评职称或毕业的时候，都会遇到论文的烦恼，为此精选了《监控系统与煤矿安全论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！【摘要】本文分析了当前煤矿安全监控系统的发展现状和潜在问题，并对主要的煤矿安全监控系统的特点进行了简要的分析。最后从整合煤矿安全监控网络的角度出发，分析并设计了一种可用于整合煤矿现有安全监控系统的综合监控网络形式。
监控系统与煤矿安全论文 篇1：
煤矿安全监控系统研发与应用
煤矿安全一直我国安全生产工作的重中之重，随着科技的增强，新装备、新工艺为煤矿提供了大量装备。2010年，《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》要求，各地煤矿在3年内完成“监测监控、人员定位、紧急避险、供水施救、压风自救和通信联络”紧急避险“六大系统”的安装，并纳入重点监察范畴。以上措施的执行，使得我国煤矿的安全生产形势逐年好转，事故起数、死亡人数、百万吨死亡率均大幅下降。但由于我国煤矿基数大、地域分散、地质结构复杂、技术水平参差不齐等，安全水平与世界其他主要产煤国相比仍有一定差距。
“六大系统”中的安全监控系统，是指传感器技术、信息传输技术、计算机技术、电气防爆技术和控制技术，在煤矿安全生产监控领域的综合应用，可以对矿井瓦斯、一氧化碳、温度等环境参数，以及对矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备的工作状态进行监测和控制，用计算机分析处理、取得数据，并实现自动报警、断电和闭锁，防止事故的发生或扩大，为各级生产指挥部门提供现场资料，便于提前采取防范措施。
研发现状
随着电子技术及计算机控制技术的发展，目前国内已有60余家生产企业及科研机构，研发了多个型号的煤矿安全生产监控系统产品，并基本上由早期的单计算机监控，发展成了网络化监测监控，安全监控技术有了长足发展，系统得到了推广应用。但其技术瓶颈也日益显现，主要表现在以下几个方面。
煤矿安全监控系统网络结构可靠性不高。现有监控系统主要采用主从式通信结构，数据传输速率低和冗余差，极易发生数据传输中断，无法实现设备间互联互控、危险区域快速控制；监控系统设备数字化程度不高，尤其是传感器采用模拟传输技术，不能实现传感器工作状态识别及故障判断，造成监测数据可靠性差。
煤矿安全监控系统抗电磁干扰能力差。井下电磁环境恶劣，抗电磁干扰技术还不成熟，对井下干扰源种类、等级及耦合途径研究不够充分，井下抗电磁干扰相关标准不易执行，导致监控设备抗电磁干扰能力差，极易使数据混乱，经常产生“冒大数”、误报警、误断电现象，甚至造成系统瘫痪。
灾害预警手段不完善。现有系统实现了瓦斯超限报警断电，部分实现了瓦斯灾害的预警处置，但对其他灾害还缺乏预警手段，应充分利用监控信息资源，完善矿井灾害的超前预测预报。
鉴于以上情况，在“十一五”期间，煤炭科学研究总院对煤矿安全监控系统网络结构可靠性及抗干扰技术进行了研究，并列入国家科技支撑计划项目，形成了新一代的煤矿安全生产监控系统及系列产品，该项目也被国家安全生产监管总局列为第一批安全科技“四个一批”项目之一。
研究过程
该项目通过研究工业以太网等网络集成技术、开放式总线传输，以及多环冗余、系统通信故障自诊断、电磁兼容（EMC）、井下电网故障在线诊断、网络结构中终端设备对等通信及互控等技术，研发了具备通信网络冗余、对等通信、通信故障隔离、满足电磁兼容等要求的煤矿安全生产监控系统，系统典型应用结构图如图1、图2所示。同时还配套研制出煤矿井下电网故障监测、故障识别、故障控制设备。通过项目研究，形成了4项技术。
设备状态自识别技术
网络终端设备（传感器）采用控制器局域网络（CAN总线通信），通过利用冲突检测方法，结合自识别软件协议及软件防冲突技术，避免了通信链路的数据堵塞、冲突、链路挂机等故障，解决了传感器互换产生的伪数据等现象，实现了传感器状态自识别、数据自动上传、故障自诊断等功能。其数据传输的实时性、可靠性，比目前传统的200-1000HZ模拟信号传输有了很大提高。
