综合型网络化矿井自动安全监控系统的设计与研究

论文摘要

煤矿生产是我国国民经济发展的命脉之一,然而我国的矿井安全生产形式却一直不容乐观。矿井的安全监控一直是国内外研究的热点方向,但是目前我国现有的矿井监控系统自动化程度和信息化程度还偏低,不利于煤炭产业的大规模发展。研究适合我国煤炭生产的矿井监控系统,建设现代化的高产高效的矿井,彻底改变我国煤矿行业的落后面貌已经成当务之急。传统的安全监控数据主要是各点的传感器数据,信息量较少,且各个系统间见无法实现信息共享。本文通过分析现代化矿井安全监控的要求与现有系统的不足,提出了通信网络化、信息综合化的矿井安全监控设计思想。把人员等移动目标的跟踪与煤矿灾害预测融入到安全监控系统的思想中,从而扩大了安全监控对象的范畴、增加了监控的信息量和监控数据的信息融合。根据上述分析,本文设计了一种综合型网络化的矿井安全监控系统。该监控系统采用无线技术、有线网络相结合的方式实现井下信息的采集与设备的现场控制和远程控制。在人员、机车等动目标的跟踪上采用无线射频技术,通过在人员、机车上佩戴无线射频信标器与人员监控基站间进行无线通信以实现移动目标的定位。在数据传输方面,设计了485网络和以太网相结合的网络通信方式。井下部分采用多级485网络结构,以满足矿井通道复杂、分支多的特点。由于现阶段矿井安全数据传输没有标准的协议,因此,本文针对矿井传输的数据特征设计了485传输协议,为传输协议的标准化提供一种解决方案。井下数据通过485转以太网网关接入地面以太网网络,地面监控中心主机负责采集数据并分析、处理、存储。设计了功能健全的监控中心监控软件,该软件采用C/S模式,基于GIS技术,实现监控数据与地理信息量相结合,利于矿井监控的直观性和整体控制。同时,本文利用模糊数学综合评判法,建立了煤矿井下瓦斯爆炸风险评价模型,该模型能很好的将监测系统的实测值,实时的转化为瓦斯爆炸风险等级,克服了其他评价模型离线评价的缺点,也为其他相似风险的在线评估方法提供了参考。综合型矿井安全监控系统的研究将有助于实施矿井安全生产的全面监测,为企业管理、灾害救援提供一个全面的集数据采集、设备终端控制、数据分析、辅助决策为一体的高度自动化、信息化的矿井监控系统。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与研究现状
• 1.1.1 国内外矿井安全的概况
• 1.1.2 矿井安全监控系统的重要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 研究热点
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 论文研究工作
• 1.3.1 问题提出
• 1.3.2 论文主要研究工作
• 1.3.3 本文结构
• 1.4 本章小结
• 2 瓦斯爆炸风险评价模型的研究
• 2.1 瓦斯爆炸风险评价分析
• 2.1.1 瓦斯爆炸的特征
• 2.1.2 风险评价基本流程
• 2.1.3 瓦斯爆炸风险评价模型的选择
• 2.2 模糊评价模型研究
• 2.2.1 模糊性的数学描述及模糊关系
• 2.2.2 模糊综合评价方法
• 2.2.3 模型参数确定
• 2.3 模型实例
• 2.4 本章小结
• 3 综合化网络化矿井安全监控系统设计方案
• 3.1 矿井安全监控系统的整体设计
• 3.1.1 矿井安全监控系统设计要素分析
• 3.1.2 系统通信方案的选择
• 3.1.3 矿井安全监控系统拓扑结构
• 3.2 系统的组成与功能描述
• 3.2.2 安全监控系统硬件构成
• 3.2.3 矿井安全监控软件的构成
• 3.3 本章小结
• 4 安全监控系统井下监控网络与设备的设计
• 4.1 矿用安全监控分站的设计
• 4.1.1 矿用安全监控分站的硬件设计
• 4.1.2 矿用分站的软件设计
• 4.2 人员监控基站的设计
• 4.2.1 人员监控基站的硬件设计
• 4.2.2 人员监控基站的软件设计
• 4.3 无线信标器的设计
• 4.4 井下485通信协议的设计
• 4.5 本章小结
• 5 矿井安全系统监控软件的研究与设计
• 5.1 基于GIS的矿井安全系统监控软件设计总体
• 5.1.1 地理信息系统（GIS）概述
• 5.1.2 矿井安全系统监控软件的设计思想
• 5.1.2 综合化煤矿安全监控软件功能结构图
• 5.2 监控软件功能模块的具体设计
• 5.2.1 系统设置模块
• 5.2.2 安全生产监测模块的设计
• 5.2.3 GIS实时监测模块的设计
• 5.2.4 报警处理与预警模块
• 5.3 本章小结
• 6 试验研究
• 6.1 硬件系统实验室试验研究
• 6.2 监控软件测试
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 技术展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录