CN204941604U - 矿用安全监测监控综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及矿用安全领域，具体说是矿用安全监测监控综合管理系统，其包括显示屏，还包括由UPS电源供电的融合通讯服务器，该融合通讯服务器通过数个环网交换机与设置在矿井下的数个区域控制器通讯，每一区域控制器对安装在对应区域内的终端监测装置进行控制，并将终端监测装置监测的信息通过对应的环网交换机传送至所述融合通讯服务器，所述显示屏显示该融合通讯服务器上的信息。本系统采用CAN总线和以太网结合，能够适应于复杂恶劣的作业环境，实现爆破现场的顶板压力、尾矿库、矿井排水通风和井下环境质量的监测监控，布线灵活，提早预知危险的发生情况并及时把它扼杀于摇篮之中，有效实现矿区内外各类安全监测和监控。

Description

矿用安全监测监控综合管理系统

技术领域

本实用新型涉及矿用安全领域，具体说是爆破现场监测监控、顶板压力监测监控、尾矿库监测监控、矿井排水通风监测监控和井下环境量监测监控组成的矿用安全监测监控综合管理系统。

背景技术

我国煤炭资源丰富，但开采条件复杂，自然灾害严重，47%的矿井属于高瓦斯或瓦斯突出矿井。在当前煤炭市场需求旺盛的推动下，部分煤矿存在突击生产或盲目超产现象，造成近几年矿井安全事故发生率居高不下。为保障煤矿的安全生产，除进一步加强煤矿安全管理意识外，关键是建立煤矿井下矿用安全监测监控综合管理系统，形成煤矿井上、井下可靠的安全预警机制和管理决策信息通道。所以当前现代化矿井的生产不仅要解决煤矿生产过程中存在的安全问题、生产自动化的问题、又要了解各种与生产经营相关的信息。建立安全生产、调度和管理网络系统，对井上、井下安全生产全面了解，靠及时准确的信息指挥生产和防止各种事故的发生，已成为煤矿设计工作必须解决的问题。

近虽然近几年国家对矿山安全越来越重视，但从实际使用的过程来看我们认为主要存在以下几个问题：

1.矿用安全监测监控综合管理系统功能单一；

2传感器质量和性能差；

与矿用安全监测监控综合管理系统配接的甲烷传感器、CO传感器等传感器已成为矿井瓦斯综合治理和监测煤炭自燃发火灾害预测的关键技术装备，并越来越受到使用单位和研究人员的普遍重视。但在现场使用中，虽然系统主机、分站以及软件已经不断进行升级，但国产安全检测用的传感器几乎全部采用载体催化元件，长期以来我国载体催化元件一直存在使用寿命短、工作稳定性差和调校期频繁、灵敏度漂移以及制作工艺水平低等缺点，严重制约着矿井有害气体的正常检测。另外《煤矿安全规程》中对甲烷传感器的调校有严格的规定，调校工作需要专用器具和标准气样，对调校人员的技术水平有一定的要求。很多煤矿往往由于缺乏专业技术人员等原因而不能按时对系统进行维护和调校，甚至从不调校，严重制约了矿井有害气体的正常检测。

3.通信协议不规范，可集成性差；

因为没有一个符合矿井电气防爆等特殊要求的总线标准，所以现有生产厂家的监测监控系统的通信协议几乎都采用各自专用的，互不兼容。不同厂家产品之间缺乏互操作性、互换性，因此可集成性差，不易于系统功能扩展。在使用中，个别系统虽经多次升级改造，仍不能实现系统资源的有效共享，形成了一个个独立的“信息孤岛”，严重阻碍了矿井安全生产管理水平的进一步提高。

4.诊断功能有待加强，系统的可维护性低 ；

现场设备在线故障诊断、报警、记录功能不强，现场设备的远程参数设定困难，影响系统的可维护性。作为管理维护监控系统的辅助手段，部分系统只能对系统的通讯状况诊断，不能详细地判断故障的性质和故障点。但实际工作中要求能迅速判断出分站、传感器或电缆故障之间，或短路报警与真实超限之间的区别，为维护人员提供故障的类型和方位，以便于迅速处理故障地点。