抗电磁干扰技术
通过对监控系统易受干扰的场所进行研究，项目组发现煤矿井下脉冲群干扰强度在标准500V等级以上、煤矿井下浪涌干扰强度在标准1400V等级以上时，煤矿井下静电干扰源与电磁辐射干扰源强度较小。根据干扰源的耦合特性，项目组对煤矿监控设备电源及信号端口，进行了两级抗干扰保护设计。目前，该技术已经应用到矿用本安分站、低压电网监测分站、高低浓度甲烷传感器等9种传感器，以及矿用隔爆兼本安型直流稳压电源中。
对等通信技术
网络终端设备（分站）采用总线通信技术及对等通信协议，解决了煤矿井下分站布点非线性的结构，有效地避免了由于通信链路复杂、阻抗不匹配，造成的通信状态不稳定的问题，实现了分站间对等通信功能，提高了分站间互联互控的响应时间，异地控制时间缩短到5s以内，提高了系统的可靠性及异地控制响应的实时性。
低压电网故障监测技术
矿井低压电网监测分站，采用附加低频信号的检测方法，通过建立切合矿井实际的电缆绝缘检测数学模型和仿真模型，实现了井下低压电网漏电故障监测及故障区域判断。
成果转化及应用情况
煤矿安全生产监控系统，发挥了治理隐患防范事故的作用，保障了煤矿的安全生产；相关安全标准的制定和强制执行，规范了煤矿安全监控系统相关产品；采用适合煤矿井下恶劣环境的矿井工业以太环网+现场总线技术，构建了井下信息传输基础平台，能接入各种子系统，实现了煤矿安全生产快速联动及灾害预警；研发的新型传感器技术、抗电磁干扰技术，提高了监控系统的运行可靠性；研发的重大灾害联动预警技术，利用监控数据的分析融合，为科学处置事故灾害提供了决策依据。
科学研究的关键，在于成果转化。针对项目目标及现场急需解决的问题，通过近3年的攻关，煤炭科学研究总院完成了14种配套产品的开发，形成了新一代高可靠安全监控系统，通过了国家质量监督检验中心的性能测试，取得了安全标志证书。研发的产品包括：矿用隔爆兼本质安全型数据交换装置、矿用本安型信号转换器、矿用隔爆兼本安型直流稳压电源、高低浓度甲烷传感器、煤矿用一氧化碳传感器、矿用隔爆兼本安型断电控制监视器、煤矿用风门开闭状态传感器、煤矿用温度传感器、煤矿用负压传感器、矿用水位传感器等。
项目完成后，煤炭科学研究总院在山西天地王坡煤业有限公司，进行了应用示范。2010年12月，由煤炭科学研究总院和山西天地王坡煤业有限公司共同规划示范矿井的建设工作，2011年9月完成地面中心站的建设，同时完成井下线缆的敷设。2012年1月，在王坡煤矿井下3215掘进面，3208、3201综采工作面，以及井下变电所等地，安装了100余台各类传感器等设备。项目组在井下，还先后进行了系统性能稳定性、快速异地断电、多环冗余、传感器状态自识别等试验，试验结果符合预期要求，与检验单位的检验结果一致。截止到2014年1月，系统可靠稳定运行，状态良好，没有出现通信中断、传感器数值“冒大数”等现象。
此后，该系统还在内蒙古李家塔煤矿、湖煤集团塘冲煤矿、江西天河煤矿、山东滕州泉上煤矿等多个煤矿得到了应用，效果良好。
技术发展趋势
联动控制技术。由瓦斯灾害预警系统触发联动事件，当预测到有危险时，可通过异常联动功能，实现各系统间的联动控制。
重大灾害预警技术。现有系统能够实现瓦斯超限报警断电，部分实现了瓦斯灾害的预警处置，但对于其他灾害还缺乏预警手段，下一步还应充分利用监控信息资源，完善矿井灾害的超前预测预报。
新型传感器技术。推广数字式传感器，提高抗干扰性；推广红外甲烷、激光甲烷传感器、光纤式传感器，提高传感器稳定性；研发光敏传感技术实现馈电状态检测，并将断电控制及馈电状态监测功能有机结合，实现断电的可靠控制；集成化多功能智能传感器；传感器与多学科交叉融合，推动无线矿用传感器网络的发展，实现监测范围最大化，接入井下无线宽带通信网络，实现通信链路双冗余，提高监控系统可靠性；研发传感器低功耗与本质安全长距离技术。
