煤矿瓦斯自动化报警平台的设计与实现

陶媛媛

摘 要：煤矿瓦斯突出是煤矿井下生产中可能遇到的重大灾害事故之一，一旦发生则可能带来严重的经济损失和人员伤亡，因此对井下巷道及工作面的瓦斯监控一直是煤矿企业安全保障工作的重点内容，由于瓦斯突出具有突发性，留给监控系统的反应时间是非常有限的，这也对该类系统的响应速度提出了严格的要求。文章针对这一需求，根据煤矿生产的实际需求，研究和设计了全自动化的瓦斯报警平台，以期为煤矿的安全生产提供更好的保障。

关键词：瓦斯治理；监控；自动化报警

1 概述

近年来，中国煤矿瓦斯爆炸事故频繁发生，引起了社会的广泛关注。一旦发生瓦斯爆炸事故，首先就会对井下生产人员造成重大的伤亡，且势必会造成煤矿生产的中断，加上后续的抢救、抢修、维护等工作，带来的经济损失不可估量。减少瓦斯爆炸事故可从两方面着手，一方面是采用先进的测量评估技术，对开采面的地质环境进行模拟和预测，以实现提前防范，但由于地质环境的复杂性，该方法预测的准确性尚有待提高；另一方面则是利用自动化技术，实现井下各个场所的瓦斯浓度的实时化监控，发现异常后及时报警，以在最短的时间内启动对应的处理机制，文章提出的瓦斯监控报警系统就是基于这一目的而设计及产生的，其包含两个环节，一为瓦斯监控系统，二为自动报警系统，以下分别予以介绍。

2 煤矿瓦斯监控系统

虽然各个煤矿企业生产环境有所差别，且经营业务也有一定的不同，但一般而言，需要监控的场所主要有：瓦斯排放站、中转站及矿井内部等。以往分散式的监控模式无法实现信息的有效共享，本设计采取数据统一传输、统一分析、统一反馈的方式，有效提高了瓦斯监控的质量。首先，采用瓦斯监控分站负责采用传感器来对不同工作场所中的瓦斯浓度进行采集和传输，通过通信接口和通信线路将相关分析数据传输至处于远地（如地面工作站）的监控主机，并由其进行分析计算，通过不同的通信接口可连接多个监控分站，并在监控主机处实现数据的共享。瓦斯监控系统对传感器传来的信号进行分析处理，显示屏将瓦斯浓度的变化转化为形象的数据。若监控系统发现在井下某处工作面的瓦斯浓度超过预设安全值时，则警报系统会立即启动，监控人员可根据异常的种类采取相应的措施予以解决。

3 煤矿瓦斯监控报警系统及工作原理

目前，我国单片机和数字集成电路技术发展迅速，对瓦斯监控水平的提高起到了积极的促进作用，文章设计的新型系统采用了单片机AT89S51实现其主要计算功能，该单片机性能可靠，稳定性好，且内置存贮器容量较大，可以较好的满足井下监控的需求；传感器采用的是MQ-4，这也是目前市场上对瓦斯进行浓度监测的首选传感器型号，由于该传感器为模拟型，因此需要加载一转换模块AD7109，经过A/D转换后，变成数字信号输入单片机AT89S51进行后续的分析和计算。利用四位LED数码管对瓦斯浓度值显示。假如煤矿瓦斯的浓度超过所预警值，单片机AT89S51就会启动声光报警。

4 煤矿瓦斯监控报警平台的设计

在完成监控报警系统设计之后，就需要针对整个自动化报警平台进行设计与开发，在充分考虑了平台的通用性之后，本设计提出的报警平台架构如图1所示。

如图1所示，本系统由报警平台、web管理和客户端组成。其中，报警系统分为业务层和访问层，以及数据层进行数据的接收和发现状况，并报警信息发送等；web管理是通过B/S结构进行平台的配置的管理；而客户端则分成普通和智能两种，以便与瓦斯监控报警平台进行交互，获取报警信息。

在报警信息类型方面，预设了两类信息，其一是报警短消息，包括各个采样点的瓦斯浓度超标信息，其二是自定义的短信息，可通过管理员来根据需求灵活的定义，甚至可以同其他系统相关联。在控制系统层次架构方面，本设计构造了瓦斯报警业务处理的三层结构，分别为事务层、逻辑控制层和数据层，分别承担事务处理与数据计算、逻辑控制与维护和数据库的添加、查询与修改操作。

在系统模型方面，本设计采用了基于web服务的B/S结构来实现系统的分散化管理，该模式无论对于安装的快捷性还是使用的便利性，甚至是平台间的兼容性而言都是非常有利的。平台管理员通过web登录系统，并根据账户识别机制获得最高的权限以实现对平台的统一管理，而其他用户则根据岗位的不同，分别被赋予功能各异的权限，这样既保证了系统可以最广泛的接受各种来源的数据，与其他平台之间形成良好的有机结合，又有效的保障了本系统的数据安全。

客户端的设计分为3个模块：短信息的收发模块、定义消息模块及报警消息模块。其中，短信收发模块式将模拟手机对信息进行收发的功能；自定义消息模块主要是进行接收和管理报警平台中的自定义信息；而报警消息模块主要是进行报警信息的管理工作，通过文本或列表，以及曲线等方式将报警的信息进行存储或显示。

5 结束语

通过仿真实验和实践检验，文章设计的煤矿瓦斯自动化报警平台明显的提高了對井下瓦斯的监控与报警质量，实现了监测、报警、调节的自动化执行，同时基于网络平台的传输模式极大的扩展了该系统的控制范围。随着智能化移动设备性能的不断提高，未来的自动化监控系统的研究必然会落在将该类系统移植到以手机或平板电脑为代表的智能化移动平台方面，这也是本设计下一步的研究内容。相信随着信息技术、网络技术和自动化技术的不断发展，未来会出现更多技术更新、性能更强的瓦斯监控报警系统，为煤矿的安全生产提供更强有力的保障。危害和损失。

参考文献

[1]陆宝军，王社新，刘振锋.煤矿瓦斯监控报警平台的设计[J].煤炭技术，2013（4）：77-82.