量中的一些不安全因素，监测技术在监控中的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以很好地掌握工程的工作运营状态，利用监控数据对流量方案进行整改，并指导开采质量作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给建筑的安全管理提供信息，将事故突发率降至最低，保证了煤矿安全生产的稳定性。通过太阳能光伏技术，我们可以很好地将太阳能转换为电能，并广泛应用在瓦斯监控系统当中，太阳能供电部分监控结合了煤矿开采的相关特点，对煤矿地点的自然环境等因素进行分析，确定了系统设计相关参数，优化了供电系统的相关参数，对煤矿领域的网络瓦斯监控起到了一定的作用。

1 煤矿瓦斯监测系统的准备工作

1.1 规范制度，端正思想

一个良好的组织机构，除具备较好的运行机制和管理制度之外，还应该具有健全的岗位制度而且能够将之贯彻执行。因此，在煤矿安全生产网络瓦斯监控过程中，我们需要一个合适的监控管理结构，以便于明确各个工作人员的职权问题，保证个人任务到位，避免权力交叉和责任推诿的现象发生，这些问题都可以通过建立健全的岗位责任制度得以解决。此外，工作人员不但要对网络瓦斯监控知识有一定了解，思想上时刻保持着“安全第一”意识，保证将综合自动化安全意识渗透到工作的每一个层面，全面提升安全作业人员的工作责任心与使命感。

1.2 加强瓦斯监测系统的设备管理

加强设备巡视管理是网络瓦斯监控的重点，预防设备异常的发生是监控运行管理的主要内容。为了保障监控仪器的准确性，应该建立完善的设备定检制度，仪器设备需要进行定期的检测，对于一些使用频率高的仪器，更是要依据规定检测并建立相应的维护记录以随时了解其运转状态，保证其正常的运行和及时的维护。

1.3 提高瓦斯监测系统的技术管理

由于煤矿瓦斯监测系统存在很大程度上的特殊性，而作为贯彻于瓦斯监测系统整个流程的重要要素，技术管理在中的作用不容小觑。因此，加强设备的绝缘监督工作，利用声波检测、光谱分析等监督手段，及时地发现并排除故障无疑势在必行。煤矿安全工作一旦脱离了技术的支持，就难以称作是有效的工作。对于系统运行工作的异常情况，及时采取跟踪测温，利用图谱库进行分析对比，并提出检测修改的建议，以此来加强设备的有效运行。

2 煤矿瓦斯监测系统的设计

2.1 联网设计

为达到网络带宽的预定要求，在瓦斯监测系统的设计中采取分层瓦斯转发、本地局域网组播的设计方案，也就是在每个网络层构设瓦斯转发服务端口，并且在煤矿现场、区县市局成立监控管理中心，完善各部门瓦斯解码器、电视播放墙等设施。具体的瓦斯监控系统联网设计如图1所示。由于煤矿施工长期通常都较为偏远，带宽并不充裕，这种联网设计则可以很好地应用于广域瓦斯联网，若考虑到以后省级平台瓦斯联网模式，这种设计方案无疑当前2 Mb带宽的最佳选择，不然很容易致使监控网络不稳定甚至不能使用。该联网设计借助已知煤炭网的部分节点，经上级授权之后连接并登录瓦斯流管理服务端口，就可以轻松观看该服务器监控矿区的生产工作瓦斯，且不会增加前端带宽负荷，可同时向多个用户共享图像信息。

2.2 安全系统体系结构设计

在图2中，我们可以清楚地看到安全系统体系结构的设计方案。通过4个监控工作站或D1单画面轮巡，将画面进行分割并上传到瓦斯流管理服务端口，然后统一由瓦斯流管理服务端口对瓦斯信号进行存储和，这样有效地避免工作人员直接访问客户端而导致网络拥塞现象。开展瓦斯监控工作时，前端摄像机瓦斯线依次对前端画面处理器、瓦斯服务器和光端机实施连接，通过光缆把接受到的瓦斯信号传输到监控中心。在这个时候，其他用户很容易不会根据已经规定好的操作流程来对系统进行操作和数据处理，而且由于不受时间、地域的限制，他们还可能会通过输入地址直接对数据库实施访问。如此一来，就很容易造成客户肆意操作，最终致使后台数据库随时都有崩溃的威胁。所以说，我们应该采取一些可运用的技术对系统进行尽可能全面的安全防范，比如说系统加密、防火墙、真实身份认证、授权控制技术等等。监控中心在接收瓦斯信息后，第一时间想远端的瓦斯服务器发出云台控制信号，最终传输到摄像机云台控制线，并直接上传到系统客户端。

2.3 瓦斯控制系统

在煤矿保护层上的回收期，我们可以将高抽巷侧上方的石板巷回风巷段封闭采空区瓦斯抽放管，同时与上隅角采空区瓦斯抽采。抽巷形成的采空区瓦斯的顶板裂隙排水渠，对下部采空区瓦斯发挥作拉动用，减少采空区气体排涌向工作面和的上隅角。通过分段砌筑封闭墙，在封闭墙中铺设管路进行瓦斯抽采，抽采管路为240mm的铁管，抽采流量为91 m3/min，封闭墙间距为110m。封闭墙的组成由砌筑两道墙体，并在其内部充填黄泥，墙体厚度800mm，墙与墙之间的距离不小于4m，这样可以很好地起到密闭和防爆的作用。每个封闭墙内铺设两道管路，在新的封闭墙砌筑充填完成时，根据瓦斯抽采量适时关闭里段抽采阀门，保障了高抽巷瓦斯抽采的连续性。

2.4 瓦斯流管理服务器设计

在瓦斯监控设计中，瓦斯流管理服务器无疑是IP瓦斯监控系统的精神内容。建立瓦斯流管理服务端口，不但可支持瓦斯管理系统同时被多名用户访问，而且还很好地解决了前端瓦斯受网络带宽限制的问题，从而保证了各部门及领导可以直接通过桌面计算机对瓦斯监控系统进行访问，随时可浏览监控现场图像和瓦斯。服务器端拥有通过查询数据库，进而实现对煤炭安全生产信息化的作用，可以为计算机提供很多实用服务。瓦斯流管理服务器与空间数据库建立连接，可提供大量查询服务，例如属性查询服务、矢量和栅格地图服务等。在网络瓦斯监控系统组成部分中瓦斯流管理缓存服务器模块是相当重要的，服务器端缓存模块主要分为缓存管理组件和索引管理组件。两部分组件分工合作，缓存管理组件是根据索引分析所得出的结果，在缓存中处理请求数据然后向客户端发送，或者利用数据库中已存数据，而索引管理组件先索引分析客户端请求，制作出瓦片空间待处理数据列表。若能发展好缓存数据的利用，数据库交互即可免去，同时数据的响应速度也会大大提高。总的来说，瓦斯流管理服务端为煤矿的安全生产提供了有效的图像监视选择和瓦斯存储的功能，可以彻底实现用户权限管理、自动报警与生产安全建议。

2.5 KJ95安全监控系统

KJ95煤矿综合监控系统是由煤科总院常州自动化研究所开发的。该系统通过井下通信和工业电视监视设备，对煤矿井下作业进行全程生产监控。这一过程中的工业电视监视和井下通信不但可以任意搭配组合，还可以单独利用，能够很好地满足不同条件的矿井需求。在KJ95综合监控系统配置框架中，监测系统与通信系统两者之间相互独立，主线采用光纤为材料，以确保通信系统所发出的语音信号和监测系统采集到的数据可以同时被地面的电端机所接收，为方便光纤传输，光端机会将混合后的电信号转变成光信号，再通过矿井下的光端机把光信号转换成电信号传送至井下工作面，最终将数据和语音彻底分开。通过井下的电端机RS232口可以将数据信号传送到矿井下的传输接口，然后由传输接口将之输出带到各个分站。通过分线盒可以把语音信号分送到各个话机，这一系列过程中语音信号与监测数据都是双向传递的。

3 实现效果

计算机网络瓦斯监控技术应用到煤矿安全生产来，根据所监控出来的瓦斯数据，对煤矿生产过程实施自发监控，并且数据处理敏捷准确，而且它可以直接对煤矿生产中必要的地物进行自动标注，并将标注数据存储到数据库中，避免不必要的人为抄写错误。最后在监控成果表输出以后，表格格式规范、信息完整，并能直接进行打印实现了导线点计算、展点、制表一体化。系统界面可视化、操作性强，监控人员不必进行专门的学习或培训，操作使用十分简便。通过面板中输出的原始瓦斯监控画面，可以切实地反映煤矿生产的真实状况，它对煤矿监控系统全过程进行瓦斯拍摄，在瓦斯监控工作开展前掌握了煤矿各节点在实际结构中的相对位置及相互关系，很简单地就可以完成固定环境轮廓的拍摄，提高了煤矿安全生产监控的工作效率。计算机网络瓦斯监控管理不但简单迅速，而且通过数据维护自动更新、表格目录与导线名称检索等方法实施管理，煤矿安全生产监控的效率明显获得了提高。

4 结论

煤矿瓦斯监测系统建设涉及到煤矿生产工作的数百个指标，需要调用大量的数据和信息，并要综合平衡煤矿生产同劳动力之间、供求需要同可开采煤矿之间、煤矿企业自身效益同社会效益之间的各种关系，要求很高，业务性和技术性很强，煤矿煤矿瓦斯监测系统建设过程实际上是一个多目标动态决策过程。因此，顺应技术进步的潮流，以计算机网络技术为手段，辅助设计煤矿瓦斯监测系统，实现计算机对煤矿安全生产管理是非常必要的。

煤矿监测系统论文:基于物联网及云计算平台的煤矿产区白龟山水库水环境监测系统研究

[摘 要] 应用物联网技术对平顶山煤矿产区白龟山水库水环境指标进行远程自动、实时监测，搭建相应的云计算平台，实现海量监测数据的及时有效处理及数据共享，为实现白龟山水库水资源可持续利用和用水安全提供保障。

[关键词] 物联网； 云计算平台； 水环境； 监测； 白龟山水库

水环境监测是水资源管理和安全供水的重要前提。目前，我国各主要湖泊水库的水环境监测尚未实现无人值守和动态监测，多采取监测人员留驻湖泊水库现场以人工方式采集水质数据，采集点和采样频次受到限制，获取的信息量较小，且耗费大量人力物力，另外很多水质指标还需要带回实验室进行测定，导致数据信息无法及时进行时空对比分析。即使部分湖泊水库采用较为先进的监测技术，但由于获得的时空数据量庞大，处理过程复杂度高，筹建所需的大量高性能计算服务器资金消耗巨大，很难实现水环境监测数据的及时、有效处理及合理快捷共享[1-3]。

自2009年以来，“物联网”概念频频出现在人们的视野中。物联网是指把所有物品通过射频识别、传感器等信息采集和识别设备与通信网络（如Internet、GPRS、3G网络等）连接起来，实现智能化管理和应用。日本、韩国、美国、欧洲一些国家基于物联网把新一代IT技术有效运用在生产生活中，通过物联网实现人类社会与物质世界的整合，从而提高了资源利用率和生产力水平[4-9]。物联网技术的发展也为水环境的监测提供了一个全新的方法和有效途径，但同时物物相连的必然产生大量的数据信息，若将这些信息有机的联合起来，就需要建立一个性能稳定的云计算平台，以解决物联网海量水环境监测信息的存储和处理问题。因此，将物联网技术和云计算平台结合，构建水环境监测物联网，搭建相应的云计算平台，实现水环境信息的实时动态监测和监测数据的及时有效处理及数据共享，为实现水资源可持续利用和确保用水安全提供重要依据[10-14]。

1 系统工程构建

1.1 系统体系架构

整个系统主要由水质监测传感子系统、多层次通信网络子系统、云计算平台和太阳能供电子系统构成，其体系结构如图1所示。

水质监测传感子系统的下位机软件采用中心对多点通讯方式，波特率为9600，采用心跳包实现保活机制，通讯信令采用ASCII码信令。上位机软件与数据中心之间拟通过TCP/IP协议来实现数据传输；通过对系统层Socket的封装，以及从数据链路层、网络层到应用层的集成融合通信方式，来实现用户编程接口的统一。云计算平台数据存储中心基于Oracle数据库来构建，事务处理采用并发机制和触发器机制，最后通过作业调度来实现数据的联机事务处理（On-Line Transaction Processing， OLTP）。利用Oracle DWB来建立数据仓库，提供分析型环境。所有的分析产品和用户接口（User interface， UI）均采用B/S架构来实现。系统拟采用目前比较流行的开源框架SSH（Spring、Struts、Hibernate）来搭建。