编辑 杨 璇
作者：姚永辉
监控系统与煤矿安全论文 篇2：
煤矿安全监控系统的整合方案分析与设计
【摘要】本文分析了当前煤矿安全监控系统的发展现状和潜在问题，并对主要的煤矿安全监控系统的特点进行了简要的分析。最后从整合煤矿安全监控网络的角度出发，分析并设计了一种可用于整合煤矿现有安全监控系统的综合监控网络形式。
【关键词】煤矿安全；监控系统；整合方案
1.国内目前煤矿安全监控系统的发展现状与问题
我国的煤矿安全监控系统起步较晚，发展过程经历了自主研发、引进国外技术、再自主研发的过程。如早期国内自主研发的KJ1系统，到后来从法国和德国引进的CCT63/40系统、TF200系统等。到上世纪末，国内某些专门机构自主研发的煤矿安全监控系统的水平已经较高，在某些单项指标上已经接近国际先进水平，也表现出网络化和信息化的趋势。但从整体发展水平上存在不足，主要表现在过分注重于对煤矿安全生产中的某些方面进行研发，如对坑道内的环境因素监控，井下设备的控制等方面，对煤矿的整体系统监控方面的研究并不深入。从现有的监控系统的工作特点来看，不同类型的监控系统之间的兼容性不足，系统扩展和升级能力受到较大的限制。同时安全监控系统是以安全因素的检测为主，对获得的监测信息缺乏预警响应能力，在智能化方面还存在很大的改进空间。
因此就当前国内煤矿安全生产监控系统的特点而言，主要的问题还是如何形成一套较为完整的综合信息监测系统，实现对煤矿安全生产的各个方面的实时信息进行整合。本文将针对这个问题，探讨煤矿安全生产综合监控系统所需的条件和构成方式。
2.常用煤矿监控系统特点分析
探讨煤矿安全生产综合监控系统需要以现有的监控子系统为基础进行整合。通常而言，煤矿的监控系统包括以下几类基本的子系统类型：电力监控系统、综采工作面监控系统、生产和调度系统等。上述不同系统类型所采用的工作方式差异较大，而多数煤矿都具备两种或两种以上的子系统，因此要探讨以这些子系统为基础的煤矿安全生产综合监控系统就需要对这些现有系统的特点进行分析后才能制定可行的整合方案。
(1)电力监控系统
电力系统是煤矿的基础系统之一，也是煤矿生产中的重要组成部分。对电力系统的监控是实现煤矿安全生产的重要保证。煤矿电力系统主要组成部分有两个，一是井下中央变电所，二是采矿区变电所。其中中央变电所由主控柜、配电柜及微机保护装置三个主要部分组成。采矿区变电所则一般由隔爆开关和监控单元组成。总体而言，煤矿电力系统的监控系统组成形式为利用CAN现场总线将监控单元（如隔爆开关等）将信息集成到中央变电所分站和采矿区变电所分站，再由CAN现场总线集成到电力系统监控服务器，进而将监控信息汇集到地面主控机。因此电力系统的监控布局呈现出的是一种金字塔型或树型的系统布局。
(2)综采工作面监控系统
综采工作面监控系统是煤矿对实际工作进行监控的主要系统，这一系统主要监控对象是采煤机、液压支架和输送机三类主要的煤矿施工设备。从目前的煤矿监控系统的构成来看，这三类煤矿施工设备都有各自的相对独立的监控子系统，从而共同构成了对煤矿工作面的监控体系。从监控模式上看，对采煤机的监控通常情况下都是通过对设备的特征参数的实时监测来判断设备是否处于正常运行状态。实现方式上通常是以设备关键部位上的传感器来完成数护具采集，再由通信线缆连接到CAN现场总线进行传输。从布局上看这类监控系统属于全分布式的监测系统。相对于采煤机，液压支架的作用是为了保障煤矿开采工作的安全。对支架的工作状态的监测也是通过布置压力传感器的方式来完成。而输送机则是承担将开采出的煤炭资源运输出井的任务。对输送机的监控主要针对功率驱动的监控和对链环张力的监控两部分，数据采集方式仍然是以传感器采集为基础来进行协调和控制。这三类监控系统是相辅相成的，都可以通过信道配置而隶属于井下控制台和地面控制中心，因此耦合程度相对较好。
(3)生产和调度系统
