煤矿开采的危险性众所周知,由于地下环境复杂多变,因此在煤炭开采环节往往存在有多种安全问题,无线传感器网络是近些年来快速发展的网络监管系统,相较于传统的监测模式来说,无线传感器网络的精确度、容错性以及可靠性等都比较高,同时无线传感器网络还可以实时定位,因此救援效率也得以大幅度的提升。
在煤矿生产工作实施过程中,无线传感器的应用范围虽然逐渐拓宽,但是从根本上来说,我国煤矿安全监测系统现状并不是十分的理想,首先当前阶段大部分安全监控系统所采用的依然是有线传输的方式,即通过信号电缆与光缆等方式传输煤矿井下监测的各项信号,这种监控方式虽然能够完成诸多常规监控,但实际上其存在的缺陷和问题也比较多,其具体主要表现在以下方面:一是有线布置,布线工作相对比较繁琐,且安装与日后维护成本比较高。一个矿区所需要的电缆与光缆数量极为庞大,如此庞大数量的光缆,前期施工成本必然也比较高昂,这就需要煤矿前期投入巨大的施工成本。同时,需要注意的是布线工作不仅要在地上实施,而且还需要在井下实施,井下环境复杂多变,这也一定程度上增加了相关工作的实施难度。二是电缆覆盖范围有限。矿区井下环境复杂多变,并非所有区域都适合布设线路,部分区域要么不容易布线,要么不能布线,这也就导致煤矿监控工作实施过程中,难以真正的全方位无死角监控,部分死角位置的安全隐患无法及时的排查和发现。三是有线监控对线路依赖性比较高。有线网络自我修复能力比较差,局部线路被破坏之后将会对整个监控系统产生极为不利的影响,局部线路被破坏之后,那么整个监控系统可能都无法顺利的实施监控工作,这样也将会降低监控质量。
对于现代煤矿来说,其不仅需要做好环境监控工作,同时监控设备还应当具备人员与设备监控的功能,这样才能更好的优化井下人员调度,加强对设备管理,切实有效的保障生产的安全性,提高生产质量,但是相关工作的实施依靠有线检测系统显然难以成为现实。无线传感器可以有效的规避有线传感器存在的缺陷和不足,其可以更好的为煤矿生产安全性保驾护航。
之所以实施煤矿安全监测的目的就是为了有效的保证煤矿生产的安全性,解决当前工作中存在的缺陷和不足。结合实际情况来看,煤矿安全监控系统应当能够对井下风速、瓦斯浓度、湿度以及温度等进行及时掌握,可以将自己所掌握的信息传递到地面主控室,在井下出现突发情况时,能够第一时间采取措施予以应对。同时,该系统还应当能够对井下人员的位置进行定位,为煤矿管理人员提供进出限制、工人考勤以及监测监控等多方面的数据资料。在煤矿发生安全事故之后,借助安全监测系统可以第一时间明确事故点,做好救援工作。此外,该系统还应当能够提供完善的井下坑道地形图,各项基础地理信息,设备分布情况等,这样才能切实保障煤矿安全监测质量。在具体的工作中,其需要具备以下功能要求。
一般来说,煤矿生产安全监控系统的工程流程是先借助传感器对井下的压力、湿度、温度以及气体构成等信号进行实时采集,在数据采集工作完成之后,系统会自动对数据进行编码,并且通过无线传输的方式将相关数据传输到服务器中,在服务器成功接收到数据之后,则会自动根据数据类型之间存在的差异,将其进行归类,在有需要的情况下可以调出数据,对数据进行分析和整理,判断矿井下是否有安全隐患存在,如果确认有安全隐患,则可以提前采取措施予以应对,这样也能够更加有效的保证矿井安全性。
当前,我国煤矿由于规模大小、建设时间不同,其安全监控系统在功能需要方面也有多种类型,其系统结构呈现出多样化的特点,但是一般来说其都是由传感器、应用服务器以及数据库、客户端等核心部位组成的。在安全监控系统中传感器的主要功能表现在数据收集、处理以及传输等方面,在相关工作完成之后信息会直接传输到应用服务器中,而应用服务器的作用就是接收传感器数据与保障数据入库,数据库内的各种资源可以直接被调取,然后达到实时定位、地图管理以及系统管理等多方面的功能,从根本上保证煤矿生产的安全性,推动煤矿事业的发展和进步。
当前市面上的无线传感器主要是由传感器节点、汇聚节点、外部网络用户界面是个部分组成。传感器节点通常分布在感知区域附近,构成网络结构,然后将所采集到的信号进行传输,在信号传输过程中,多个节点都可以对信号进行处理,信号传输到汇聚节点之后,再由汇聚节点将相关信号整合到处理中心。