1.2 各子系统架构

① 数据中心及采集系统

数据中心体系结构如图2所示，数据流处理包括接收处理数据流和发送数据流。

接受及处理数据流

a） 通过由水质参数传感器、滤波器、A/D转化器组成的采集系统，获得现场实时水质参数数据，并将这些数据按照采样频率传送至数据中心；

b） 数据中心接收到实时数据后，进行逻辑分析，剔除脏数据，将正确的数据存储到瞬时数据库；

c） 利用ETL（extract， transform and load）工具，结合企业数据库的作业/调度以及触发器等功能，利用瞬时数据库中的数据生成适合分析、统计的水质分析型数据库或者数据仓库；

d） 利用数据仓库分析产品或者BI（business intelligence）报表引擎，对分析数据库或者数据仓库进行数据分析处理，生成用户需要的各种分析产品。

发送数据流

a） 用户可通过移动终端设备（比如手机、PDA等）或固定终端的水质数据查看器登录到数据中心，通过数据中心发送信令给采集系统，设定采集系统的采样周期等参数信息；

b） 用户还可以通过数据中心向供电系统发送控制信息，开启或者关闭供电系统，或者对供电系统进行远程调控。

② 多层次通信网络子系统

多层次通信网络系统架构如图3所示，采取分层混合网络体系架构，分为业务层、核心层、接入层、终端层四个层次。

③ 供电系统

太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器和蓄电池（组）构成。其中，太阳能电池板是将太阳辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作，是该系统的核心组件。

太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并起到对蓄电池过充电保护和过放电保护的作用。蓄电池作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，当遇到阴雨天气的时候或者光照不够充足的条件下，特别是采集系统发生异常时，需要大功率高负荷的实时手动采集时，通过蓄电池来释放能量。

1.3 相关算法

① 数据ETL算法

传感器水质参数数据通过以下五个流程过程，实现提取、转化和装载，最终建立WSDW数据仓库，算法实现流程图如图4所示。

② 分类预测算法

基于LSM模型的聚类算法，是一种无教师自动分类算法，针对待聚类的目标数据，随机选取任意一个数据作为标兵数据，其他数据作为候选数据进行聚类。该算法具有敏感度低，数据选取次序无关等良好特性，非常适合传感器数据的分析处理，本工程采用基于LSM模型的聚类算法进行水质业务数据分析。

2 系统在白龟山水库应用

白龟山水库位于淮河流域沙河干流上， 大坝位于河南省平顶山市西南郊，东经112°50′至113°15′及北纬33°40′至33°50′之间。东西长15. 5 km，南北宽4. 2 km，占地近70 km2。水库控制流域面积2 740 km2，水库多年平均降雨量900 mm， 多年平均径流量4. 23 亿m3，总库容达9. 22 亿m3，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉、工业和城市供水的大型综合水库[10]。同时白龟山水库也是南水北调饮水工程的重要调节库。

以白龟山水库作为实验站点，建立基于物联网（无线传感网络）技术的水环境自动监测与分析系统，解决白龟山水库当前人工水质参数采集存在的诸多问题，构建白龟山水库水环境监测云计算中心，实现水资源持续有效利用和确保用水安全。

2.1 云计算平台的数据采集

① 水环境系统主控因子数据采集

湖泊水库水环境监测指标包括诸多主控因子。白龟山水库主要选取水温、PH、浊度、ORP、溶解氧、总磷、总氮等主控因子。各主控因子数据采集通过搭建无线传感器自动数据采集子系统来完成。

自动数据采集子系统包括6个无线传感器自动采集站。利用各类在线水质传感器，在白龟山水库入水口、1号监测点、2号区监测点以及白龟山水库出水口等地设立6个实验示范性无线传感器自动监测站。自动数据采集系统按照业务需要来设定数据采集频率，对监测点水质进行无人值守实时采集。利用数据采集器进行滤波、A/D转化，最终为无线传输系统提供可靠的原始信号数据。

数据采集子系统获得的信号数据为4-20mA的电流信号，将通过无线网络传送至数据中心，然后转化为实际的水质参数数据，不同参数转化算法不同。转化后的水质参数数据，为准确地掌握水质状况和动态变化趋势提供基础数据，将持久存储在数据中心。

② 视频数据采集

为现场设备、水域环境及生物活动提供视频采集功能，并通过无线方式按照定频和手动采集方式发回数据中心。依此实现对各个采样点非法入侵、设备破坏、特种保护动物活动提供实时监控。

2.2 云计算平台的数据传输

数据传输子系统用于将获得的实时信号数据传送至数据中心以便对此数据进行转化、分析、处理和存储。数据传输子系统包括传输控制节点、通信网络及数据中心。

传输控制节点负责接收数据采集器获得原数据，并通过RS485网络，将获得的实时水质参数信号数据传送到GPRS无线混合通讯系统，经由GPRS以及3G无线网络传送到有固定IP地址的数据中心。通讯传输采用“中心对多点”的TCP模式，实现数据的可靠透明传输。各传输控制节点间也可相互通信，与有固定IP的数据中心超级节点之间形成多层重叠混合网络，从而实现数据中心对整个无线传感器网络的管理。各用户终端设备通过该子系统完成登入、退出及异常处理，建立稳定网络，为传输信号数据和控制信令建立双向数据传输通道和通讯链路。

2.3 云计算平台的数据处理中心

数据中心是整个云计算平台服务体系的核心，其主要功能是对数据的计算和存储。通过数据中心，一方面，实现水质数字信号信息的接受、分析处理、预警及存储，另一方面，还可以通过远程无线控制进行随机监控和采样周期设定及视频监控等工作。

2.4 云计算平台的实时监控预警

实时监控预警子系统提供监控和预警两项功能。监控模块主要完成两个方面的工作：一方面，提供实时数据的查看，在线分析和报表下载功能；另一方面，对无线视频采集系统获得的现场图像进行分析、比对，对异常现场状况采取措施；预警模块也主要完成两方面工作：一方面，当数据中心发现异常数字信号后，传送异常类别给实时监控预警子系统，该系统完成对实时数字信号的预警处理任务；另一方，为授权用户和决策人员提供自动预警处理结果。

2.5 野外太阳能供电系统

由于无法通过交流电对白龟山水库水质监测系统供电，因此必须选择适合当地环境的可靠的供电方案来解决此问题。根据白龟山水库的气候特点，本着绿色、节能、环保和低碳的原则，采用太阳能供电系统作为供电方案。

3 结语

应用物联网技术构建的监测系统实现了白龟山水库水环境指标的实时动态监测，云计算平台对监测信息进行及时快捷有效地处理并能实现信息共享，为加强水资源管理和提高用水安全提供了有力保障。

煤矿监测系统论文:基于无线传感器网络的煤矿监测系统设计

[摘 要] 煤矿安全已经成为社会非常重视和关注的问题。针对当前基于有线网络和固定传感器技术的监测系统存在监测盲区的问题，设计了一套基于Zigbee技术的无线传感器网络煤矿监测系统方案。分析了煤矿监测系统的结构，对系统的无线传感器网络部分进行了详细设计，包括硬件设计和软件设计。系统对预防煤炭安全事故有着重要的意义。

[关键词] 煤矿安全； 监测系统； 无线传感器网络； Zigbee协议； 节点

引言

我国煤矿开采方式只要是以矿工开采为主，多数矿井都有瓦斯、煤尘、火灾等隐患。我国煤矿生产形势一直十分严峻，煤矿频繁发生事故，给国家和人民都造成了巨大的损失。安全问题一直困扰着我国煤矿生产，是制约我国煤矿行业发展的主要障碍。但是目前我国使用的安全监测系统主要还是以现场总线为主，通过有线方式进行信息数据的采集和传输，这在矿井特殊环境下存在许多的弊端。如井下监测点数量有限，存在监控盲区；随着挖掘的深入，传感器无法实现快速跟进；一旦网络发生故障，系统就会瘫痪等。

无线传感器网络的网络自组织、结构灵活、以数据为中心的特点很适合矿井环境安全监测的应用，无线通信技术ZigBee的低功耗、低成本、覆盖范围大、高可靠性等都符合系统的要求，很好的解决了上述的弊端。本文设计的煤矿安全监控系统，是通过无线传感器网络实现对煤矿监控区域瓦斯浓度和温湿度等信号的采集测量，同时将所采集的信息在地面控制中心 PC 机上实时地显示出来，对煤矿井下环境数据进行全方位实时监测和智能预警，对煤矿的安全生产具有重大的意义。

1 总体结构

整个系统分为井上及井下两大部分，由协调器、终端节点、路由节点、监控计算机和监控中心管理系统组成。在主巷道的入口处架设协调器，在煤矿井下主巷道和采掘工作面中每隔几十米布设一个路由节点，矿井工作人员佩戴移动的终端节点，每个采掘区形成一个无线传感器网络，它通过协调器采用总线与地面监控计算机相连。其中协调器、终端节点、路由节点构成基于zigbee的无线传感器网络，三种节点相互配合，共同完成对瓦斯浓度、温湿度数据的采集、传输和对网络的管理。系统的总体结构如图1所示。

系统井下部分为路由节点和终端节点构成的ZigBee网络。终端节点上使用瓦斯传感器、温湿度传感器等对井下环境数据进行采集，并通过路由节点的转发送给井上协调器节点。协调器节点与监控计算机通过串行接口将数据传给监控计算机。监控计算机收集数据信息，对数据进行实时监测，并能够通过以太网或Internet将数据传送给监控中心。

2 节点硬件设计

协调器节点、路由节点和终端节点采用相同的硬件设计。考虑到系统具有低功耗和可靠性高等要求， PIC18F4620单片机具有低功耗、性能稳定的特点；CC2420射频芯片只需简单外围电路设计，且支持ZigBee协议。传感器节点采用PIC18F4620单片机和CC2420射频芯片。节点的硬件结构如图2所示。

节点硬件平台以PIC18F4620单片机和CC2420射频芯片为核心，在单片机上扩展出SPI接口与CC2420进行连接，它们之间采用主从模式进行通信，同时还在外围扩展了RS232和RS485接口电路。针对影响矿井安全环境的因素，系统采用瓦斯传感器和温湿度传感器对矿井环境相关数据信息进行采集，传感器采集的数据经过信号放大、A/D转换等处理后传输给控制器。然后节点利用CC2420射频收发器将数据发送给中心节点，当数据值超标，产生安全隐患时启动报警装置发出警报。瓦斯传感器采用LXK-3，可以实现瓦斯浓度4%以内的检测，且当持续半分钟检测到瓦斯浓度高于1%时，蜂鸣器发出报警信号。温湿度传感器采用SHT11，根据煤矿的温湿度参数自动对瓦斯传感器校零，从而提高瓦斯浓度报警器的准确性。节点采用9V电池供电，通过稳压器将电压输出转换为系统可用电压。

3 软件开发环境

MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列单片机的基于Windows 操作系统的集成开发环境，采用汇编语言或C语言使用内置编辑器创建和编辑源代码。MPLAB ICD 2 在线调试器实时调试可执行逻辑，使用 MPLAB ICD 2 器件编程器向单片机中烧写。

ZigBee协议栈由Microchip协议栈的3.5版本来实现。Microchip协议栈的3.5版本能够在大多数PIC18系列的单片机上进行移植，并支持各种ZigBee网络拓扑结构，能够实现全功能设备和精简功能设备的功能。

4 节点程序设计

在本系统中，节点设备的功能不同。传感器终端节点的主要功能是通过瓦斯传感器和温湿度传感器对矿井环境相关数据信息进行采集，并将数据发送给协调器节点；路由器节点的应用层程序主要功能是网络路由的维护、节点的管理和数据的传输等；协调器节点的任务是创建整个网络，并将从传感器节点传输来的数据通过串口传输给监控计算机，同时将控制命令发送给网络中的节点。传感器终端节点、路由器节点和协调器节点均有各自的应用层程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，这三个文件分别是终端节点、路由器节点和协调器节点的应用程序，分别实现了各自的功能。

终端节点、路由器节点和协调器节点三种节点的应用程序都是通过调用原语，通过改变原语的状态使ZigBee协议栈的各子层实现相应的操作来实现的。在程序的初始阶段都要先对看门狗、硬件、协议栈及其它部分进行初始化操作。节点初始化后，协调器节点建立并维护网络，路由器节点和终端节点在建好网络后加入网络，负责各自在网络中的任务。

4.1 协调器节点程序设计

协调器节点作为网络的中心节点，是无线传感器网络和监控计算机的联系纽带。它一方面要创建网络，对网络地址进行分配，并维护网络状态；另一方面要在收到数据请求时从终端设备节点读取数据信息，并将这些数据传送给监控计算机。在协调器节点开始运行后，要先对PIC18F4620单片机和CC2420芯片进行初始化操作，然后创建网络并对网络进行监听，将接收到的数据发送给监控计算机。节点的程序流程图如图3所示。

4.2 路由节点程序设计

终端节点和协调器节点之间可能因为距离等问题无法直接进行数据的传输，路由节点的功能主要是帮助协调器节点建立完整的网络，管理其覆盖范围内的传感器终端节点，对网络中传输的数据信息进行转发，类似于一个网络中继站。当协调器节点创建网络以后，路由节点要搜索并加入网络，然后管理其覆盖区域的传感器终端节点加入或离开网络。该节点的流程图如图4所示。

4.3 终端节点程序设计

系统的终端节点实现的功能是利用节点上的传感器对环境对象的数据进行感知和采集，对采集的数据进行一定的处理，然后通过CC2420射频芯片将数据通过网络发送给协调器节点。终端节点在收到协调器节点的数据请求命令后才会进行相关数据的采集和发送，在没有数据请求的时候处于休眠状态，以减少能量消耗。终端节点的软件流程图如图5所示。