煤矿生产和调度系统主要完成通讯、报警以及对生产过程的监控等任务。从系统布局的角度看，常用的布局方式为分布式布局，实现手段有通讯电缆连接和无线通讯两大类。其中通讯系统主要以电缆通信配合无线通讯来完成，而对生产过程的监控则通过布置光缆和电视监控系统来完成。
3.煤矿监控子系统的综合方案设计
3.1 网络结构设计
要进行煤矿监控子系统的整合，需要考虑子系统的布局特点。从整合子系统的角度看，需要分析几种基本的网络拓扑结构。参考国内外的煤矿综合监控系统的结构特点，常用的是环型结构和总线型结构。环型结构的主要特点是可以通过通信链路将煤矿中的通信节点构成闭合回路，回路中的信号沿单向传输。这种网络结构的最大特点是实现方便，仅需要一些必要的连接设备和交换机即可，而且可以利用较为成熟的以太网技术。但其缺点是串联式的，因此某个节点的故障都可能造成故障和维修困难。总线型结构的特点是将网络中的设备都与总线相连，不依靠类似环型结构的中心节点，总线则以串联结构为主。当需要增加设备时只需在总线上增加接口即可，且个别节点的故障不会影响到整个网络的正常运行。其缺点是在网络节点的容量有限，对总线的容量要求较高。因此结合环型结构和总线型结构的优点和缺点，笔者认为采用环型和总线型的综合型结构，具体为主干网络采用环型结构，子网采用总线型结构。这种混合型的结构能够利用上述两类结构优点，在一定程度上可以避免环型结构传输距离的限制。
3.2 网络协议
由于整体网络结构采用的是综合型网络结构，涉及到总线通信协议的问题。因此需要对网络协议进行必要的讨论。当前煤矿中采用的网络技术主要是工业以太网技术，该模型基于开放系统互连的参考模型，共有7层结构。结合煤矿监控的实际需求，对网络中的故障需要有必要的自动诊断功能，即需要差错报告机制和IEEE802.3D/W/S生成树协议这两类关键网络协议。具体实现方式为以工业以太网技术参考模型OIS中网络层ICMP来实现，由主机和路由器之间完成报错和状态检查。IEEE802.3D/W/S的作用是通过身份验证的方式来保障网络的安全运行。
从当前煤矿监控系统的组成方式来看，多数都采用的CAN现场总线的形式，因此也需要讨论于此相关的问题。CAN协议需要处理数据链路层和物理层以及应用层三个方面的协议。其中数据链路层和物理层属于OSI模型中的底层，而应用层需自行定义或采用标准协议。从通用性的角度出发，在处理CAN现场总线的应用层协议时采用DeviceNet和CANOpen协议，上述两类协议分别处理煤矿自动化控制设备控制和数据通信，可为设备与主干网络实现无缝连接和满足分布式网络服务的需要。
3.3 通讯
我国煤矿安全监控的传统模式是DCS控制系统，由于不具备可操性和开放性等缺点，已经逐渐不能满足煤矿安全监控的需要，而FCS控制系统开始成为主流的发展方向。因此采用CAN作为连接煤安全监控网络矿的底层结构是符合发展趋势的选择。在此基础上，对CAN通讯采用多主竞争式的总线结构，该结构能够适应分布式网络数据通讯的需要，对网络节点之间的冲突能够实现自动化处理。
3.4 数据传输平台与接口设计
要实现对煤矿现有监控系统的整合，需要完成对主干网络和各子网络的结构设计。结合前文对整体网络结构采用的环型和总线型的综合网络拓扑结构，因此对于整合煤矿监控系统的主干网络采用工业以太网配合现场总线的模式，即由光纤冗余主干网和设备级现场总线来构成综合监控网络的主干网络。而对于子网络，由于这些网络分处于不同的工作环境，采用电缆作为CAN总线的传输线路，其优点是便于维护。
由于综合监控系统要处理多个子网络之间的连接和传输，需要采用大量的CAN接口，因此对于子网络和主干网络之间的接口也是一个应当注意的问题。从煤矿实际需要出发，采用基于独立CAN控制器的总线接口方案是比较好的选择，独立CAN控制器型号可采用SJA1000等独立控制器。
参考文献
[1]赵秀敏.煤矿主井直流提升机电控系统自动化与信息化[J].煤炭技术,2009(2):35-37.