5. 现场管理和维护水平欠缺；

尽管我国各省市煤炭管理部门都强制性要求各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统，而且近几年再次加大了对矿井安全生产的管理力度，但一些地方国有煤矿，特别是乡镇小煤矿，多数由于缺乏专业技术人员而不能正常使用和维护已装备的系统，甚至对系统配接的传感器根本不进行调校。另外，在大多国有煤矿还存在着监测监控方面的管理制度不够健全、对已经存在的监测监控管理制度执行不严、对监测监控系统的监督管理不到位等问题，严重地制约着矿用安全监测监控综合管理系统的正常运行。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供功能齐全、易于管理和维护、可集成性强的矿用安全监测监控综合管理系统，本系统采用CAN总线和以太网结合，能够适应于复杂恶劣的作业环境，实现爆破现场的顶板压力、尾矿库、矿井排水通风和井下环境质量的监测监控，布线灵活，有效实现矿区内外各类安全监测和监控。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：矿用安全监测监控综合管理系统，包括显示屏，还包括由UPS电源供电的融合通讯服务器，该融合通讯服务器通过数个环网交换机与设置在矿井下的数个区域控制器通讯，每一区域控制器对安装在对应区域内的终端监测装置进行控制，并将终端监测装置监测的信息通过对应的环网交换机传送至所述融合通讯服务器，所述显示屏显示该融合通讯服务器上的信息。

作为优选，还包括连接有监视屏的多媒体服务器，该多媒体服务器通过地面交换机与所述融合通讯服务器通讯。

作为优选，所述区域控制器为顶板压力控制器，所述终端监测装置包括顶板离层传感器、锚杆索应力传感器和激光测距传感器，所述顶板压力控制器分别控制该顶板离层传感器、锚杆索应力传感器和激光测距传感器的信号。

作为优选，所述区域控制器为尾矿库区控制器，所述终端监测装置包括浸润线监测仪、干滩监测仪和库水位监测仪，所述尾矿库区控制器分别控制该浸润线监测仪、干滩监测仪和库水位监测仪的信号。

作为优选，所述区域控制器为爆破区域控制器，所述终端监测装置包括三人连锁检测卡、人员监视器、爆破监控终端和安全距离定位器，所述爆破区域控制器分别控制三人连锁检测卡、人员监视器、爆破监控终端和安全距离定位器的信号。

作为优选，设有综合接入分站，该综合接入分站与井下数个传感器连接，传感器的感应信号传送至综合接入分站，综合接入分站将感应信号通过环网交换机传送至融合通讯服务器。

作为优选，所述综合接入分站与信号转换器连接，信号转换器将传感器的感应信号转换后通过CAN总线传送至综合接入分站，综合接入分站再将转换后的信号通过环网交换机传送至融合通讯服务器。

作为优选，所述传感器包括甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、管道负压传感器、粉尘浓度传感器、温度传感器、氧气传感器、烟雾传感器、二氧化氮传感器、硫化氢传感器和开停传感器。

作为优选，井下设有数个矿用防爆网络摄像仪，每一所述网络摄像仪将视频信号通过对应的环网交换机传送至所述融合通讯服务器。

作为优选，所述环网交换机上的信息通过地面交换机传递至所述多媒体服务器或融合通讯服务器。

从以上方案可知，矿用安全监测监控综合管理系统与传统调度监测系统相比，具有以下优点：

1、本实用新型可根据煤矿安全检测、监控及管理系统的性能要求，设计出煤矿安全监测监控综合管理系统的硬件网络架构和C／S与B／S混合模式的系统体系结构，使用操作十分简单方便。

2、系统可扩展性强，数据采用可多种加密技术，安全可靠。

3、系统开发可采用先进和成熟的NET开发环境，融合XML、WebService等先进的技术，具有高度的稳定性、兼容性、扩展性和效率性。

4、创新地将现场总线网络通过智能控制终端直接连接到以太网，同时通过TCP/IP协议解释和提供Internet 网络连接接口，可实现与远程Web管理的应用。

5、本系统可与服务器、安监部门（或市、区应急救援指挥中心）、远程客户端等数据交换通过以太网实现。

6、本系统集软件与硬件为一体，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，适用于重大危险源中要求实时、多任务的控制体系。

7、系统提供多种自我诊断功能；当某一设备出现故障时，系统能迅速识别，自动关闭有故障的设备，并做出报警通知。

8、多种报警同时并列，软件报警自动记录，报警数据自动存储、回放。

9、丰富的图型类库可以满足各类型企业不同设备的差异化需求。

10、井下信息传输设备物理接口兼容性更强，不仅可以接自家生产的传感器，还可以接接入其他厂家生产的传感器。

11、本系统不仅仅局限于各类普通环境量的监测监控，更是把其他矿区的监测监控融合成一个管理系统，更方便更快捷的监管和处理矿井的突发事件。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