5 结束语

将无线传感器网络应用到煤矿安全监测中，可随意增加移除监测节点，方便网络扩展，弥补了煤矿目前的煤矿生产安全监控系统的不足，具有重要的现实意义。

随着无线传感器网络和煤矿监控技术的发展，成本的不断下降和体积的进一步减小，无线传感器网络在煤矿安全监控系统中的大规模应用会很快实现，未来的煤矿安全监控系统会更智能、更完善、更稳定。

煤矿监测系统论文:KJ581型钢丝绳芯胶带在线监测系统在彭庄煤矿的应用

摘要：针对矿用胶带钢丝绳芯的漏磁在线检测及X光成像技术的应用与研究，将检测、成像及诊断系统的结合一体，完成对胶带内钢丝绳芯锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况的高速、在线、电磁检测及精确定位。对重点隐患部位进行重点检查，及时发现隐患，实现对钢丝绳芯胶带的在线监测，保证设备安全运转。

关键词：在线漏磁成像监测

一、前言

强力胶带机由于运输能力大，运输距离长，所以广泛应用于我国矿山等行业。但是由于强力胶带机运距长、负荷大、设备老化等问题，造成皮带接头易损、带身钢丝绳断裂，设备安全运转存在重大隐患。如果发生事故，不但会造成重大的财产损失，而且造成更为严重的人员伤亡事故。

彭庄煤矿矿现有钢丝绳胶带机2部，在设备运行中发现胶带接头的完好情况是整个胶带机安全运行的基础，现在皮带硫化接头的检查只凭肉眼观测，对接头的硫化仅凭经验，虽然在管理中要求司机在班中严格按规定巡检，但难免监测不到位，因此极不科学，很容易出现断带事故。

目前国内有钢丝绳芯探伤仪，存在着只能以“心电图”形式的记录，不能自动判断，需专业人员才能看懂，不便快速有效的发现胶带在运行中存在的隐患。通过钢丝绳芯皮带电磁在线检测及X光成像技术的应用研究，将检测、成像及诊断结合起来，对重点隐患部位进行重点检查检修，及时排除隐患，保证设备安全运转，为矿井的安全生产打下基础。

二、综合在线监测装置的工作原理及组成

1、工作原理：

首先，通过永久磁场对胶带钢丝绳芯进行充磁，当系统工作时，通过对胶带内钢丝绳芯磁通量的变化情况实现对胶带内钢丝绳芯的锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况实行高速、在线、电磁检测。当某处损伤超标或接头抽动超标时再启动 X射线部分进行低速在线或定点透视，从而使用户能更清楚、直观地看到损伤点或接头的透视图像，以便采取进一步的合理修复手段，防范隐患扩大或事故发生。

2、系统的组成：

电磁传感器：完成对输送带内钢丝绳芯的加磁及漏磁信号的拾取与检测；

X 光机系统：X光发射、接收装置、皮带定位装置，完成机架内皮带定位及其透视图像的实时采集；

下位计算机：完成对磁信号及视频图像的接收、预处理、打包、发送以及电源的提供；

上位计算机：完成对信号的接收、校验、后处理、存储与实时显示和报表打印。

3、系统的功能：

⑴完成输送带内钢丝绳芯锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况的高速、在线、电磁检测及精确定位； ⑵完成输送带内钢绳芯损伤点或接头的 X 射线低速在线或定点透视；⑶检测数据及扫描图像可通过日期、接头号、位置等选项进行查询、观看和比对、分析；⑷系统最终出具检测数据、曲线图、文字报告，并具超限报警功能；⑸实现各检测值的长时间存储及报表打印；⑹系统可通过光纤远距离传输并可进入用户局域网实现数据共享；⑺对输送带进行辅助定位,并进行声音提示。

4、系统的特点：

⑴磁传感器形式：数字式、密集型、单箱式传感器；⑵磁传感器维护：无传感器调节窗口、温度自适应、彻底免维护、免调试；⑶系统模块化的多层单片机结构，使系统运行更快、更稳定、更容易实现更新换代；⑷面对用户的人性化、模块化、傻瓜型的软件设计，使用户无需懂太多计算机知识的人也可以轻松使用该系统；⑸系统可进入用户的局域网，实现数据共享；⑹可大大降低工人的劳动强度，改善其劳动工作条件，缩短检测时间；⑺人可以远距离进行X光透视,免辐射。

三、设备的安装与调试

1、磁传感器的安装：

传感器安装位置遵循以下原则：输送带抖动最小、要尽量远离强磁场、不易受砸、安装维护方便、信号传输距离尽量短等。

传感器应放在上皮带与底皮带之间， 首先将L 型固定板固定在输送带大梁上，套上U型螺丝，用螺母拧紧；再用直杆螺丝将传感器箱吊挂在 L 板上。传感器箱下表面距离底皮带上表面的高度调节为60mm+5mm，最后用螺母拧紧即可。

安装注意事项：

⑴传感器箱应安装在皮带抖动小的地方（最好安装在机头附近，靠近托辊的位置，但为了避免测试误差，请不要装在托辊正上方）；⑵用螺母固定传感器箱时，应加装弹垫,切记拧紧，防止长期震动导致螺母松动。

2、X光系统各部分的安装(仅限综合系统)：

现场安装期间，发现该装置的固定装置，不牢靠及X光机安装位置在上下胶带之间，要求上胶带胶带下平面与胶带机纵梁上平面之间有不低于300的间距，我们对机架的固定方式及托辊架进行了改造。

原有X光机架为落地式，它要求安装地点的底板必须与胶带平行方可安装，由于井下地理条件的不同及底板的起伏不平，造成机架安装后，X光机纵向移动架与胶带机纵梁交叉，影响机架前后移动距离。我们在与厂家技术人员研究后，提出将机架改造为吊挂式使用，具体方法如下：

⑴在机架前后两端，加工四根等距吊架，将X光机机架整体吊挂在胶带机纵梁上；⑵再在机架前后两端，加工四根拉杆，将机架与胶带机前后H架固定在一起；⑶原有胶带机上托架为插板式，托辊上沿只比纵梁高出60，我们在不停产的前提下将托辊架改造为固定式，且逐渐提高托辊安装高度，使胶带在通过监测装置处形成桥型段，既满足了监测装置的安装要求，又保证了矿井生产的正常进行。

四、使用的注意事项

1、硬件设备：

⑴传感器箱在运输安装时，应避免强烈的震动或碰撞；⑵操作该系统时，操作者必须经过计算机操作培训,并严格按照该使用说明书进行操作；⑶应定期检查传感器箱固定螺丝是否松动；⑷每次使用本产品时，应先进行设备自检，如果发现有设备损坏应及时修理或与厂家联系⑸X光机启动时,请勿在机架附近长时逗留。

2、软件使用：

禁止拷贝与该系统无关软件到本计算机，防止病毒侵入影响，使用 U盘或移动硬盘时先进行杀毒再使用。

禁止删除系统软件中的任何文件，防止软件无法正常运行。

五、常见问题及解答

1、实时监测过程中或处理数据过程中，计算机经常出现死机，不能正常运行：

⑴检查计算机所在室温是否高于35℃或低于 0℃，若是应降低或升高室温；⑵若室温条件满足，故障仍未排除，请检查计算机是否有病毒并用正版杀毒软件进行查杀病毒。

2、报表及图形数据打印，颜色太浅，无法看清。 更换色带、墨盒、硒鼓。

3、计算机自检时显示下位机连接不上：

⑴下位机电源是否已经打开；⑵USB 转光纤模块是否按操作规程（先启动工控机,待启动完毕,再按住 USB 转光纤模块按钮 3 秒）,如果不是,请按规定操作,便可正常连接下位机；⑶光纤是否折断(用激光笔从一侧照光纤,另一侧可见到光,即为完好)，若折断则需更换；⑷下位机通讯板损坏，需更换；⑸USB转光纤模块损坏,需更换。

六、结语

通过对彭庄矿井下主上仓皮带安装KJ581型钢丝绳芯胶带在线监测系统之后，通过该系统的投入使用，完成对胶带内钢丝绳芯锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况的高速、在线、电磁检测及精确定位。提高了胶带使用的安全性和可靠性，并针对胶带的重点隐患部位进行重点检查，及时发现隐患，实现对钢丝绳芯胶带的在线监测，保证设备安全运转，为矿井的安全生产奠定了基础。

煤矿监测系统论文:红外瓦斯传感器在煤矿监测系统中的应用

【摘要】红外瓦斯传感器是预防煤矿井下瓦斯灾害事故，确保生产安全的重要监测系统，对于煤矿生产具有重要意义。本文从目前较为典型的集中瓦斯监测手段入手，分析了其利弊，以综合性能优势较为典型的红外瓦斯传感器技术为例，分析了其应用优势，希望能为煤矿安全生产提供帮助。

【关键词】煤矿；安全生产；瓦斯事故；红外瓦斯传感器

经济社会的快速发展促使人类对于能源的需求量不断提升，煤炭作为最主要的应用能源之一，社会地位愈加重要。煤矿开开采作为向社会提供煤炭的关键手段，近些年来瓦斯事故频发，引发了极大的社会关注，不仅造成了重大经济财产损失，同时也严重威胁着井下人员的生命安全，因此，煤矿安全生产的关键在于有效控制和预防瓦斯事故，将其危害降到最低。瓦斯作为煤矿安全第一杀手，其事故预防和处理要从形成规律、爆炸特性等入手，加强对瓦斯的监控，目前煤矿生产中多应用红外瓦斯传感器来监测，其灵敏度和可靠性对确保安全生产有着至关重要的意义，是煤矿安全生产系统的眼睛和重要组成部分。下面我们结合煤矿安全生产实际，分析一下红外瓦斯传感器在煤矿监测系统中的应用，希望能为煤矿安全生产工作提供参考。

一、瓦斯检测手段与问题

我国国内瓦斯传感器最初主要以热催化型、光干涉型、热导型、气敏半导体型和红外气体吸收型为主。

热催化型虽然实现瓦斯监测，但是稳定性较差，需要频繁校对，且使用寿命短，从安全和成本两方面来考虑，并非最佳选择。光干涉型监测手段对气体浓度的检测较为敏感，通过空气中光波的利用来监测瓦斯浓度，现场使用较为方便，但是如果空气中氮氧分配比例不足，就会容易出现误差，无法长时间大范围使用[1]。热导型是利用热导原理检测空气与所测气体之间的导率差来实现检测，其结构简单，应用安全，寿命长，有众多优点，但是由于其受加工精度影响较大，对于低浓度瓦斯的监测常出现失误，水蒸气、氧气浓度也会干扰其正常工作。气敏半导体型是近年来发展较快的一种检测方法，具有寿命长、能耗少、灵敏度高等特点，但是由于受材料材质、温度等因素影响，应用性较差，在准确度和精度上也有待提高，仍需加强实践与研究[2]。

红外气体吸收型即是目前应用较广的红外瓦斯传感技术，它利用红外光谱对不同气体的吸收强度来检测气体浓度，可靠性、灵敏度高，寿命长，与上面几种技术相比，在各种性能上都有着较为突出的表现，也是目前应用性最强的一种技术[3]。这种技术传入国内时由于受到我国矿井特殊环境影响，使用成本高，兼容性差，但是借由中国煤炭科工集团的深入研究与自主研发，终于成功推出了适合我国井下环境性能可靠的红外瓦斯传感器监测技术，在国际上也达到了领先水准。

二、红外瓦斯传感器原理与优势

红外瓦斯传感器主要是为监测管道内的气体浓度而研发设计，它以红外吸收原理为核心，采取数字式温度补偿、扩散式采样等技术，具有高检测精度、高稳定性等优势，能够适应多种复杂环境，应用范围广。它能够广泛应用于煤矿瓦斯抽放管道、瓦斯抽放泵站、天然气输气管路等管道内瓦斯气体浓度的监测。监测仪在工作过程中，对环境内的瓦斯提起浓度进行实时监测，当浓度超出系统预先设定的上限值时，就会立即通过声光进行报警，报警系统以发光二极管和驱动蜂鸣器为主，向监测系统发出告警信号[4]。

应用红外吸收原理的瓦斯传感器性能可靠，使用寿命长，调校周期>2月，其一体化水分离装置，能够很好的规避管道内水分、尘埃等多种物质，确保检测精度，气路设计的特殊形式对于各种正压、负压管道都有很好的应用性，浓度检测以红外遥控为主，应用简单，温度补偿精确，不会因矿井下的特殊环境而出现改变或漂移，抗干扰能力强，对于多种杂质、气体都有很好的抵抗作用，能够提供多种常用的数据输出接口，兼容性强，是目前应用优势最为显著的一种矿井下瓦斯监测技术。目前多种瓦斯传感器实际应用中还存在着一定问题，比如功能单一、耗能较大、精确度不高等，且使用模拟电路技术，在抗干扰能力和智能化程度上都较低，是需要加强研究的重要应用课题，对于提升未来矿井下瓦斯安全监测具有积极意义[5]。

