文/张军胜 李长营

安全监控系统代替传统工作中人工监管的方式，大大提高了煤矿生产安全风险的可控性。随着现代科技的发展以及煤矿安全生产需求的提高，安全监控系统智能化、创新化发展势在必行。经过安全监控系统应用实践总结，发现当前系统还存在一定的缺陷，智能化水平有待提升。为不断提高我国煤矿安全生产水平，融入更多高新技术，需要对其现状及未来发展对策进行分析。

1 煤矿安全监控系统智能化发展

1.1 物联网技术的引入

1.1.1 系统框架设计

基于物联网的智能化安全监控系统框架分为采集层、传输层、持久层和应用层四部分。

（1）采集层负责对矿下环境、设备的实时状态信息进行采集。结合矿用无线传感器，实现对异常信号位置的自动化识别。采集层中融入自我调节、自我校正技术，可有效保证传感器在井下运行的可靠性，同时还可对自身故障、异常展开自动诊断。

（2）传输层包括有线传输和无线传输。有线传输依靠以太网，主要用于地上数据信息的传递和通信。无线网则服务于矿下，通过ZigBee 技术，实现矿下信息的精准传递。

（3）持久层引入云计算技术，可对采集到的各类煤矿信息进行整理、分类和分析，实现数据资源的合理化利用。持久层通过逻辑判断，将不同数据准确划分到相应的模块，以实现整个系统中各个模块之间的联动反应，提高业务部署时效性，同时节约安全监控系统的运行成本。

（4）应用层主要负责大数据分析、信息检测、协调控制、远程监控、专家分析、安全预警等。如图1所示，为基于物联网的煤矿安全智能监控系统框架。

1.1.2 系统软件设计

基于物联网的智能化安全监控系统软件主要包括Web Access、视频监控软件和SQL Server 数据库。依托以上软件，可实现安全监控系统对煤矿生产的全过程监管，并进行风险预警、报表输出、在线监控等。无线传感器采集矿下作业信息，在监控中心对数据进行筛选、整理和分析，评估生产环境安全性，并实现数据的传输、共享和安全存储。将高清摄像与视频监控软件相结合，对采集到的视频信息进行编码、压缩和传输。视频信号被传输至监控中心后，结合安全监控需求对其进行处理、提取和分析，并结根据分析结果做出安全管理决策。

1.1.3 系统功能创新

（1）监控界面优化。考虑到安全管理人员在使用智能化安全监管系统时的便捷性，监控界面利用组态软件，呈现由传感器传输回的矿下监控画面，并清晰显示各项监测参数的实时数据。界面中涵盖报表输出、曲线生成、预警信息查询等功能按键，为人机交互提供便利。

（2）数据库优化。为使智能化安全监控系统不断适应煤矿生产安全管理需求，将系统原本的数据库升级为SQL Server 数据库。该数据库可通过ODBC 接口，实现与原数据库的高速数据传输，将多个数据库联合使用。

（3）实时动态监控。通过视频嵌入技术，在矿下安装多台云摄像设备，全面采集矿下动态画面，并通过无线网络将信号传输至地面。

（4）瓦斯泄漏报警。在煤矿生产过程中，瓦斯泄漏、瓦斯爆炸是引发安全事故的主要原因。在智能化安全监控系统中提前设置矿下瓦斯安全警示值，当无线传感器检测到的瓦斯浓度达到这一警示值后，系统自动进行报警，并对井下环境的安全系数进行评估，迅速做出处理反馈，提示井下人员进行检查或选择疏散。

（5）远程控制功能。远程控制功能能够在智能化安全监控中心，直接对平台接收到的数据进行远程分析和处理。对比实时环境数据及系统中存储的历史数据，判断是否存在安全异常，进而准确下达安全指令，确保井下作业安全。

