陳小林，　孫金鈺

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州　213015;2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州　213015；3.安徽理工大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院， 安徽 淮南　232001)

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煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)設(shè)計

陳小林1，2，孫金鈺3

(1.中煤科工集團(tuán)常州研究院有限公司， 江蘇 常州213015;2.天地(常州)自動化股份有限公司， 江蘇 常州213015；3.安徽理工大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院， 安徽 淮南232001)

摘要：針對傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)存在的不足,設(shè)計了一種新型的智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)由本質(zhì)安全型巡檢記錄儀、本質(zhì)安全型多參數(shù)便攜式瓦斯檢測儀、地點(diǎn)卡、身份卡和地面瓦斯巡檢服務(wù)器等組成。該系統(tǒng)采用巡檢記錄儀完成瓦斯數(shù)據(jù)的動態(tài)收集及瓦斯巡檢現(xiàn)場就地數(shù)據(jù)的比對和分析，并將就地處理后的瓦斯巡檢數(shù)據(jù)通過井下無線網(wǎng)絡(luò)即時傳輸至地面瓦斯巡檢服務(wù)器，由地面瓦斯巡檢服務(wù)器根據(jù)需要輸出動態(tài)報表，針對異常情況自動發(fā)出預(yù)警。

關(guān)鍵詞：瓦斯巡檢； 巡檢記錄儀； 瓦斯檢測儀； 本質(zhì)安全型； 拍照取證； 無線傳輸； 預(yù)警

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20160803.0957.002.html

0　引言

中國煤礦根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》建立了三級瓦斯檢查監(jiān)測制度[1]:① 由專職瓦斯巡檢員配備精密的光學(xué)瓦斯檢測儀對固定的或者臨時設(shè)置的瓦斯檢查點(diǎn)進(jìn)行精確檢查。② 依據(jù)安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)檢查。③ 個體的瓦斯檢測，規(guī)程規(guī)定了對有關(guān)管理人員裝備便攜式瓦斯巡檢儀，進(jìn)行工作場所的流動檢測。到目前為止，專職瓦斯檢查員的檢查仍然是發(fā)現(xiàn)瓦斯事故隱患最可行、最可靠的措施和手段。

目前國內(nèi)煤礦針對瓦斯巡檢管理也制定了很多管理方法，有的煤礦還安裝了瓦斯巡檢系統(tǒng)，但現(xiàn)有的這些瓦斯巡檢管理方法及系統(tǒng)還存在問題，并不能有效解決瓦斯巡檢工作中存在的空班漏檢、檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、監(jiān)管不到位等問題。因此，本文設(shè)計了一種煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)設(shè)計思路

傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)主要由便攜式瓦斯檢測儀、井下地點(diǎn)標(biāo)志卡、地面瓦斯巡檢主機(jī)組成，其工作過程如下：

(1) 地面瓦斯巡檢管理人員在瓦斯巡檢員下井之前告知其下井需要進(jìn)行瓦斯巡檢的地點(diǎn)。

(2) 瓦斯巡檢員攜帶便攜式瓦斯檢測儀下井，并且按照預(yù)定巡檢路線及巡檢到達(dá)時間去往相應(yīng)地點(diǎn)。

(3) 瓦斯巡檢員到達(dá)目的地點(diǎn)后，首先刷該地點(diǎn)的標(biāo)志卡，以在便攜式瓦斯檢測儀記錄到達(dá)該地點(diǎn)的時間。然后通過便攜式瓦斯檢測儀記錄當(dāng)前地點(diǎn)瓦斯、一氧化碳數(shù)據(jù)，并且在隨身攜帶的筆記本上記錄其他需要手動測量的瓦斯巡檢數(shù)據(jù)。

(4) 瓦斯巡檢員完成井下巡檢工作回到地面，地面瓦斯巡檢管理人員將便攜式瓦斯檢測儀通過USB連接至地面瓦斯巡檢主機(jī)，主機(jī)將導(dǎo)入的數(shù)據(jù)形成瓦斯巡檢員行走路線情況及相應(yīng)數(shù)據(jù)情況。

(5) 瓦斯巡檢管理人員將瓦斯巡檢計劃與實(shí)際的瓦斯巡檢路線及數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行比對，并且將便攜式瓦斯檢測儀記錄數(shù)據(jù)與人工數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，最后形成瓦斯巡檢報告。