三、红外瓦斯传感器的具体应用

煤矿井下的环境较为特殊，复杂多变，不可控因素较多，因而发生安全事故的几率也较高。预防瓦斯事故的发生，确保相关人员声明安全，降低经济财产损失，是井下安全工作的重要目标。红外瓦斯传感器在应用中通过不断技术创新完善着煤矿的监测系统，使用差动补偿信号处理、双敏感元件等技术突破了种种限制，为煤矿生产安全作出贡献。

在监测井下环境瓦斯气体浓度时，传感器可以通过连续自动的将井下沼气浓度转换为标准电信号输送给关联设备，并且应用差动补偿信号处理技术就地显示浓度值，在超出预设值时自动报警。它通过与各类新型监测系统、断电仪、风电瓦斯闭锁装置等配套使用，在煤矿采掘工作面、回风巷道等都可以固定使用。虽然热导型、热催化型技术上存在一定缺陷，但是可以应用两种技术原理与红外传感器技术相结合测量瓦斯浓度，改变原有的单一元件测量不稳定现象，借由人工智能技术优势对信息进行高度精确处理和分析，将稳定性指标再次提升，延长使用寿命[6]。这些技术的结合应用能够加快传感器反应速度，使结构更加坚固，便于使用和维护，同时还增加了断电控制、遥控调校、故障自校自检等功能，节约了维护和使用成本，对于预防煤矿重大瓦斯灾害事故具有重要作用，也是煤矿生产企业更好的产生经济效益与社会效益的可靠保障。

以目前市场上性能较为优越的英国E2V-IR12GJ为例，它基于非色散红外设计原理，采用非色散红外技术（NDIR）原理进行设计，并且传感器的光源采用非常节能的LED光源。LED光源采用特殊的算法产生优化的辐射光谱，并且通过特殊的光学系统和升级过的硒化铅和硒化镉底片上的光敏二极管，结合内置的温度传感器和微电子设备来产生信号。传感器和上级的电子设备采用数字通信，遵循UART格式。它具有以下技术特点：可以检测的气体浓度范围为0-100%或者0-100%LEL；含有温度补偿设计，并且为线性输出；数字输出，可以直接接入上级设备；可以保存浓度、温度补偿和线性数据；极低的能量损耗――小于5mW；防爆Ex认证。它可以连续自动地将井下甲烷浓度转换成标准电信号输送给配接设备，并具有就地显示沼气浓度值，超限声光报警等功能。高分辨率在0-10%范围分辨率为0.01%，在大于10%范围分辨率为0.1%，满足国家安全生产监督管理局实施的《中华人民共和国安全生产行业标准AQ6211-2008-煤矿非色散红外甲烷传感器》要求。传感器在设计上以紧凑、小巧、模块化、整体化为发展趋势，在保持传统红外传感器高稳定、高抗干扰、长寿命、免维护等优点外，将传统红外原理光学部件省略，有效的降低了成本，同时还弥补了传统红外原理传感器易受环境中灰尘覆盖影响透光或反射的强度的问题，这对于减少传统检测仪故障报警缺陷具有积极意义。

煤矿安全生产需要依托监测系统的全面运行，红外瓦斯监测系统应用红外吸收原理，实现对井下瓦斯气体浓度的监测，通过应用多种新技术，实现了对安全生产的维护与保障，是煤矿安全监测系统的重要构成部分。

煤矿监测系统论文:煤矿机电安全生产监测系统设计方案初探

【摘 要】近年来，国内煤矿重大安全事故不断发生，尤其是中小煤矿情况更为突出，给国冢、人民造成了重大损失。以下介绍一种适用于中小型煤矿安全生产与监测设备的设计方案，希望能对各矿的安全生产发挥作用。

【关键词】煤矿机电；安全；监查

1.硬件结构设计

该煤矿安检设备的基本功能有：煤矿各工作面瓦斯浓度的实时采集记录并显示；瓦斯浓度超标报警；井下风速采集记录；负压（压力力）记录；一氧化碳浓度采集记录；温度采集记录；水泵电机工作状态；风机工作状态；绞车工作状态；电源过压报警；失流报警；缺相报警；班次产量记录；开关量采集及设备控制；载波数据传输；GSM/GPRS无线通信；参数设置；数据存储；电源自动切换管理以及系统自检等功能。设备分为井下数据采集终端和地面数据集中器两部分。

2.采集终端设计

数据采集终端是用来采集、监测、控制井下设备状态并将数据记录上传给集中器的装置，可同时采集16路的开关量和16路模拟量，并经A/D转换形成数字量，安装在井下防爆箱内。它为各类传感器提供工作电源，并以RS485总线方式通信；与集中器间以载波通信方式进行数据交换。集中器间采用载波通信方式，集中器可定时或随时召唤井下各设备参数并存储。

瓦斯传感器安装在井下各采煤工作面及巷道上，以采集不同点的瓦斯浓度。量程为0-4%CH4，供电方式采取采集器统一直流l5V供电，保障其安全性。当井下瓦斯浓度超标时，采集终端发出报警，报警灯不停闪烁的同时又通过语音报警以提示人员进行紧急撤离。同时监控室里的集中器也发出报警，提醒地勤人员采取紧急措施。另外，在报警同时打开风门及风机进行抽风，以降低瓦斯浓度。同样，当井下一氧化碳浓度超标也会发出报警。需注意的是，由于气敏传感器都有一定的使用寿命，因此最好一年更换一次传感器，以保障测量的准确性。

巷道风量的测量采用矿用智能风量传感器，期，其测量范围为风速0.3-15m/s；坑道断面积小于30m2；允许误差小于+0.3m/s；重复性误差读数值+1%；输出信号为200-1000Hz/5-15Hz或4-20mA/1-5mA；工作电压为Dcl5v；工作电流小于60mA；换能器工作频率为l40-150kHz。经A/D转换（或v/F转换）后，可测得其通风量的大小，以了解井下空气质量等。

由于井下到处都是易燃的煤，因此，当温度过高时极易发生自燃的情况；由于井下燃烧为不完全燃烧，因此会产生大量的一氧化碳。上述情况会导致井下人员的一氧化碳中毒，当遇到明火时还会产生爆炸。因此井下温度的测量很重要，尤其对于那些井下较干燥的矿井显得更加必要。根据现场情况可安装多个温度测量点以监控井下温度的变化。

井下巷道均由钢架或木架支撑，为防止冒顶、坍塌等危险情况造成人员重大伤亡和财产损失，井下需要实时巡检巷道压力情况，并及时整修。因此，在承重架下安装压力传感器实现压力应变的实时监测，可及时检测到出现的险情，从而能够避免重大事故的发生。

井下设备大多为防爆型没备，因此价格较一般同类型非防爆设备高许多。当出现过压、失流、缺相或三相不平衡等情况时，常会烧坏电机造成停产，从而造成重大的损失。为尽量杜绝或减少出现此类状况后造成损失。在电机进线上安装精密的电压、电流互感器，实时监测电压电流的变化。当出现非正常变化时及时报警，超出预定值时自动断开电源以保障没备的安全。

井下设备的工作状态是否正常对安全生产：非常重要，因此对风机、水泵、绞车等重大没备工作状态的监测是采集终端的另一重要功能。实时监测这些设备的二次触点等开关量，然后经光电隔离、整形、限流电路接到单片机端门，单片机可根据这些开关状态来判定设备的工作状态。另外，主控室还可通过集中器向采集终端下发某设备工作状态命令。

3.数据集中器设计

数据集中器是放置在主控室用来汇集、监测井下设备运行状况、对异常情况进行报警及显示，并能上传的设备。同时，它还具有对地面绞车运行状况实时监控、计量提升煤罐次数并计算生产量的功能。数据集中器可同时管理多个井矿下的采集终端设备，采用大容量掉电非遗失数据存储器NVRAM，对井下各测量点数据可进行定间隔（1-60mim可设）存储一个月的数据；可根据矿上生产情况设定班次及上下班交接时间，同时采集、计算并保存当前班、上一班、上上一班的生产量作为工人工作量核算的依据。采集方法是：在罐笼提升绞车电机进线上安装电压、电流互感器，利用绞车档位控制开关的空触点进行上下、档位的辨别，根据罐笼提升重量的变化导致电机输出功率的变化来判别出是空罐、上下人员还是煤罐。需注意的一点是：由于厂矿电压昼夜变化都较大，因此根据公式P=U×I可看出当电压变化时电流也随着变化.电流互感器感应电流也会随着变化，另外还会出现提升过程中罐笼撞绑导致感应电流瞬时过大的情况，也会有为防止罐笼过度摇摆出现危险而在提升过程中暂停（也叫稳绳）的情况。所以，在实际应用中对提升过程采集的信号经A/D转换后，还需要进行求平均值以及设置稳绳时间、空罐重量参数、正常罐重参数、超重报警参数等参数的没置。根据提升有效罐次乘以标准罐煤重量计算出当前班次的产量，到换班时间没备自动进行换班存储，将当前班次产量转存为上一班次，上一班次转存为上上班次，依次循环。对于小型煤矿，这样的产量统计方式可以避免因错计、漏计、少计的人为因素而导致矛盾的发生。

为便于进行参数的设置，集中器还具有人机接口。液晶显示采用清华蓬远公司内藏T6963C控制器的液晶模块，分辨率为128×64点阵，能显示汉字和图形，可当地通过键盘进行参数设置、远动控制操作等。实时刷新显示井下各采样点的数据及各设备开关状态，当井下瓦斯浓度、温度、负压、一氧化碳浓度等超标时，集中器面板上各对应报警LED进行闪烁报警、并显示出报警点所在位置，同时伴有语音报警。

集中器与采集终端之间通过低压电力线进行载波通信，可实时召唤、存储各采集终端下属设备当前状态字及数据.并讲行显示。用户可通过RS232串口、红外或RS485接口实现本地计算机与集中器的数据交换，也可通过计算机经集中器对各设备进行开、停控制。本方案中还增加了GSM/GPRS通信方式，当设备出现重大报警时，集中器自动将报警内容通过短消息的形式发给预定义好的手机，或者通过GPRS式将各数据记录及报警记录上传到主管部门的计算机。这样做可以实现无人值守的要求。

4.软件设计

本方案所涉及到的软件设计包括三部分：运行于数据采集终端中的数据采集、报警、控制及通信程序；运行于数据集中器中的数据采集、通信、报警及人机接口程序；运行于PC机上的后台监控、数据库等程序。

数据采集终端中的程序采用C51语言编写，数据集中器中的程序也采用C51语言编写，PC机上的后台监控程序即图形界面用户应用程序，是通过Vistlal C++开发环境编写的，采用串行口中断的异步通信方式实现与无线MODEM通信；后台数据库程序采用Microsoft SQL Server2000编写。

5.结论

随着我国经济的飞速发展，对能源的需求越来越大，在加大生产量的同时决不能忽视安全生产、严格管理的重要性。相对较落后的安检设备已不再适应新形式的需要，也满足不了现代化的管理要求。本设计方案采用上述思路和结构，既避免了布线、维修带来的不便，又提高了管理的现代化水平，满足了用户对井下生产状况的实时监控和对险情及时发现和排除的要求，能有效杜绝多数矿难事故的发生，为中小型煤矿提供了一种新颖的监测方法和手段。

煤矿监测系统论文:基于CAN 总线技术的煤矿安全监测系统的设计与测试

【摘 要】煤矿安全监控是煤矿生产中保证安全生产的重要手段。文章首先对我国煤矿安全监控技术的发展进行了回顾，对CAN 总线技术及其应用状况进行了概述。然后设计了一种基于CAN 总线技术的煤矿安全监控系统，并对其进行了测试。测试连续进行了10天，共计240 h，传输数据5.6×108个，误码率为0。

【关键词】CAN 总线技术；煤矿安全；监测系统

1 我国煤矿安全监控系统的发展现状

煤矿安全监控技术是随着煤炭工业和现代计算机和自动化技术的发展而发展起来的一门技术。煤矿安全监控技术为煤矿的安全生产提供了良好的技术保障。我国一直是全球最大的煤炭生产国，对煤矿安全监控也十分重视。从上世纪八十年代开始，我国开始从国外，如德国、美国、波兰等，引进安全监控系统。之后我国逐渐在消化国外技术的同时，结合我国煤矿的实际情况，自行研制了一批监控设备，代表性的国产监控系统有KJF2000、KJ66、WEBGIS，等等。这些设备为我国煤矿安全生产做出了重要贡献。随着安全监控技术的进一步发展，监控数据的传输逐渐成为各国竞相研究的重点领域。目前，我国在数据传输领域还处于比较落后的地位，主要存在的问题有以下几点：①传输速率慢；②非标准化；③高速传输时的传输距离短；④无中继连接的节点数少；⑤传输系统结构灵活性差。