1.2 矿用无线传感器的引入

矿用无线传感器存在多种类型，以采集矿井内甲烷、二氧化碳、一氧化碳、水位、温度、湿度、风压、巷道压力的实时数据，将采集到的信息安全、迅速传输回地面监控中心，通过对矿下各类环境参数变动趋势的分析及异常参数的挖掘，评价煤矿生产安全系数，并对安全风险进行监控。煤矿智能化安全监控系统中引入的矿用无线传感器，主要对瓦斯、温度、风速等参数数值进行检测，可适应多种矿下运行环境，且通过无线网络进行数据传输，使得以往数据传输缓慢的问题得到极大改善，几乎可实现对矿下情况的时时在线监控。

1.2.1 网络选型

煤矿安全监控系统智能化建设矿下网络选用物联网，地上部分则依托因特网。为使无线传感器采集数据传输达到足够的安全性和高效性，建议使用ZigBee 物联网技术，该技术的稳定性极高，可适应多种复杂、恶劣的运行条件，且其可扩展空间大、布施简便、应用成本较低，因此非常适合将其引入到煤矿生产的安全控制工作当中。而地上监控中心的环境条件要明显优于矿下，因特网已经可充分满足其对网络传输、通信的要求。地面数据传输以有线方式进行，数据通过以太网被发送至具备存储功能的任务管理器，准备开展数据分析、检测等工作。

图1：基于物联网的煤矿安全智能监控系统框架

1.2.2 硬件设计

以ZigBee 技术为依托的矿用无线传感器网络硬件系统包括任务管理器、网关、数据汇集模块和采集终端四个部分。其中，采集终端涵盖负责检测各类环境安全信号的无线传感器，可对井下数据进行实时采集和传输。终端传感器的布置分为移动监测和固定监测两部分，移动监测由井下作业人员随身携带，用于采集其活动范围内的环境信号；固定监测则被分别布置在井下各个监测点位置。选用CC2530 片上系统，该系统在运行温度要求、外观尺寸、兼容性、FLASH 大小等方面均得到明显的优化。CC2530 与单片机相结合，可编程闪存达到256B，并提供21 个GPIO 接口，形成完整的井下网络系统。数据汇集模块能够进行数据的汇总和转发，其通信模式为有线与无线相结合的方式，作为整个系统中的连接、协调环节。

2 煤矿安全监控系统智能化发展案例

2.1 案例背景简介

潞安郭庄煤矿核定生产能力为180 万t/a，矿井类型为高瓦斯矿，矿下采取抽出方式进行通风。该煤矿原用安全监控系统型号为KJ73N，配合专门的安全监管部门负责矿下生产安全监管。原安全监控系统网络传输形式为环网，终端传感装置与监控分站采用单频传输。信息传递过程极易受到复杂矿下作业环境的影响，曾出现多次因数据失真而导致的误报问题。此外，传感器的功能相对单一，有效传输距离有限，且无法实现数据暂存，矿下安全监控数据易丢失。

2.2 煤矿安全监控系统智能化改进方案

潞安郭庄煤矿响应国家安全生产号召，历时6 个多月于2018年3月完成了对原本的安全监控系统进行智能化改造。考虑到不同安全监测参数的特点，传感器选型方面将激光传感器、多参数传感器、自诊断传感器等设备交叉使用，以保证数据获取的灵敏度。并在矿下安全高清视频监控系统，配合ZigBee 物联网技术，实时获取矿下高清动态画面。

升级改造后的KJ73X 安全监控系统，使用了传输数字化，提高抗电磁干扰能力，提升传感器的防护等级，完善报警、断电等控制功能，支持多网、多系统融合等13 个方面。系统升级改造增强了煤矿安全监控系统的准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，确保了安全监控系统运行稳定可靠。

3 结论

现代信息技术的涌现给煤矿安全监控系统智能化建设带来更多优秀的方案，促使安全监控系统功能不断完善，矿下安全风险预防及控制能力显著提升。随着煤矿行业的进一步发展，其安全监控系统将面临更多挑战。行业应全面树立智能化安全管理意识，重视高新技术的引入，以打造符合煤矿安全生产要求的智能化安全监控系统，促使煤矿生产行业可持续发展。