通常情况下,无线传感器体系包含有中心网络与无中心网络两大类型,过去所使用的基本上是有中心网络,有中心网络的特点在于所有节点都是事先配置好的,在应用无线传感器时,只需要将节点安装好,形成蜂窝网就可以使用相关设备,具有比较稳定、可靠的特点,但是在具体的应用过程中,基站数量要求多,而且在数据传输过程中只能在有蜂窝网覆盖的区域进行传输,一旦超出范围内就难以接收到信号,而且信号容易受到外界因素的干扰,在恶劣的环境下,信号传输难度增大。此外,这种网络结构运行过程中如果某一个环节出现问题了,那么其他与之关联的网络节点作用也难以有效发挥。无中心网络则具有不受环境约束的优点,数据传输过程中,方便快捷,无中心网络的诞生主要就是为了弥补有中心网络传输运行存在的缺陷。无中心网络结构的突出性特点还表现为设置部署比较简单,工作人员不需要提前设置节点,工作量大幅度减弱,这样网络通信过程中也就不存在节点故障的问题,通信期间节点可以随意放置,某一个节点出现故障不会对其他节点的通信产生影响,所有信号依然能够正常传输。但是需要注意的是该通信网络结构比较复杂,对于技术人员操作要求比较高,投入成本巨大,对于煤矿企业资金要求比较高。
煤矿生产工作复杂,为了更好的实施煤矿安全监测工作,监测区域一般设置有数不清的网络节点,这些节点的存在使得各类信息的获取更加准确。相较于传统的网络来说,其优势在于能够更加广泛的布设节点,在各种复杂的环境中都能够应用无线传感器,但是这也在无形间增加了前期投入成本。同时,在信息传输的过程中,容易受到外界因素的影响和干扰,如果信息传输不够准确,那么监测的安全性就难以得到有效的保证。因此,为了进一步提高监测的精确度,即便是在面积比较小的区域也会布设大量的传感器节点。
无线传感器网络中的传感器节点实际上对信息的传输与处理要求相对比较高,通常其既需要具备对数据采集的能力,同时还需要保有对数据的处理、分析和传输能力,而这就要求各个传感器节点具有很强的自组织能力,可以实现自我配置与管理。
在实际的监测过程中,由于监测环境或者是电池耗尽等因素的影响,可能会导致无线传感器网络的拓扑变化,这种变化可能会导致传感器节点出现故障,影响数据信息传输效果。为了更好的规避这一缺点,无线传感器网络就需要具备可移动性,即网络系统具有动态重建性,避免因为环境变化影响信号采集效果与质量。
此外,无线传感器网络的重建能力也比较强。在矿井挖掘工作执行期间,随着采掘机械的不断推进,井下空间范围将会越来越大,这也就使得无线传感器的网络布置范围需要不断的调整和改变,才能适应井下安全监测需要。在井下相对较老的一些位置可能会被回收,或者是在能量耗尽之后将会自动退出网络,与此同时又将会有诸多新节点加入进来,这样势必会使得网络拓扑出现较大的变动,传感器节点数量因此快速变化。基于这样的原因,工作人员在操作期间为了更好的保持无线传感器网络的重建能力,就需要合理的设置自组织算法,做好网络动态的重组协议设置工作,而无线传感器网络在这方面优势突出。
应用于煤矿安全监测中的无线传感器网络通常会设置在一些环境相对比较恶劣的区域范围之内,同时其还具备有随机部署的特点。基于这样的原因,无线传感器网络必须具备有安全、可靠、牢固的特点,这样相关设备才能适应多种复杂的环境条件,安全可靠的运行。此外,传感器的通讯保密和安全性也极为重要,在应用无线传感器实施煤矿安全监测时,要避免各类信息外泄,避免安全生产因此而受到影响。
总之,煤矿安全是当前煤矿生产中人们重点关注的核心问题,其对于我国煤矿事业的发展建设有着极为重要的影响,做好煤矿安全监测是保障煤矿生产安全的基础所在。无线传感器网络相较于传统网络来说,具有无可比拟的优点,可以促使煤矿更加安全的生产,提高生产质量与效率。
摘要：近些年来,随着科技的不断创新发展,无线传感器的应用范围可谓是不断扩宽。煤矿作为国家经济发展的支柱型企业,其为多个行业的发展提供了动力支持,但是不可否认的是由于煤矿生产开采环境复杂,在开采工作实施期间不确定的危险因素比较多。因此,在生产环节做好煤矿安全监测工作就显得极为必要,其可以更好的保证煤矿生产的安全性,降低各类安全事故发生率。文章主要分析了无线传感器网络在煤矿安全监测领域的应用情况,对具体的应用措施进行了分析和论述。
关键词：无线传感器网络,煤矿,安全监测,应用
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