2 CAN 总线技术概述及其在煤矿安全监控中的应用

CAN的全名是ControllerAreaNetwork，属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的本行通信网络。CAN总线技术最早是在1986年由德国电气商博世公司开发的，当时主要用于汽车领域。此后不久，CAN的高性能和高可靠性获得了全世界的认同，并迅速在工业设备、工业自动化等众多领域得到了应用。到了上世纪九十年代末期，人们试着将其应用于煤矿安全监控中，结果迅速取得了成功，大大改善了煤矿安全状况。CAN具有下列主要特性：①多主站依据优先权进行总线访问；②无破坏性的基于优先权的仲裁；③借助接收滤波的多地址帧传送；④远程数据请求；⑤配置灵活性；⑥全系统数据相容性；⑦错误检测和出错信令；⑧发送期间若丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可自动重发送；⑨暂时错误和永久性故障节点的判别以及故障节点的自动脱离。

CAN中的总线数值为两种互补逻辑数值：“显性”数值表示逻辑“0”，隐性表示逻辑“1”。在总线空闲或“隐性”位期间，发送“隐性”状态，“显性”状态以大于最小阈值的差分电压表示。在“隐性”状态下，VCAN―H和VCAN-L被固定于平均电压电平，V近似为0。在“显性”份期间，“显性”状态改写“隐性”状态并发送。如图l所示。

图1 总线位的数值表示

基于CAN总线的煤矿井下安全监测系统由井上通信系统和井下通信系统（监测网络）组成。CAN总线包含2层通信网络：（1）数据接口和井下监测分站之间的通信；（2）井下监测分站与各种安全监测传感器之间的通信。

3 监测系统硬件设计

3.1 微处理器系统

根据煤矿井下环境的要求，这里选用了ATMEL公司的8位高性能嵌入式微处理器ATmega64作为通信管理机的CPU。首先，ATmega64的执行速度快，采用了单循环周期指令，而且性能稳定，完全可以满足通信管理机的要求；CAN总线上数据收发采用中断的方式，提高了通信管理机的实时性；ATmega64提供了2个串口，一个串口通过Max232提供RS-232串行通讯口，另一个串口备用，实现双机备份功能。

3.2 CAN总线模块接口

CAN总线模块的CPU通过CAN控制器SJA1000及CAN收发器MCP2551连接到CAN总线上，单片机的I/O口连接SJA1000的AD0～AD7以及ALE、CS、RST、RD和WR等引脚，进行数据传输和总线控制。SJA1000的TX0、RX0分别接CAN收发器MCP2551的TXD和RXD引脚，进行数据的收发。MCP2551是CAN协议控制器和物理总线的接口，提供了对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。

4 监测系统软件设计

煤矿井下监测是一项非常复杂的工作，检测系统需要监测的内容很多，有生产设备的运行状态，有井下温度、风速、风量、气压以及粉尘浓度的监测，还有气体成分中甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧气浓度的监测。对于如此复杂的监测系统，一旦通信出现故障，后果将非常严重，根据以上分析，主通信选择CAN总线，所以，下面主要介绍一下CAN总线的工作流程，如图2所示。

图2 CAN总线工作流程示意图

5 CAN总线性能测试

测试采用BER误码率测试软件，上位机软件通过RS-232串口定时1s向数据接口发送80个随机数据，并将发送的数据显示在窗口，同时显示发送的数据个数。数据接口接收到数据后按CAN协议进行数据打包，然后发送给监测分站。在数据接口与监测分站之间连接一段长度为12 km的仿真线，监测分站将收到的数据原样传送给传感器。而后，传感器再将收到的数据返回给监测分站，分站将数据返回给数据接口，数据接口将收到的数据解包，通过RS-232送回上位机。上位机将收到的数据与发送的数据逐个比较，若80个数据完全吻合，则将显示收到的数据以及正确数据个数，并根据发送与收到正确数计算误码率。该软件可同时记录测试的时间。以上测试连续进行10天，共计240 h，传输数据5.6×108个，误码率为0。由此，CAN总线性能可靠、稳定，是一种理想的通信总线。

煤矿监测系统论文:煤矿多绳摩擦轮提升机振动监测系统设计及其故障诊断

摘 要：针对煤矿提升机提升系统的运行现状，本文提出并设计了一种矿井提升机振动在线监测系统，该系统可实现矿井提升机的在线状态监测、诊断和报警。同时将有限元模态计算和模态分析结合，利用ANSYS对提升机振动进行模态分析，分析结果与提升机在实际情况下的振动相符，为后期工作提供理论指导。

关键词：多绳摩擦提升机 振动测试 有限元 模态分析 ANSYS

地下采矿等行业使用较多的是一种关键运输机是多多绳摩擦式提升机，此类机器也是提升机未来的发展方向，它对于矿山生产中井下生产和地表运输纽带之间的沟通的作用影响重大。提升机的主要承载装置是电机主轴，其是否是正常运行状态对生产的效率和安全有直接的影响，整个系统的安全与之息息相关。根据振动理论对主电机轴承和天轮轴承的监测和分析，以达到解决提升机实际运行的振动问题对现实有着重大意义。

1 系统硬件组成

（图1）就是多绳摩擦提升机，它是一种大型低速、重负荷旋转机械。驱动电机、联轴器、减速器、卷筒和轴承等构成了煤矿立井提升系统。振动测试有两个特殊点：（1）整栋具有规则的周期性。（2）转动部件是大型设备的主要振动测试对象。有三个方向是震动测试的主要测试方向，也就是水平、垂直和轴向方向，因为不同的方向不同的故障会有不同的现象，比方说水平方向不平衡，垂直方向松动，而轴向反映强烈的是不对称。通常情况下会将径向得像个测点安装在垂直方向，而水平方向最佳高度就是轴中心的高度

本监测系统采用XZD-YB一体化振动变送器，它将振动速度传感器、精密测量电路集成在一起，实现了传统的“传感器十变送器”模式的振动测量系统的功能，实现了经济型高精度振动测量系统，该变送器可直接连接DCS、PLC或其它系统，是电机等设备振动测量的理想选择。采用西门子S7-300系列PLC接收振动变送器的模拟量信号，完成数据的预处理，报警等功能。再通过PLC的以太网通讯模块传输数据到地面监控中心的PC机上，实现在线显示、报警、故障诊断分析等。系统网络化拓扑图如图2所示。

2 系统软件功能

该上位机系统是基于中文Windows XP平台，采用WinCC V6.0组态软件开发而成（图2）。

（1）显示功能。

立体流程画面的显示功能；具有多种类型图表、系统图、曲线图，用户界面更加直观。

（2）报警功能。

根据实际情况设定不同地点的预警值、报警级别及地理位置名称。系统可以完成诊断结果的统计报表，供设备管理使用，包括日、周、月、年的检测结果统计报表和报警诊断结果报表。

（3）上传功能。

实时振动数据网络上传，轻松实现无人值守。按照系统设定的参数（通道参数、保存监测数据间隔等）循环在线监测：实时数据采集数据预处理（有效值、最大值、平均值等统计）报警状态判别（如果有任何测点需要报警）实时显示数据、棒图、趋势图、时间波形等定时将检测数据存入数据库实时数据采集。

（4）图形表格。

用户可定制各种表格：实时数据表、历史数据、统计报表、报警一览表、实时数据曲线和历史数据趋势曲线等。

（5）查询功能。

可以在系统图上直接查询设备信息、运行情况、统计信息等。同时可以实现数据报表和数据库的连接，可以保存历史数据以备后续的分析。

3 系统应用案例分析

本系统现已应用于淮南顾桥矿主副井多绳摩擦提升系统。立井提升机整体是一个质量和刚度分布十分不均匀的，由若干个零部件组成的大型复杂的机器系统，在计算分析振动时，首先要做出较为合理的力学模型，使其既有利于理论分析计算，又能够满足工程上的精度要求。在把提升机整体的实际结构抽象为力学模型的过程中，认为井塔提升机大厅地基为刚性支承，略去各轴承座的弹性，把提升机系统离散成为多质点。本文采用有限元方法和ANS

YS有限元分析软件分析振动参数。

（1）有限元法。

一般连续问题近似求解的数值方法就是有限元。在结构的应力分析中最早使用，之后在热传导、电磁场、流体力学等连续问题中很快应用。有限元方法密切结合了工程应用，是为产品设计直接服务的。随着有限元理论的不断发展和完善，涌现了大量大小不一、专用的、通用的有限元结果分析程序。所以工程结构中的一般问题现在直接可以使用通用程序求解，不用再另编计算程序，节省了大量精力和时间。

（2）有限元三维实体动力分析步骤。

三维实体有限元动力分析的一般步骤可以表述如下。

①连续区域的离散化。

在动力分析中，因为引入了时间坐标，处理的是四维问题。在有限元分析中一般采用部分离散的方法，即只对空间域进行离散。

②构造插值函数。

由于只对空间域进行离散，所以单元内位移的插值表示是

③简化求解方程。

利用Galerkin提出的平衡方程与力的边界条件的等效积分形式，同时将位移空间离散后的表达式和初始条件

代入，最终得到系统的求解方程常微分方程组。原则上可利用求解常微分方程组的常用方法（例如Runge-Kutta方法）求解，但是在有限元动力分析中，因为矩阵阶数很高，用这些常用算法一般是不经济的。本文主要用直接积分法和振型叠加法。

（3）有限元分析软件ANSYS。

本文对提升机转轴组件系统的模态分析使用的是美国大型ANSYS有限元分析软件。ANSYS软件本身融合了结构、热、液体、电磁、声学，有限元分析作为基础的大型通用CAE软件。ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。由于ANSYS产品家族中的模态分析是一个线性分析，任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略，因此这里假设系统为线性系统，进行有限元剖分时采用了梁单元、质量单元和弹簧单元，计算了满载时前15阶模态频率见表1，同时利用MATLAB绘制出了前4阶振型图见图3。

4 结论

分析计算模态的结果可以看出，如果该频率和转轴组件系统的轴向、径向和扭转震动的模态频率，频率处会比较容易出现峰值，计算模态分析结果会等同于实测信号的分析结果，而模态频率附近的频带范围经常出现谱峰，也就是转轴组件系统的动态的实际情况是和建立的有限元计算模型相符的。我们将进一步对模型进行优化改进，为今后煤矿立井提升系统的振动改善做出理论指导。

煤矿监测系统论文:煤矿主扇风机在线监测系统改造的研究

摘 要：文章从当前我国煤矿发展中主扇风机运行存在的监控不全，存在巨大的通风安全隐患，选取本矿崔庄风井的风机监测改造为实例，以TF-III型崔庄主扇风机在线监测系统安装调试、运行效果等各方面的改造实施，从而实现老矿井主通风机的现代化，满足现代化矿井生产的要求。

关键词：矿井通风机；在线监测；风机监测改造

1 概述

当前，我国大多数煤矿井的主通风机并没有实现在线监测，无法实现对矿井通风实时监测。现以峰峰集团羊东矿崔庄风机监测改造为例简要说明矿井主风机在线检查系统的实现。

2 设备现状

羊东矿崔庄风井

风机形式：长轴轴流风机（上海鼓风机厂） 数量：2台

风机型号：GAF26.6-16-1.67

负压范围：2628～4000 Pa 流量：148～176.2m3/s

风机调风形式：停机调整风叶角度

风机润滑形式：稀油润滑 （配套润滑油站2个）

配套电机：YR5601-6 异步电动机（湘潭电机厂）

额定功率：1000KW 额定电压：6000V 额定电流：119A

额定转速：989 r/min 功率因数：0.85

启动方式：转子串电抗器

风机在线监测系统：无

3整体改造实施方案

鉴于目前崔庄风井的设备情况，按照煤矿主扇风机运行规程要求及打造数字化矿井的发展需要，均需要增加和完善主扇风机在线监测系统的装备和投入。需要将监测信息上传至矿调度中心，鉴于该风井的地理位置跨越村庄、道路、铁路等设施，不宜采用光缆通讯，采用成熟的点对点无线网络通讯技术，达到对风机检测。

4 TF-III型崔庄主扇风机在线监测系统介绍

TF-III型矿井主扇风机在线监测系统是采用最新技术而设计的第三代主扇风机在线监测系统，编程智能数据采集、工业组态监测和控制、计算机数据库管理、网络通讯等功能为一体。主要功能如下：

4.1 设备监测核心采用西门子系列可编程控制器，结合现场传感器能够快速、准确实时对风机设备运行状态监测，包括温度、压力、流量、振动、电压、电流、功率、电量等重要参数，对运行监测参数进行快速分析处理，发现异常情况及时报警提示，并且按照相关预案执行保护停机、防止造成重大安全事故。

4.2 监控上位机采用2台工业级计算机（工控机），双机冗余设计，可互为备用和同步显示，上位机监控软件平台采用功能强大、稳定可靠的正版ForceControl工业控制组态软件设计开发，具有高性能、高速度、高吞吐量、高可靠性、跨网络系统的开放式数据库，人机界面友好，操作简单，查看方便。

4.3 提供各种运行数据的实时趋势曲线、历史趋势曲线，便于用户进行数据变化分析。

4.4 具有运行报表功能，自动记录、存储各参数运行数据，形成班报表、日报表、月报表等，代替人工抄录，可随时查阅报表历史记录（数据存储时间为一年）。另外提供数据报表转存功能，可选择存储路径、报表时间范围、数据记录间隔等功能。