具体实施方式

下面结合图1详细介绍本实用新型的矿用安全监测监控综合管理系统，包括设置在矿井上的显示屏4和地面交换机2，还包括由UPS电源3供电的融合通讯服务器1，融合通讯服务器1通过环网交换机8与设置在矿井下的数个区域控制器通讯，每一区域控制器对安装在对应区域内的终端监测装置进行控制，并将终端监测装置监测的信息通过对应的环网交换机传送至所述融合通讯服务器，所述显示屏显示该融合通讯服务器上的信息；本系统还包括连接有监视屏5的多媒体服务器6，该多媒体服务器通过地面交换机7与所述融合通讯服务器通讯；在实施过程中，融合通讯服务器与多媒体服务器上多媒体信号可通过地面交换机进行交换共享，一方面可便于通过监视屏实现远程监控，另一方面有利于融合通讯服务器对突发事件进行适时控制。

本实用新型的区域控制器包含顶板压力控制器9、尾矿库区控制器10和爆破区域控制器11。在日常工作中利用本实用新型的矿用安全监测监控综合管理系统可在井下实现矿区顶板压力、尾矿库、爆破区的监测监控，从而提高矿井生产安全性，当监测到危险时，提早引导井下所有危险人员安全疏散、撤离。在本实用新型中，所述环网交换机8连接顶板压力控制器9，所述顶板压力控制器9控制顶板离层传感器15、锚杆索应力传感器16、激光测距传感器17信号，构成顶板压力监测监控系统，每一传感器将监测的数据变化转变成电信号传给顶板压力控制器9，再经环网交换机8上传给融合通讯服务器1。本顶板压力监测监控系统具有以下主要功能：

1．井上计算机动态模拟显示监测参数、报警监测服务器和客户端可实时显示监测点的数据和直方图，当监测数据超限时能自动声音报警并记录报警事件。

2．井下现场显示数据和报警。井下的离层传感器可实时监测数据，能根据设定报警参数报警指示。

3．监测数据自动记录存储。服务器能根据设置记录周期将数据存储到数据库，数据采用动态存储技术，数据库采用SQL海量数据库。

4. 分站及接收系统后备存储功能。当通讯线路或计算机出现故障时自动启动后备存储，可用”U”盘取出数据导入计算机。

5．连续监测曲线显示、分析。软件支持服务器端和客户端的历史曲线和测线加权数据分析。

6．监测数据综合专业化分析。CMPSES监测分析软件综合了矿压理论数学模型，支持综合专业化数据分析，工作面支架循环工作阻力分析，测线（或上、中、下部）顶板运动规律分析，工作面顶板压力分布分析，支架液压系统故障诊断，工作面周期来压步距、强度分析等，巷道顶板及围岩运动分析，巷道支护应力变化分析，监测段顶板冒落综合预警，多元参数关联分析及预警。

7．历史数据查询及报表输出。历史数据时间区间查询，历史曲线查询和输出，统计分析，输出标准综合分析报表。

8．局、矿顶板动态监测网络功能。软件采用C/S +B/S结构，支持局域网、广域网客户端监测模式和Web用户浏览器模式数据共享。

在本实用新型中，所述环网交换机8连接尾矿库区控制器10，尾矿库区控制器10控制浸润线监测仪18、干滩检测仪19、库水位监测仪20的信号，并将浸润线监测仪18、干滩检测仪19、库水位监测仪20的监测信号通过环网交换机传送至融合通讯服务器，从而构成尾矿库区监测监控系统。具有以下主要功能：

1.自动化监控功能 ，

系统能够实现监测数据自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警，并具备在各种气候条件下实现适时监测的能力。

2.远程在线查看功能，

企业各级尾矿库安全管理职能部门可以通过网络实现对尾矿库各项在线监测参数的查看； Ø

3.在线分析功能，

安全监测管理分析模块应具备基础资料管理、各项监测内容适时显示发布、图形报表制作、数据分析、综合预警等功能。其中数据分析部分应包括各项监测内容趋势分析、综合过程线分析等内容。 Ø

4.预报警功能 ，

通过软件对监测参数的实时在线分析，一旦监控参数超限，系统能够进行声光报警、短信报警、邮件报警。提醒相关人员采取措施，预防溃坝事故发生。

5.权限管理功能，

根据各级权限，各级监管部门可以不受时间和地点限制，只要登陆网络，即可实现对尾矿库的远程督导和检查。 Ø

6.应急救援保障功能，

通过尾矿库基础资料、应急预案、现场视频，为应急救援指挥提供技术保障。

7.系统应具有扩展功能 ，

系统在硬件配置及软件设计时应充分考虑随着堆积坝的增高，增加监测点后传感器的接入。

在本实用新型中，所述环网交换机8连接爆破区域控制器11，所述爆破区域控制器11控制三人连锁检测卡21、人员监视器22、爆破监控终端23、安全距离定位器24的信号，并将信号通过环网交换机传送至融合通讯服务器，从而构成爆破区域监测监控系统。其具有以下主要功能：