[2]雷志鹏,宋建成.综采工作面输送设备工况实时监测及故障诊断系统的设计[J].工况自动化,2010(7):5-9.
[3]于治福,李旭鸣,等.基于PLC的煤矿主排水泵自动控制系统设计[J].煤矿机械,2010(1):29-31.
作者：顾春瑜
监控系统与煤矿安全论文 篇3：
探讨无线传感器技术的煤矿安全生产监控系统的设计与实现
摘要：传统GPS定位系统在煤矿安全监测系统中存在很多的不足和弊端，为了能尽可能地减少地下煤矿发生安全事故，保证煤矿工人的人身安全，本文深入研究设计无线传感技术监测系统，从无线传感技术系统的整体设计、硬件设计以及软件设计三个方面阐述，实现提高煤矿安全生产的效率，减少煤矿安全生产事故的发生率的目标。
关键词：无线传感器技术;煤矿安全;生产监控系统
随着社会和科技的发展和进步，我们国家需要的能源也越来越多，煤炭开采量也越来越大，随之而来的，发生的煤矿安全事故也逐年上升，煤矿安全这一社会问题也大受各行各业的关注，减少煤矿事故的发生是国家和人民共同的急切的目标。因此，设计一款无线传感器网络的煤矿生产安全监测系统刻不容缓。此款无线传感器网络可以收集地下煤矿的环境情况和煤矿里面工作人员的状况等诸多地面观测不到的信息，将煤矿里的实际情况及时同步给地面信息技术员，一旦发生危险警报等情况，地面的动作人员可立马发现，以便及时采取相应的补救或者紧急措施等。
1、煤矿安全生产监测系统的整体设计
煤矿安全生产监测系统的设计与实现最大的目的就是能够对地下煤矿进行安全监测，这些安全指标包括但不限于（1）地下煤矿里空气的成份：例如甲烷、一氧化碳等等，它们存在于地下煤矿空气中是否超标，是否达到了对人体产生危害的数值标准。（2）地下煤矿里空气的物理状态：例如空气压力、空气湿度、煤矿温度以及空气负压，还包括地下煤矿里通风设备是否正常运行等。通过以上监测地下煤矿数据可以呈现在地面监测人员计算机上，一旦出现危险或者紧急情况，地面监测人员可及时做出反应，通知相关部门以及人员积极采取措施应对突发状况。
此次研究的地下煤矿安全生产监测系统，可以大致地将它分为地上和地下两个部分。煤矿下的基础设施主要包括基站、无线传感器节点两大部分，主要负责地下煤矿的数据采集工作。无线传感器分布于地下煤矿有需要的各个地方，无线传感器能够对煤矿各个地方的空气的压力、空气湿度、地下煤矿温度以及空气中的负压进行密切实时检测;另外无线传感器也能够监测空气中的甲烷、一氧化碳等等存在于煤矿空气中是否超标等等，各个地方的无线传感器再将以上信息同步传输到地下基站。其次，煤矿下的每一位人员都有配备的定位设置，是通过使用射频信号强度的位移和实时多点定位的方法来达到煤矿下的准确定位。地下基站是直接與地上监测管理系统相连接，地上监测管理系统主要包含系统管理、安全监测、结束监测、通风监测、供电监测、煤流技术、主煤流监测以及GIS系统等软件，管理系统接受从基站传输的信息，将诸如以上各类信息进行整理、分析，再以通俗易懂的方式表现出来，例如以曲线图、报表、饼状图等等形式呈现，以便及时发现煤矿里的不正常情况，及时处理突发情况，同时采取改善或抢救的措施[1]。
2、煤矿安全生产监测系统的硬件设计
2.1煤矿地下无线网络硬件