4.5 自动记录设备运行异常的报警信息和内容，包括报警发生、确认、消失的具体时间等，通过历史报警窗口可进行查阅、浏览和打印。

5 系统基本结构和配置

监控系统由上位机（监控计算机）、PLC控制柜（数据采集和报警控制）、现场传感器及网络功能接口等组成。

5.1监控上位机

监控上位机采用知名品牌工业级计算机，可同时监测两台风机，上位机人机界面采用工业控制组态软件设计开发，接收的数据进行还原显示、存贮、形成报表、实时和历史曲线等，对数据进行分析判断处理等，并联网通讯满足其它监控平台的数据访问。

5.2 PLC控制柜

PLC控制柜核心采用西门子S7-1200系列可编程控制器，可编程控制器包括电源模块、CPU模块、模拟量输入模块、数字量输出模块、以太网通讯模块等，结合现场传感器和其他控制设备分别对风机和附属设备实现逻辑控制和运行参数实时在线监测、报警输出和外部通讯等功能。

5.3 现场传感器

现场传感器主要包括温度传感器、压力传感器、振动传感器、位置传感器等。

主要技术参数：

测量范围： 0 ～ -5Kpa；输出：4-20mADC 二线制

基本误差： 0.25%

工作温度：-20℃-+85℃

长期稳定性：

过载极限：最大额定压力的1.5倍

5.3.1 风量的测量方法

根据空气流动的动力学理论，利用两端面静压变化测定法计算风量，具有测定方法简单、数据稳定、准确的特点，适合进行长期在线风量监测。

5.3.2润滑油压、冷却水压力的监测

采用压力变送器采集润滑油压、冷却水压力，判断供油压力的高低和冷却水进出水压力高低。

6 振动传感器

振动传感器用于测量风机的振幅或振速信号，是监测轴承故障的重要手段之一，一般安装在风机内轴承座体上（或风机机体上），每台风机装有两组（4只）按垂直、水平方向分布的振动传感器。振动传感器有专用配套变送器，将振动信号转换为4-20mA标准信号送入PLC模拟量采集通道。

振动传感器及变送器技术参数：

振动传感器型号：CD-21 C（S）

测量范围：0～500μm；

灵敏度：200mv/cm/s；

横向灵敏度比：

工作环境：温度： -29℃～80℃，相对湿度： 95%不冷凝；

输出电阻：≤500Ω；

最大承受冲击：500m/s2

7 电参数的采集

风机运行的电参数采集采用综合电参数模块实现，该模块是一款性能优异，功能齐全的智能型电参数测量与采集模块，适用于工频三相三线制或三相四线制电路中的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等信号的测量，采用RS485总线通讯方式，标准MODBUS-RTU通讯规约。

可在市场上购买EDA9033D电参数模块，实现电参数采集的功能。

综合电参数模块主要技术参数：

输入信号：三相交流电压、电流，输入频率：45～75Hz

电压量程： 500V，电流量程： 5A、

通讯输出：RS-485 ，标准MODBUS-RTU通讯规约。

测量精度：电流、电压：0.2级；其它电量：0.5级；

供电电源：DC+10～30V；功耗：

工作环境：工作温度：-20℃～+70℃ 相对湿度：5%～95%不结露

8 系统主要技术参数

・工作输入电源： AC170～250V，控制器电源： DC24V；

・工作环境：环境温度-30℃～60℃，相对湿度：-5%～95%不结露。

・压力信号：测量范围0～-5kPa，0～1MPa，测量精度±0.5%，

标准4～20mA信号

・温度信号：测量范围-20～280℃ 测量精度：±1.0

传感器分度号：PT100

・振动信号：测量范围：0～500μm 测量精度：

9监控界面

9.1运行主界面（见图1）

9.2 查看实时变化曲线、历史曲线和运行工况性能曲线

选择历史数据曲线，双击趋势框，将弹出历史趋势设置画面，选择需要查询的开始时间和结束时间和时间轴范围（横轴），并且可以调整数据轴（纵轴）的数据范围，鼠标拖动游标可了解具体某一点的详细数据。

煤矿监测系统论文:煤矿井下皮带运输状态监测系统研究

【摘 要】本文在煤矿井下皮带运输的理论研究分析基础上，设计开发矿井皮带运输状态监测系统，为综合监控技术的广泛应用和提高煤矿矿井皮带运输状态监测与事故预警提供理论基础和应用借鉴。

【关键词】皮带运输机；监测；煤矿

0 引言

皮带运输机是一种由电机驱动的连续运输设备，主要用来输送物料和成品，被广泛应用于工业生产各领域。在皮带运输机连续运行过程中，皮带运输机经常会出现打滑、断带、划伤、过载、联轴器断开等故障，导致压矿的严重后果。因此对皮带运输机运行状态的监测具有重要意义。煤矿井下皮带运输系统走向长，环节多且装备了多种类型的皮带运输机。运行经验表明，仅靠提高皮带运输系统的质量难以满足安全生产的要求，还须装备功能完善、质量可靠、技术先进的皮带运输自动化系统，以实现对皮带机群运行状态检测、控制与保护、现场视频监视。

1 煤矿井下皮带运输状态监测系统设计

系统设计工作原理是：皮带运输机的断带、划伤、横撕、打滑、过载、联轴器断开等多种皮带机运行异常状态会给生产带来较严重的后果，为避免这些现象的出现我们可以检测皮带速度、电机转矩作这两个特征参量是否异常。皮带速度、电机转矩成为皮带运输机状态监测系统比较重要信号被测参量。除此以外，当皮带运输机正常运行时，安装在皮带机上的传感器还应检测皮带运输机运行状态的烟雾、温度、跑偏、堆煤、纵撕等特征参量，将表示皮带运输机运行状态的非电量转变成为标准电信号，并将采集到的电信号经过滤波、放大、整形处理后传给主控单元进行信号分析、处理，并与设定的标准信号的阈值进行分析比较，由主控单元采取相应的控制策略，发出控制命令。例如对异常信号进行停机、预警、报警等。制策略。

矿井皮带运输状态监测系统主要由井下控制分站与井上控制主站构成，整个系统采用全分布式控制结构。控制分站负责采集矿井下的各种状态特征参量的采集和对设备做出相应的控制。每条皮带机机头位置安装监控分站一台，监控分站的显示机构可实时显示当前皮带机的运行状态。各监控分站与各状态参量传感器之间采用距阵结构实现联接，控制分站与监控主站之间采用现场网络总线结构接入工业以太网，监控主站与监控主机之间通过矿井环形光纤以太网络联接。监控主机部分位于地面机电监控中心，工业控制计算机上安装组态软件实现对各分站的每条皮带机的运行状态的实时监控。系统结构如图a 所示。

矿井皮带运输状态监测系统监测量有速度、电机转矩、纵撕传感器等，其结果如图b所示。

GSC6-SC型速度传感器，主要用于检测皮带机的运行速度，其基本工作原理为开路式磁阻传感器。用于检测作输送机皮带的运行速度和低速打滑、超速和断带等现象的监测。速度传感器的摩擦滚轮安装于皮带机机头上皮带的下侧，根据压缩弹簧的张力使摩擦滚轮与上皮带紧密接触。此种安装方法鉴于由于上皮带托辊较密，水和灰都不易影响摩擦滚轮，摩擦滚轮转动较平稳，输出频率可靠。

CQG电机转矩传感器基于数字式转矩传感器原理之上研制而成。这种电机转矩传感器采用磁电转换原理，应用相位差原理和数字显示的转矩转速测量方法，是通过磁电变换输出具有相位差的二个电压讯号的传感器，可直接读出扭矩和转速的测量结果。

ZS01-L-Y型纵撕传感器主要用于检测各种规格型号的皮带输送机皮带纵向撕裂。当皮带运输机出现皮带纵撕故障时，便会出发拦索，使之产生位移变化量，通过检测位移变化量的变化来检测皮带纵撕信号量。纵撕传感器安装于受料段皮带下缓冲托辊之间，每个受料段设一组，从传感器内直接输出预警、报警停机信号。

跑偏开关主要用于检测实际运行过程中皮带输送机的跑偏位移量来实现皮带输送机跑偏后自动预警、报警功能；跑偏开关具有两级动作，一级动作用于预警，二级动作用于停机报警。当皮带运输机运行过程中轻微跑偏时，跑偏开关发出预警信号；当皮带运输机运行过程中严重跑偏时，跑偏开关发出停机报警信号。跑偏开关通常安装在机头位置，皮带运输机槽角倾斜安装，开关立辊应当垂直于皮带面，立辊高度的 1/3 处位于皮带面，同时保证电缆出线口安装在皮带机内侧。由于皮带机在正常运行过程中会产生一定程度的自然跑偏，而此自然跑偏不会影响皮带机的正常运行，所以在安装时将立辊距带边留有一定的空间。

GQL0.1-Y烟雾传感器是离子式烟雾传感器的一种，用于环境中烟雾的检测，能有效准确的检测环境中烟雾的浓度信号。

堆煤传感器主要安装在皮带机机头溜煤眼和皮带搭接处。当皮带机头发生堆煤或满仓及超过限位的时候，堆煤传感器动作一定的角度，传感器输出点由闭合变成断开。控制系统监测到后，进行报警和停机，已达到保护皮带机的目的。

GWM-40-W 型号温度传感器是基于热电偶原理的温度传感器，当被测设备或环境温度升高到一定的时候，温度传感器的热敏原件动作输出信号。以保证安全。用于电机运行时温度的检测，能有效准确的检测电机运行时温度信号。

2 结论

运用测试技术和控制理论建立完善的皮带运输机的带速、过载、打滑、划伤、断带、联轴器断开、跑偏、烟雾、温度、等检测与事故预警；系统能实时的监测皮带机的运行状态，能根据现场采集到数据，诊断出系统存在的故障，在达到一级预警预设值时，进行预警，达到二级报警预设值时，进行停机报警；状态监测与事故预警系统与调度电话系统、工业视频监控系统联系在一起，共同对系统的监测发挥各自的作用；系统具有地面远程控制为综合监控技术的广泛应用和提高煤矿矿井皮带运输状态监测与事故预警提供理论基础和应用借鉴。

煤矿监测系统论文:电力监测系统在煤矿供电中的应用

摘要：针对无人值班变电站的大力推广，首先介绍了电力监控系统的总体结构，进而对电力监控系统的原理及连线进行了分析，接下来就实施方案作了详细的规划，最后提出了电力监控系统的意义。

关键词：电力监控与自动化平台的整合 实施方案 无人值守

效益分析

1 概述

近年来，随着电力系统管理体制的深化改革，变电站的无人值守、综合管理和安全管理是电网现代化的必由之路。远程视频/环境监控系统已逐步成为无人值班变电所新增的十分必要的自动化项目，通过远程视频/环境监控系统，安全值班人员、企业领导可以随时对电站的重点部位进行监控和监视，以便能够实时、直接地了解和掌握各变电站的安全情况，并及时对发生的情况做出反应。

为实现供电系统和设备的在线参数监测、远程操作控制、实时事故报警、数据统计分析、运行安全保护、用电计量管理；实现了“四遥操控”，对故障监测预警、保护、定位，上传故障数据和信息，提供了快速解决手段，也解决了煤矿供电系统越级跳闸、电压波动跳闸、漏电接地选线、突发大面积和长时间停电等困扰煤矿供电的运行难题，我矿2008年按计划引进了KJ357矿用电力监控系统。

2 系统总体结构

系统分为四个层次：设备层（即高开综合保护层）、变电层（即变电所内的当地监控和自动化设备――井下测控分站）、通讯平台层（即变电所与地面间的公共通讯平台――光纤以太网平台）、地面监控层。

设备层主要完成数据采集、计算、保护和控制执行，并通过RS485总线接入变电所的测控分站中。测控分站一方面完成数据转发，另一方面实现变电所综合选漏、录波存储、时钟同步和当地监控，并通过光纤以太网，完成与监控主站的通讯。通讯平台是由分站光端设备构成的光纤以太网或是专门的光纤以太网。监控主站是一套供电系统专业版组态系统，可按照供电系统的规范，对供电系统进行监测、控制、统计和分析。

一个变电所装设一台井下监控分站。变电所的高低压综合保护用双绞线接入变电所的测控分站，监控分站直接接入现有环网，以太网与地面监控主站通讯。

系统后台可以用OPC方式将数据传输到矿井综合自动化平台，实现数据共享和网络。

3 实施方案

3.1 系统原理图（图1） 井下各6kV变电所的高、低压开关通过RS485通讯线接入分站，分站通过网线接入千兆环网，监控中心服务器、监控主机通过环网读取各变电所的高、低压开关数据，从而实现监测和控制。

3.2 系统连接 电力监控系统设备连接，在井下泵房和变电所各安装一台监控通讯分站，各变电所的监控摄像头通过网线或光缆（根据现场传输距离情况决定）连至电力监控分站，由电力监控分站将电力监控数据和视频监控数据由网线连至环网交换机，通过环网传至监控服务器和主机。