1、安全距离不够，就不能爆破。

2、网络电阻不合格可能有瞎炮，就不能爆破。

3、不进行三人连锁，就不能爆破。

4、有人在危险区域内，就不能爆破。

5、瓦斯超限，就不能爆破。（需要连接现场的瓦斯传感器或者携带无线瓦斯传感器）。

6、数据存储功能。

7、数据上传管理功能。可以连接爆破监控系统，实现实时数据上传。可以将发爆器带到地面，将数据上传给主机，实现对爆破作业的信息管理。

8、可扩展功能。可以根据矿方要求增加相关传感器（粉尘、风速、喷雾等）来实现爆破安全监控。

9、数据分析功能。可以对放炮过程进行数据分析，分析放炮失败原因。

在本实用新型中，所述环网交换机8与井下综合接入分站12连接，综合接入分站12通过CAN总线可与井下数个CAN总线型传感器连接，每一传感器将感应信号传送至对应的综合接入分站，综合接入分站通过环网交换机将感应信号传送至融合通讯服务器，融合通讯服务器对感应信号处理后将其显示在显示屏上；当使用其他厂家的传感器接入本系统时，信号转换器13将井下传感器的感应信号转换后通过CAN总线传送至综合接入分站12，综合接入分站12再通过环网交换机8将信号传送至融合通讯服务器1，融合通讯服务器1对该信号处理后将其显示在显示屏上4；其中传感器包括甲烷传感器25、一氧化碳传感器26、二氧化碳传感器27、风速传感器28、管道负压传感器29、粉尘浓度传感器30、温度传感器31、氧气传感器32、烟雾传感器33、二氧化氮传感器34、硫化氢传感器35、开停传感器36等。上述感应器、分站等组成了安全监测监系统，该系统利用十分成熟的且被广泛应用的现场总线技术CAN构成高性能矿用安全监控系统传输网络。

本实用新型的所述环网交换机8还与井下数个矿用防爆网络摄像仪14连接，环网交换机8可通过地面交换机2将视频信号传送至融合通信服务器，也可直接将视频信号通过地面交换机2传送至多媒体服务器6；在实施过程中，可根据地理位置、布线是否便利、视频需求等因素，合理选择，也可同时将视频传送至两服务器；这种设置灵活性更大，且方便、安全。在实施过程中，网络摄像仪在各个区域拍摄的视频可通过环网交换机、地面交换机传送至多媒体服务器，多媒体服务器将拍摄的视频处理后显示在监视屏上；这些组成了矿用视频监控系统，该系统从视频监控、值号传输、中心控制、远程监管等各方面提出全方位的解决办法，可以实现井下监控中心、地、市矿井安全监控指挥中心与省局监控指挥中心联网，使矿井安全管理工作向科学化、规范化、数字化管理轨道迈进，提高矿井安全管理水平。利用远程视频监控系统，地面监控人员可以直接对并下情况进行实时监控，不仅能直观的监视和记录井下工作现场的安全生产情况，而且能及时发现事故苗子，防息于未然，也能为事后分析下故提供有关的第一手图像资料。另外矿井监管部门可以从省部管理中心远程监控井下状况提出整改方法减少事故隐息。视频监控系统系统还具有以下主要功能：

