基于无线传感器网络的煤矿监测系统研发

基于无线传感器网络的煤矿监测系统研发

罗曦

中煤科工集团常州研究院有限公司 江苏省常州市 213015

摘要：煤炭作为我国的主要使用能源之一，在我国煤矿行业的发展中，安全生产是必不可缺的一项重要工作，煤矿的安全生产工作中最重要的环节就是监测系统。在我国各类煤矿企业中，安全监控系统存在的问题和不足已经影响了煤矿行业的安全生产能力，随着我国经济社会的快速发展，工业能力水平也在日益提升，所以在煤矿事业中，安全生产能力的提高无疑是煤炭事业发展的根基。通过设计一套科学有效的无线传感器网络监测系统来满足煤矿安全生产需求是当前解决安全生产问题最好的办法，笔者结合近几年安无线通信技术和无线传感网络技术，结合煤矿日常监测工作实际情况，模拟研发了一套以安全生产为主理念的结构灵活的无线传感器网络监测系统，希望可以为我国煤炭事业的发展作出有效贡献。

关键词：无线传感器；煤矿监测系统；研发

0.引言

安全生产对于煤炭行业来说是至关重要的生产环节，我国目前大部分煤矿企业仍然使用着较为复杂的井下开采方式，保障煤矿的安全生产既是保障人民群众的生命财产安全。经过国家各级应急部门的监督管理，我国的煤矿行业安全生产能力已经有了很大的提升，但是仍然存在众多的井下突发事件造成严重的人员财产损失，在上世纪九十年代以后，我国的矿难事故明显增加，这就使得我国的煤矿行业不得不重视安全生产工作的严峻形势。由于我国煤炭储存层的地质条件非常复杂，开采过程中时常伴随着高瓦斯和高透水情况，而且随着掘进深度的增加也会导致开采环境越发恶劣，给煤矿企业带来了复杂的安全生产问题。所以采取科学的安全管理措施能够改变我国煤炭行业安全生产的现有情况，能够通过强化安全管理和高新科技设备降低安全生产事故的发生概率。通过无线传感器网络监控系统的研发，我们可以在煤矿日常开采工作中，以远程监控的形式对井下的环境情况、掘进情况、工人情况以及大型设备的使用情况进行有效管理，能够很大程度地预防和减少煤矿安全生产事故发生带来的严重危害。

1.无线传感器网络简介

在我国科学技术不断发展创新的背景下，我国的无线通信、传感器、计算机系统以及人工智能化工业管理模式都得到了快速的发展和完善。在无线网络技术飞速发展的过程中，已经能够有效地将无线网络技术结合到工业技术当中，具有着巨大的应用价值，目前世界上许多国家的工业行业已经将无线网络投入到日常监管工作当中。我国的无线网络技术虽然发展较发达国家稍慢，但是仍然在2008年实现短距离无线互联与传感器网络使用目的。

2.井下无线传感器网络研究目的和意义

煤矿的安全生产工作中是具备着一套相对完整的安全监测系统的，传统的安全监测系统虽然在井下各类设备和开采环境的监控监测中具有了完善的监测体系，但是在整体网络的传输时效和远程功能上还存在着很多实现不了的功能。那么将无线传感器网络技术结合到原有监测监控系统中，就可以将更多的可用功能和实效性进行相对增强，能够通过安全监控数据对煤矿井下环境复杂、多变的情况进行有效监测。在系统设计过程中，传统的无线网络是无法满足远距离传输功能的，传统的网络协议也难以实现数据的实时性和准确性，虽然可以排查井下存在的安全风险隐患和危险数据分析，但是在时效上还是无法与无线传感器网络相比较的，所以研究一套无线传感器网络在煤矿开采过程中各方面安全监控的应用都具有非常重大的创新意义。

3.无线传感器网络监控系统设计

3.1系统设计思想

无线传感器网络监控系统设计主要是针对煤矿企业井下安全监控系统中存在的不足和问题进行创新设计，根据井下常态化安全生产问题提出无线通信技术和数字化传输传感器的结合形成系统和安全网络系统的通讯，在安全管理信息系统和安全预警系统中打造无线网络管理模式。通过无线传感器的实时性和快速性，实现实时采集井下环境和设备数据，同时快速形成控制指令，有效将存在安全隐患及时修正或停止运行，通过迅速的反应效果保护掘进工作人员的人身安全。

3.2传感器与监测系统

在煤矿安全综合监控系统中，传感器和监测系统是重要的安全生产支撑，在井下的各类设备监控管理中将重要数据和发生变化的数据实现快速整合，并能将其数据情况快速上传至少上层处理系统。

3.3安全信息网络与通讯系统

无线传感器网络的建设主要围绕着通讯系统的设置进行安全监控数据传输，现有的监控模式主要还是采取着有效数据的传输，对于井下复杂的开采情况，有线监控自身的局限性难以对突发情况进行判断，无线传感器与之相比具有着实时和灵活的检测功能，以实现优化、共享的煤矿综合监控信息系统为主要设计理念，极大程度上提升煤矿安全生产能力。

3.4网络系统结构

无线传感器网络系统结构主要由地面综合监控站、矿用本安网络智能分站、矿用隔爆兼本安网络交换机、矿用本安网络摄像仪、矿用本安移动通讯基站、矿用本安网络服务器、光缆、电缆、以及传感器节点等组成，系统建设过程中要优先设计局域网，实现煤矿与公司或管理人员的串联管理模式。

4.无线传感器性能评价指标

在无线传感器网络中，是有以下指标来进行相应的评价的，他的网络节点要具有以下几个重要的指标才可以满足其计算、储存和通讯的强大能力。第一种指标是其自组织特性，在监测管理过程中除传感器节点以外没有其他基础设施的参与，这就体现出无线传感器网络具有的强大自组织特性；第二种是能量高效特性，在无线传感器网络节点的能量十分有限，而且不易补充，所以定位监测时要降低节点能耗，才能延长网络的生存时间；第三种是可扩展特性，在不同的传感器工作时有着不同的规模要求，所以定位算法也要具备强大的扩展性，才能够满足监测监控过程中所有设备数据分别收集的快速传递模式。

5.结语

针对煤矿系统的安全生产有效监测管理的问题探究，我们可以看出，通过无线传感器网络的研发，可以在一定程度上解决煤矿安全生产中时效性、完整性、科学性的监测监控问题。通过有效设计，在原有的监测监控系统上，进行无线管理升级可以大幅度提升煤矿安全生产管理的准确性，同时能够及时规避存在的安全隐患，而且其具有的远距离监管模式还可以保证煤矿安全生产管理工作有效落实到每个责任人身上，实现对煤矿体系的完整管理模式。

参考文献

1. 国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局.国家安全生产科技发展规划[Online].2003,22.

2. 李继林.煤矿安全监控系统的现状与发展趋势.[J]煤炭技术，2008,27（11）：2-5.

3. 牛世卫.煤矿安全生产监控系统的现状与发展.[J]机械管理开发，2003,71（2）43-45.