3.3 电力监控中心站的建立 在调度中心建立电力监控后台，对地面35kV配电房和东地6kV配电房的开关柜进行数据监测和分、合闸控制，井下16个变电所的高、低压开关进行远程监测、遥控、遥信、遥调和遥视。

3.4 地面配电房的接入 需将矿内地面35kV配电房和东地6kV配电房接入要建的电力监控系统实现配电室的监测、监控。

3.5 电力监控分站的建立 在井下共16个变电所中各安装一台电力监控分站。电力监控分站与变电所内的高、低压开关的综合保护器用RS485通讯方式进行联网，实现变电所的就地监控、通讯转发等。电力监控分站就近接入变电所附近的千兆环网交换机，通过已有的工业以太网与地面电力调度中心后台进行数据交换。

3.6 视频的建设 在井下变电所安装带云台隔爆摄像机，并接入变电所的测控分站，进行数据编码和压缩，并通过以太网，将视频传输到地面电力调度中心，实现井下变电所的视频监视，实现变电所的图像监视即遥视，从而可以实现变电所的无人值班。

3.7 与综合自动化平台的连接 ①目前我矿已有千兆工业环网，工业以太网共安装12台环网交换机，地面4台工业环网交换机，井下 8台矿用防爆环网交换机。地面除了在机房安设两台核心交换机外，还分别在35kV变电站和洗煤厂（正在建设中）各安装一台交换机。井下分别在8个变电所各安装一台防爆环网交换机。地面、井下通过单模光缆构成两个1000M高速光纤环网并实现冗余（环网系统如图2所示）。②现有综合自动化集成软件平台主要包括操作系统、数据库系统、组态平台及应用平台。操作系统选用Windows2003简体中文版，数据库系统使用SQL2005简体中文版。组态平台作为整个系统组态开发平台，采用HMI/SCADA自动化监控组态软件iFIX简体中文版作为组态平台。

综合自动化集成软件平台利用标准软件接口采集不同系统的数据信息，进行集中处理、存储和，以iFIX组态软件模拟生产过程，将数据以图形及表格的方式动态表现出来，并通过Web方式在网络上，使信息资源有机整合到一起，得到最大限度的利用，便于企业领导及时掌握煤矿生产情况并做出合理决策。

综合自动化集成软件平台使用两台iFIX管控服务器，一台运行，另一台备用；还有两台数据库服务器负责对iFIX管控服务器收集的数据进行存储备份，一主一备，一台数据库服务器运行时如发生故障，另一台自动投入运行，确保对iFIX管控服务器所收集数据的正常存储。

电力监测系统通过OPC SERVER与全矿井综合自动化平台接口，实现两者的无缝连接。

3.8 系统效益分析 ①使各变电站真正做到无人值班，以综合性保护和控制增加了变电站整体安全和设备运行可靠性。②极大提高上级管理部门对下级操作部门、操作部门对所属变电站的监督和管理水平：a上级管理部门实时监督操作人员的工作状态和规范程度。b实时管理和监控变电站有关人员、物品进出等安全防护情况。c操作部门可实时监控变电站主要设备的运行状态。d优化相关操作、维护人员的派出和工作计划，极大提高生产效率。e管理部门对变电站的突发事件能清晰看到、准确决策并在第一时间传达指令到现场。③降低变电站的日常维护成本，每个变电站最少可节约两名值班人员人工成本。

4 结束语

该系统还可通过智能分析，预告事故隐患，预防突发电力事故，具有应对突发安全事故时的电力预案程控操作功能，可用于高效准确处置重大安全事故；系统的高精度计量监测、专业图表分析工具、录波分析工具和智能专家系统，是加强供电管理、减少事故、降低损耗、节约电能、提高运行效率和管理水平的最新现代化工具，运用系统网络远程操作控制和智能程控技术，能实现煤矿供电系统和生产设备的全面自动化监控无人管理，很值得推广。

煤矿监测系统论文:井下电力监测系统在龙宫煤矿的设计与改造

【摘 要】本文针对华玫矿业井下供电系统现有的情况和特点，提出了远程供电监测系统的设计思路、实施方案，并对该矿井下变电所实施了遥测、遥控、遥调、遥信等远程监控，有力保障了矿井的安全生产。

【关键词】监测监控 遥测 遥控 遥调 遥信.

1.概括

华玫矿业煤矿井下高、低压开关、变压器、电动机近千余台，高、低压供电线路几万米，供电设备多、线路长，再有井下地质环境复杂，巷道支护条件差，所以造成了供电线路和设备发生短路、漏电故障，从而造成越级跳闸，引起大面积停电的几率也随之增大，发生故障后的恢复供电时间也比较长，严重影响了矿井的安全生产。为了解决以上问题，煤矿对井下主要变电所和配电点设备进行了升级和优化，建立了矿井井下供电监测监控系统，及时发现问题并加以解决，以提高矿井供电系统的可靠性，节约的相关开支。

2.设计方案

系统共有三层网络结构组成：地面主站调度监控系统层、监控系统层，RTU设备层组成。系统可以扩展以太网交换机通讯，利用光纤相连，构成基于环形光纤的现场总线网；各个分站与地面调度监控系统间用光纤环网相连，构成光纤以太网。系统构建符合矿井条件的千兆工业以太网络，做为供电监测监控系统数据传输的主要通道，将分布于各个采区的变电所、配电点相关信息联通到一起，直接传输到地面监控中心，由监控中心服务器和上位机进行数据采集和整理。

井下RTU终端采用开封测控的DSB600B（高压）、WZB-6GT（低压）型保护器，具备各种关键数据的采集功能（电压、电流、故障、电量、状态等）和输出功能。利用RTU终端的RS485总线及以太网通讯，实现供电分站的数据采集、处理、统计、显示、操作等功能，分站显示屏能够显示相应的主要数据为巡检人员检修提高方便。最后供电分站就近接入环网交换机将数据传输至地面监控中心。

3.实施方案

本着节约开支的原则，对井下高、低压开关进行改造升级，井下电力监测监控系统主要集中在开关的综合保护装置（含电力数据采集、监测、监控、通讯和各种电气保护功能），购置主要是采购市场上比较先进的具有通讯功能的开关，以此完成设备层的实施。实现配电网及其设备正常运行及事故下的监测、保护、控制、用电负荷配电管理的现代化，对RTU终端设备实现遥控、遥测、遥信等管理。

井下环网安装西门子X408交换机3台、X308交换机5台，敷设48芯光缆近万余米，能够实现供电监测监控系统的就近接入；井上环网安装西门子X408交换机2台、X308交换机2台，敷设48芯光缆两千米；监控中心安装思科核心交换机2台，分别连接井下、井上环网，从而实现环形架构。

高压开关方面通过优化开关内部控制线路、更换保护器装置的方式，对井下现有的天津天矿、济源矿用、中国电光等厂家的高压开关改造；低压开关方面通过更换整体开关、改造原低压开关、接入有通讯功能的开关等三种方式来实现。

系统经过优化设计最终确定安装供电传输分站7台，对每台高低压开关的RTU终端，均采用RS485通讯总线方式进行连接并就近接入供电分站。

4.远程电力监测系统组态软件设计

井下电力监测监控系统是整个远程电力系统的核心，能够实现电力监测的四遥功能，即遥信、遥测、遥控、遥调。通过上位机软件能够实现报表统计、故障录波、快速复电等附加功能。

上位机的供电组态软件选用力控电力版6.1，实现采集并记录井下上传的各个分站的数据，并有相应的远程操作窗口来实现远程的相应操作，最终实现集中管理。图2为龙宫煤矿电力监测的主界面。（中央变电所）

5.结束语

通过井下供电监控系统的实施，极大的减少了煤矿供电的故障率，提高了工人劳动效率，部分变电所和配电点实现了无人值守，降低了工人劳动强度，解决了传统管理模式下的诸多人为因素，提高了供电系统运行的可靠性、安全性、快速性，杜绝了部分事故的发生，有力的保证了矿井的安全生产。

作者简介：

陈见伦，（1974～ ），毕业于哈尔滨工业大学工业电气自动化专业，现任济南华玫矿业有限责任公司机电副主任，曾主持矿山机电设备技术升级改造项目十余项。

煤矿监测系统论文:关于采用KJ216煤矿顶板动态监测系统预测周期来压和瓦斯涌出的研究

【摘 要】 珲春矿业集团八连城煤矿31901工作面通过采用KJ216煤矿顶板动态监测系统，现场研究了综采支架压力与采场瓦斯涌出变化之间的关系，介绍了KJ216在线液压传送系统的安装与使用，分析了周期来压与采场瓦斯涌出的的内在联系，准确预报周期来压的到来，积极采取措施，从而大大减小瓦斯带来的灾害。

【关键词】 周期来压 瓦斯 液压系统传送

1 地质概况

八连城31901工作面煤厚2.1m～4.5m，平均厚度3.5m。煤层倾角2°～6°，平均4°。绝对瓦斯涌出量17.4m3/min。伪顶0.3m粉砂质泥岩，直接顶12.0m粗砂岩，老顶0.9m泥岩。煤层硬度f2～3（如表1）。

一般情况下，采场瓦斯涌出包括3部分，煤壁瓦斯涌出，落煤瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出。对于煤壁瓦斯涌出，当采煤机不断割煤，新鲜煤壁不断暴露，瓦斯就沿着煤层的破坏裂隙向工作面涌出。采煤机落煤，把煤粉碎成各种块粒状煤，提高了煤的瓦斯解析强度，导致瓦斯涌出量增加。采空区瓦斯由采空区落煤、围岩顶板裂隙和邻近煤层涌出的瓦斯构成。

2 KJ216在线液压传送系统的应用原理

（1）系统概述。综采支架工作阻力监测系统用于煤矿综采工作面的支护工作阻力在线监测。系统现场总线采用标准RS485数据总线，总线可连接64台压力监测分站，压力监测分站可现场实时显示支架工作阻力、最大工作阻力。本安型分站控制巡测下位压力监测分站，通讯分站的数据发送到上位监测主站。（2）系统结构与组成。31901工作面综采支架工作阻力监测系统采用配套KDW28型隔爆兼本安电源供电。每台供电电源可负载一台本安型分站和8台压力监测分站，以下为传送路线，监控分站1号通讯分站通讯主站光端机光纤环网地面电脑系统软件矿井局域网。

3 周期来压与采场瓦斯涌出量的监测

（1）监测方法。31901工作面共有64个综采液压支架，设置了8个测站，间距平均分布，每个测站连接8个综采液压支架，分站的主机采用通道液压管和支架的支柱连接，主机与主机之间采用电源线连接，最后通过光纤与地面电脑连接。所观测的数据在线传送到八连城煤矿地面调度室、地面区队、地面技术科、地面总工程师室。技术人员可以随时观测和分析数据，把异常数据随时反馈到上级领导那里，进而有效指导生产。（2）监测结果分析。八连城煤矿采用KJ216在线液压传送系统共连续监测到6次周期来压。见图1。

从现场监测到的6次周期来压与工作面瓦斯浓度监测的关系分析可知，该矿31901工作面的周期来压约为5～7天左右，根据工作面推进速度推进（5.0m/d）计算，工作面周期来压步距大约为25m～30m。周期来压时顶板活动剧烈，有时有响声，工作面部分片帮，支架压力明显增大，瓦斯浓度稍有提高，瓦斯的浓度增幅不大，瓦斯浓度增大趋势时间略滞后于支架压力增大趋势时间。

通过1个月的观测，共发生6次周期来压，通过来压前后压力的变化，瓦斯浓度的变化，片帮深度对比，各项指标在周期来压前后有一定的变化。在观测第一个周期来压之后，我们通过分析数据，预测了第二次周期来压，第三次周期来压，第四到第六次周期来压，周期来压步距与实际误差仅为2m到3m。事实上，我们采用KJ216煤矿顶板监测系统，我们预测周期来压的准确程度大大的得到提高。在周期来压之前，我们采取了预防措施，检查好泵站到工作面的供液管路，工作面综采支架补足压力，全部伸好护帮板，区队长跟班作业，现场观测顶板与煤帮的压力变化，有漏液的液压支架随时修补。加大本煤层瓦斯抽放，增加本煤层底板瓦斯抽放，增大煤层瓦斯高位复抽，做好上尾巷瓦斯抽放工作，调节工作面通风风量，清除回风巷、入风巷、工作面障碍物，减小通风阻力，扩大工作面底板打眼覆盖面积，充分释放工作面瓦斯。在周期来压前后，加大瓦检员检查采煤工作面和上尾巷、回风巷的瓦斯检查力度，有情况随时向采煤施工队和调度汇报，做到有隐患及时处理。在周期来压前后，根据支架压力显现和瓦斯浓度的变化，适当放慢循环进度，使瓦斯得到充分释放，等到瓦斯浓度降到允许施工范围内，周期来压过去后，采煤工作面才步入正规循环。