1、监视功能:音视频同步、网络同步、分屏全屏、自由切屏。

2、录像功能:定时连续录像、动态报警录像、传感器报警录像、具备娴静的压缩技术，可调压缩比、帧率、录像质量。

3、报警功能:报警输入输出联动摄像机电源、灯光具有报警前5一999秒预录功能。

4、控制功能:主要指通过主机对于全方位摄像机云台，镜头进行控制，这一般要通过专用解码器完成，主要观察操作是否灵活。

5、网络功能:可同时浏览多台DVR的不同视频。灵活控制任何一台视频服务器上的云镜设备通过局域网拨号上网经过简单身份识别可以对主机进行各种监视录像控制的操作。

6、多网合一:实现视频监控、安全监测、人员定位、广播对讲、通信调度等子系统的集成，各子系统相据预案进行联动。

本实用新型的融合通讯服务器是基于SIP协议的将音频、视频相互转换的服务器，其通过调度台对所有的手机、井上电话机、井下矿用本安电话机和广播信息等进行管理，如强拆、强插、转接、代接、点名、会议通话等，并对通话记录录音进行保存。本实用新型中的环网交换机采用千兆环网交换机和百兆环网交换机，百兆环网交换机与无线基站、网络摄像仪、广播分站、综合接入分站等连接。其中综合接入分站包括ARM处理器、无线射频模块、有线通信模块和为ARM处理器、无线射频模块和有线通信模块供电的电源模块， ARM处理器通过无线射频模块与移动电话等矿用无线设备通信，ARM处理器通过有线通信模块与信号转换器、读卡器等矿用有线设备通信；其中，电源模块采用XRP7657芯片， ARM处理器采用LPC1788芯片，LPC1788芯片是针对各种高级通讯，高质量图像显示等应用场合而设计的一款具有高集成度，以Cortex-M3 为内核的微控制器，能够高效的处理各通信总线来的数据以及其他功能的协作；无线射频模块通过天线与矿用无线设备通信，无线射频模块采用CC1101芯片，CC1101芯片采用SPI通信方式通过SDI、SCK、SDO、GDO和CS五个引脚与ARM处理器相连，并通过ANT脚，控制天线进行无线收发。

本实用新型的综合接入分站集成了矿井下多种系统通信于一体的分站，解决了不同的系统需要放置多个不同的分站于井下。集成了矿用环境量监测监控、矿用顶板压力监测监控、尾矿库区监测监控、爆破区监测监控、矿用视频监控等系统的矿用安全监测监控综合管理系统功能，只需采用一套本矿用安全监测监控综合管理系统，就可以解决以上各个单独系统难以相互通信的问题。这样使得成本更低、布线更方便、安装维护简单、效率更高等特点。

上述实施方式仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴。

Claims (10)

1.矿用安全监测监控综合管理系统，包括显示屏，其特征在于：还包括由UPS电源供电的融合通讯服务器，该融合通讯服务器通过数个环网交换机与设置在矿井下的数个区域控制器通讯，每一区域控制器对安装在对应区域内的终端监测装置进行控制，并将终端监测装置监测的信息通过对应的环网交换机传送至所述融合通讯服务器，所述显示屏显示该融合通讯服务器上的信息。

2.根据权利要求1所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：还包括连接有监视屏的多媒体服务器，该多媒体服务器通过地面交换机与所述融合通讯服务器通讯。

3.根据权利要求1或2所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：所述区域控制器为顶板压力控制器，所述终端监测装置包括顶板离层传感器、锚杆索应力传感器和激光测距传感器，所述顶板压力控制器分别控制该顶板离层传感器、锚杆索应力传感器和激光测距传感器的信号。

4.根据权利要求1或2所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：所述区域控制器为尾矿库区控制器，所述终端监测装置包括浸润线监测仪、干滩监测仪和库水位监测仪，所述尾矿库区控制器分别控制该浸润线监测仪、干滩监测仪和库水位监测仪的信号。

5.根据权利要求1或2所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：所述区域控制器为爆破区域控制器，所述终端监测装置包括三人连锁检测卡、人员监视器、爆破监控终端和安全距离定位器，所述爆破区域控制器分别控制三人连锁检测卡、人员监视器、爆破监控终端和安全距离定位器的信号。

6.根据权利要求1所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：设有综合接入分站，该综合接入分站与井下数个传感器连接，传感器的感应信号传送至综合接入分站，综合接入分站将感应信号通过环网交换机传送至融合通讯服务器。

7.根据权利要求6所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：所述综合接入分站与信号转换器连接，信号转换器将传感器的感应信号转换后通过CAN总线传送至综合接入分站，综合接入分站再将转换后的信号通过环网交换机传送至融合通讯服务器。

8.根据权利要求6或7所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：所述传感器包括甲烷传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、风速传感器、管道负压传感器、粉尘浓度传感器、温度传感器、氧气传感器、烟雾传感器、二氧化氮传感器、硫化氢传感器和开停传感器。

9.根据权利要求2所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：井下设有数个矿用防爆网络摄像仪，每一所述网络摄像仪将视频信号通过对应的环网交换机传送至所述融合通讯服务器。

10.根据权利要求9所述的矿用安全监测监控综合管理系统，其特征在于：所述环网交换机上的信息通过地面交换机传递至所述多媒体服务器或融合通讯服务器。