此次煤矿安全生产监测系统是以ZigBee技术为基础建立起来的无线网络，是一种体积很小、非常可靠、价格很低廉却容量很高、功率消耗很低的无线网络技术。ZigBee的工作频段为2.405～2.480GHZ，采用直接序列扩频的通信技术，数据传输速率为250KB/S，无线网络数传模块节点容量最多可达到65000个，每一个数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展，能够实现地下煤矿全方位无死角的数据采集和监测，是煤矿等井下作业时信息采集的不二之选。
2.2中继器节点的硬件设计
中继器节点采用的电路设计结构包括状态指示灯、显示器、报警电路、存储器、无线通信模块、USB接口和电源接口等等。接通电源之后，中继器节点状态指示灯会开启，系统会自动进入无线通信状态，等待片刻之后，煤矿地下之前所安装的无线传感器节点就会开始工作，将数据传送到基站，基站与地面系统对接实时数据，当有不正常情况出现时，报警器就会报警。另外，USB接口同时也可以将所接受数据进行交流和分享[2]。
2.3地下煤矿作业人员定位设计
除了上述固定安装的地下煤矿里的无线传感器节点，还涉及了另外一种可佩戴、可移动的无线传感器节点，它可以安装在煤矿开采所用到的设备上，可以由买矿开采工人随身佩戴和携带，可以采集不同地方的瓦斯的浓度，同步传送数据到地面监测系统中，方便煤矿地面安全监测人员随时掌握煤矿里面的实时情况。同时佩戴地下煤矿作业定位设置的人员也可以主动发送实时信息，及时与地面工作人员保持良好沟通，一旦发生紧急情况，地面监测人员可以及时接收信息，报警器电路会报警。地面人员准确定位紧急情况地点，可以使用相关设备和出动人力进行紧急救助，减少紧急事故带来的损失。
此次设计的煤矿安全生产监测系统中，基站实现各个无线传感器节点数据的汇集，再通过基站与地面上的主机系统相连接，实现数据处理和可视化。
3、煤矿安全生产监测系统的软件设计
煤矿安全生产监测系统的软件设计位于煤矿地面之上，主要包含系统管理、安全监测、结束监测、通风监测、供电监测、煤流技术、主煤流监测以及GIS系统等八个软件。以上八个系统中，除基本的管理系统和功能强大的GIS系统外，其余五个对数据即时性要求非常地高，所以每个系统都要有与之对应的动态图形，以便地面工作人员能够轻松察觉出地下煤矿形式的变化如何，同时也能及时发现异常情况，不耽误救援。
GIS系统总的来说大致可以分成六个板块设计，包括地图浏览、图层控制、图层编辑、搜索定位、实时报警以及信息查询[3]。
结语
对于传统GPS技术和有线网络在地下煤矿安全生产时存在极多监控盲区、设备安装工程费时费力、发生安全事故时地面无法第一时间发现并实施抢救措施等问题，无线传感器网络技术具有安装简便、安全高效、结构灵活、感应灵敏等多方面优点，打破传统有线网络在地下煤矿监测时的局限，为地下煤矿安全生产提供了极大的安全保障，将为我国煤矿安全生产监测提供极大的便利，给予煤矿工人更大的安全保障，同时可以在灾难发生时尽可能的减少国家的损失。
参考文献：
[1]马建云，袁斌斌，赵彬，郝尊瑞.基于Zigbee无线传感器网络的煤矿监控系统设计与实现[J].测控技术，2012，31（8）：83-86.
[2]方祖浩，赵小虎，王海波，等. 面向煤矿工作面的定位无线传感器网络传输性能优化[J]. 工矿自动化，2020，46（3）：43-48.
[3]王龙. 关于煤矿瓦斯无线传感器质量监测系统的研究[J]. 中国石油和化工标准与质量，2020，40（23）：69-71.
作者：张炜