4 周期来压外与瓦斯涌出量的关系

通过观测，瓦斯的涌出量在周期来压前后有较大的变化，平常瓦斯涌出量的变化幅度小，这与尾巷的冒落状况、顶底板岩性、顶板淋水情况，顶底板邻近煤层的赋存状态、采空区的影响、工作面的风流、循环进度的快慢、煤层瓦斯的抽放等各方面因素有一定的关系。虽然平常瓦斯的涌出量变化幅度不大，但不可疏忽。通过监测数据暴露出问题是，工作面有时有个别综采支架漏液，综采支架多数存在初撑力不足，综采支架没有顶靠工作面顶板。在综采支架都补足压力，同时加强在线液压传送系统的观测，探索出支架压力的变化与工作面瓦斯量涌出的变化之间内在更具体的联系，才能发挥出在线液压传送系统的更大效能。

煤矿监测系统论文:无线传感器网络在煤矿瓦斯监测系统中的应用

摘要：针对近些年煤矿瓦斯监测不够精确等问题，本文结合无线传感器网络技术，提出了基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统的设计方法。根据该设计思想将系统分为信息采集、传送、监控和路由设计等几部分。针对现场实际的需求，提出固定节点和移动节点的实现方法并对两类传感器结点进行了软硬件设计。结点硬件部分主要包括：控制模块、传感器模块、无线通信模块和电源模块。软件部分主要包括数据采集采集模块与处理模块和数据传输模块，并给出了各模块的流程图。

关键词：甲烷 监测 无线传感器网络 节点

1 引言

我国煤炭资源丰富，但是煤炭开采却面临诸多困难，近年全国各地煤炭瓦斯事故不断发生，如何准确有效的监测瓦斯浓度成为煤炭安全生产的主要问题。本文主要对当前瓦斯气体监测有线方式布线难，检测效率不高、无人值守、检测设备携带不方便等问题，提出了设计基于无线传感器网络煤矿瓦斯气体监测系统。

2 传感器结点硬件电路的设计

传感器结点电路的设计主要包括两类结点的设计，分别是移动结点和固定结点。移动传感器结点负责现场的信息感知，并将现场的信息通过自组网的方式传送到所在簇的簇头。移动结点是根据通信空间的关系或者地理位置的不同分成若干个簇，每个簇以固定结点为簇头，簇头作为路由将信息实时的传送到地面监控中心的网关服务器部分，然后网关服务器将再将接收到的信息传送给瓦斯监控平台，经过处理后实时显示监测区域的瓦斯浓度。图2为节点关系图。

2.1 移动节点与固定节点硬件组成结构

移动节点结构主要由四部分组成：传感器模块、无线通信模块、控制器模块和电源模块。图3为传感器移动节点模块结构图。

考虑系统的性能要求及性价比我们选择加密性强、运行速度快、抗干扰能力超强（高抗静电ESD保护、EFI测试轻松过2KV/4KV快速脉冲干扰、宽电压，不怕电源抖动、款温度范围、芯片电源经过特殊处理）、超低功耗的STC12C5A60S2单片机芯片，无线通讯模块我们这里采用射频芯片nRF905，该芯片广泛应用的射频收发通讯中。

对于固定结点是传感器结点汇聚信息的纽带，在设计中使用了和移动节点一样的硬件结构，唯一不同的是固定结点中的汇聚结点增加了RS-485接口通信，便于与地面进行有线通信。

3 瓦斯数据采集软件的设计

瓦斯传感器结点需要实时采集监测区域瓦斯的浓度，然后将采集的数据信息进行相应的处理后，使其构成无线传感器网络，并将数据信息传输到监控和管理系统。

在井下监控区域内需要建立合适的无线传感器网络系统，按照功能可分为瓦斯数据采集和瓦斯数据传输两个模块。瓦斯数据采集模块中又包含了瓦斯数据采集和处理。瓦斯数据采集模块流程图如图5-6所示。

瓦斯信息采集后还需要瓦斯处理，瓦斯数据处理流程图如下。

4 瓦斯数据传输模块软件的设计

瓦斯数据传输模块主要负责通过控制模块处理后进行数据通信。通信设备有两部分组成，一部分是发射器，一部分是接收器。图7为传输模块流程图。

5 网络的建立与新结点入网

在自组织的无线传感器网络中，网络的性能主要依赖于拓扑控制。如何有效的满足网络覆盖和连通度，去除结点不需要的通信链路，是传感器网络拓扑控制的主要目的，这样可以形成一个数据转发的优化的网络结构，最终延长网络的生存周期。一个好的拓扑结构可以增加路由协议和MAC协议的传输效率。本设计是运用层次型无线传感器网络的拓扑控制，依据分簇的方法形成一个处理并转发数据的网络。在网络的形成阶段，首先需要协调器建立一个网络，然后固定结点和移动结点分别加入到网络中，对于无线传感器网络，有许多的信道可以供使用，为了减少网络的建立时间可设计监测系统在一个固定的信道上，如果在一个监测区内需要多个无线传感器网络，则可以将它们固定在不同的信道上，这样可以减少网络间的相互干扰。建网过程开始后，固定结点首先要对能量进行扫描，通过扫描协调器可以获得所规定信道内无线信号的哪些能量高哪些能量低，以便查得能量峰值，如果预期设定的可接受标准低于能量峰值，协调器会继续进行能量扫描，一直到该信道上能量峰值满足要求为止，如果能力扫描结果可以接受，固定结点为即将建立的网络选择一个网络ID作为它的唯一标识。

网络建立起后，便可以接受未入网的新结点加入到网络，新结点首先会在提前设定好的一个信道撒花姑娘进行一个固定时间的主动扫描。在扫描国产中，新结点将向网络中的所有结点广播信标请求信息，协调器和已入网的结点收到这个信息后会向该结点发送自己的信标帧，因此在网络连通状况良好的情况下，新结点将会收到很多个信标信息。扫描结束后，新结点将会选择与信标中标识允许连接的网络结点进行连接，如果多个网络结点允许连接，那么新结点会按照所收到信标帧的顺序来选择靠前的结点连接。如果主动扫描结束后，新结点没有收到任何一个信标帧，则新结点会重复主动扫描过程，直到发现可以连接的网络结点为止。为了使结点可以获取网络中邻居结点的信息，便于数据传输，设计每个结点都维护一个记录了该邻居结点信息的邻居表，对于每一个新结点，其邻居表初始值为空，一旦新结点进入到网络，它将会把信标信息保存到邻居表中，并将邻居表中的做出记录，之后新结点将会向网络中结点发送请求加入信息，该信息包括了结点类型信息，网络中结点收到这个信息后，如果允许该结点加入，则会为该结点分配相应的网络地址，并将信息存入到邻接表中，然后网络中的结点向新加入的结点发送应答信息，包括网络ID、给该结点分配的网络地址等相关参数信息，新结点收到这个应答信息后，记录其中的内容，这样就完成了新结点入网的过程。

6 结语

最后通过传感器节点的软硬件设计，在实验室及走廊取三个传感器节点进行了实验，通过数据结果分析，效果良好。为以后实时运用的煤矿生产现场奠定了基础。

煤矿监测系统论文:KJ550在线监测系统在三河尖煤矿防冲中的应用

摘要： 徐州矿务集团三河尖煤矿是国内受冲击矿压危害最为严重的矿井之一，自1991年发生第一次冲击地压以来，已先后发生各类冲击地压事故31起，对冲击地压的治理已成为三河尖煤矿安全管理的重要内容。7439工作面使用的KJ550煤矿冲击地压监测系统，大大提高了三河尖煤矿冲击矿压预测预报准确性和冲击矿压防治水平，实现了安全回采，具有巨大的潜在社会效益和经济效益。

1 概述

7439工作面位于东四采区，运输巷和切眼与7419工作面采空区相邻，轨道巷与F7断层（h=11m）相邻，该面的对面为7429工作面采空区，其下2m为东四轨道巷，煤层顶板为粉细砂岩，厚度14.4m。7439工作面三面环采空区，一面临采区断层，是典型的孤岛残采综放工作面。运用综合指数法评定指数为0.737，为中等（偏强）冲击危险。

2 KJ550冲击地压在线监测系统基本原理

2.1 岩层运动、支承压力、钻屑量与钻孔围岩应力之间的内在关系。KJ550煤矿冲击地压监测系统是基于当量钻屑量预报冲击地压的机理：发生冲击地压之前，采动应力存在逐步增加的过程，当应力必须达到煤体破坏极限时，就有可能发生冲击地压，此时钻屑量将超过额定的安全指标，因此，应力增量的变化规律与钻屑量存在相关性，通过监测应力增量的变化规律，实时在线监测工作面前方采动应力场的变化规律，找到高应力区及其变化趋势，实现冲击地压危险区和危险程度的实时监测预警和预报[1]。

2.2 监测系统包括三个主要组成部分：①地面监测主站；②井下监测分站（包括一个供电电源）；③压力传感系统。另外还包括接线盒、电缆、光缆等本质安全型连接部件以及相应的软件组成。

2.3 相对应力与绝对应力的关系。主要功能KJ550系统的压力传感器测得的是相对应力，它是支承压力与绝对钻孔围岩应力综合作用的结果。相对应力值和绝对应力值的关系如图1所示。可见，本系统的压力传感器揭示的支承压力峰值附近的应力变化情况，一般小于绝对应力。

由于应力增量可以实现实时在线监测，因此，可以通过监测应力增量，实现冲击地压的监测预警。监测系统具备以下功能：①根据在线监测处理软件，能够实时显示冲击危险区及其危险程度，具有三级预警。②具有在地面监控室远程诊断每一个井下传感器工作状况的功能。③具有预报顶板来压的分析功能和输出冲击危险性预警报表功能。

3 7439工作面测点布置

根据7439工作面的具体实际情况，在轨道巷布置9组测站，运输巷布置9组测站，每组测站包含两个测点，埋深为14m和8m，测点间距为1m，如图2所示，图中灰色线条表示测点，在7439两道分别从开切眼往外每隔20m布置一组测站，测点埋在回采工作面内，一次布置完9组测站；如图2所示7439工作面KJ550测点布置示意图。

4 7439工作面KJ550应力在线监测系统监测结果及防治情况分析

7439回采工作面是“孤岛残采”工作面，受断层构造应力、采空区残余应力和区段煤柱应力集中影响，回采过程中面内及两道超前50m范围板炮、煤炮频繁，强度大，且轨道侧巷道变形严重，底鼓较为明显，尤其2012年12月23日早班在轨道侧进尺点187m处进行煤粉检测时有连续的板炮和吸钻现象，且煤粉颗粒增大到3～4mm，该地段电磁监测数据最高时达到98mV，有趋增趋势。为预防冲击地压发生，在该地点及时实施煤层大孔径卸压，卸压解危后，动压显现有所趋减，但在2012年12月25日轨道巷侧推进142m时，第18号深孔检测点（孔深为14m）监测数据突然出现上升，由最初的8Mpa上升为15.3Mpa，然后持续上升到28.9Mpa，已超过冲击预警值15Mpa。25日早班实施煤层大孔径卸压时煤粉颗粒大，钻出的煤粉量达到10吨左右，动力显现较为明显，为进一步达到更好的卸压效果，于26日夜班在轨道巷18号进尺点10m范围内巷道两侧帮部布置6个卸压孔，实施煤层深孔卸载爆破，钻孔过程中伴有吸钻、板炮等动压显现，孔深7m时最大煤粉量为6.9Kg，卸压解危后，电磁辐射值和煤粉量均小于冲击预警值。

7439运输巷侧受邻近7419采空区残余应力和7419遗留煤柱停产线边界应力集中影响，加之工作面推进速度快，工作面后方采空区顶板垮落产生的压应力达到运输巷侧超前50m处，2013年1月1日运输巷推进172m时，运输巷的180m处的深孔、220m处的浅孔应力持续上升，分别为16.61Mpa、23.28Mpa。2日早班在7439运输巷应力在线监测异常测点附近1～2m范围实施煤粉监测，钻眼过程中有轻微吸钻、煤炮现象，最大煤粉量为3.5kg/m，为此，于2013年1月3日早班对7439运输巷内侧帮部布置4个卸压孔进行煤层深孔卸载爆破，降低了煤体积聚的弹性能和应力集中程度。

5 主要结论

通过利用冲击危险性影响因素的分析，以及利用采矿地质条件确定冲击危险综合指数和工作面实施的卸压解危措施，可以得到如下结论：①通过对冲击矿压发生的机理分析结果看，冲击矿压的发生是能量的积聚与释放的过程，而且均有一定的延时性，因此7439工作面的冲击矿压进行动态防治是完全可行的。②从电磁辐射和煤粉量监测数据可以看出，对7439工作面掘进和回采期间的冲击矿压动态防治是成功的，既保证了生产的安全，又没有影响生产进度。③有冲击危险的工作面通过煤体大直径钻孔卸压能够释放煤体中聚集的弹性能，降低其应力值，消除应力升高区，使煤体应力峰值向煤体深部转移，从而可有效地防治和减弱冲击矿压的危险性，达到防治冲击地压的目的。④通过KJ550煤矿冲击地压在线监测预警系统的应用，大大提高了三河尖煤矿冲击矿压监测预报准确程度及冲击矿压防治水平，成果具有较强的普遍性和可适用性，具有相当广泛的应用市场，具有巨大的潜在社会效益和经济效益。