從上述工作過程可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)存在以下問題：

(1) 所有數(shù)據(jù)必須回到地面才可以進(jìn)行收集匯總，且需要人工參與數(shù)據(jù)整理和分析工作，導(dǎo)致數(shù)據(jù)時效性差；完全由人工處理數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不夠及數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)布滯后；針對瓦斯巡檢過程中產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)，無法及時預(yù)警給相關(guān)的人員，只有回到地面才能反饋到系統(tǒng)中，導(dǎo)致對瓦斯及相關(guān)事故的預(yù)防能力降低[2]。

(2) 傳統(tǒng)的瓦斯巡檢系統(tǒng)無法真實(shí)反映瓦斯巡檢員的瓦斯檢測操作過程，瓦斯巡檢員有條件偷懶及作弊，如讓其他員工代刷地點(diǎn)標(biāo)志卡；現(xiàn)場需要人工測量(光學(xué)瓦斯檢測儀)的數(shù)據(jù)，沒有通過實(shí)際測量，憑借經(jīng)驗(yàn)直接填寫等等。

(3) 傳統(tǒng)的瓦斯巡檢系統(tǒng)中采用的便攜式瓦斯

檢測儀屏幕小、按鈕少，井下實(shí)際操作時人性化不夠；存儲數(shù)據(jù)項固定，涉及其他數(shù)據(jù)需求時，還需要在攜帶的瓦斯巡檢本上記錄，系統(tǒng)擴(kuò)展性及靈活性很低。

(4) 按照《煤礦安全規(guī)程》及國家2015年開始的新型監(jiān)控系統(tǒng)升級改造需求，瓦斯巡檢數(shù)據(jù)必須與監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對才會體現(xiàn)價值，且這個比對越及時，越可以把事故風(fēng)險扼殺在萌芽狀態(tài)，顯然，傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)是無法做到的。

為了解決上述問題，瓦斯巡檢系統(tǒng)至少還需要具備井下現(xiàn)場不同巡檢點(diǎn)數(shù)據(jù)可動態(tài)設(shè)定、現(xiàn)場即時數(shù)據(jù)上傳、現(xiàn)場防偽取證、現(xiàn)場就地數(shù)據(jù)分析及比對的功能。

本文設(shè)計的煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)由本質(zhì)安全型巡檢記錄儀、本質(zhì)安全型便攜式多參數(shù)瓦斯檢測儀、身份卡、地點(diǎn)卡、井下本質(zhì)安全型無線傳輸基站、地面瓦斯巡檢服務(wù)器等組成。系統(tǒng)通過巡檢記錄儀自動采集便攜式瓦斯檢測儀的數(shù)據(jù)，及時指引瓦斯巡檢員的行走路線及動態(tài)反映巡檢過的工作內(nèi)容，支持根據(jù)預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)項目錄入人工測量的數(shù)據(jù)。巡檢記錄儀支持對每個瓦斯巡檢點(diǎn)進(jìn)行拍照取證且實(shí)時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行就地比對，及時通過井下無線網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至地面瓦斯巡檢服務(wù)器，服務(wù)器可在井下瓦斯巡檢過程中根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)出預(yù)警，地面管理人員也可以通過PC端網(wǎng)頁即時查看瓦斯巡檢執(zhí)行的動態(tài)情況。系統(tǒng)工作示意如圖1所示。

圖1　煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)工作示意

2　系統(tǒng)主要模塊

煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)在計劃、執(zhí)行、取證、數(shù)據(jù)分析、異常處理、結(jié)果對比、瓦斯巡檢報表、通知提醒等每個瓦斯巡檢工作環(huán)節(jié)都建立了相應(yīng)的功能模塊[3]，如圖2所示。

圖2　煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)功能模塊

2.1瓦斯巡檢計劃

系統(tǒng)通過預(yù)置區(qū)域、路線、人員的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分析，計算出精確的瓦斯巡檢地點(diǎn)、時間及人員，并推導(dǎo)出未來一段時間內(nèi)的巡檢安排，簡化了瓦斯巡檢管理人員的瓦斯巡檢安排。

2.2瓦斯巡檢執(zhí)行

瓦斯巡檢執(zhí)行是整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的業(yè)務(wù)點(diǎn)，結(jié)合巡檢記錄儀及便攜式瓦斯檢測儀，采用不同于傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)的執(zhí)行流程，解決了傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)無法從根本上杜絕作弊行為的問題。瓦斯巡檢執(zhí)行流程如圖3所示。

圖3　現(xiàn)場瓦斯巡檢執(zhí)行流程

2.3異常取證

瓦斯巡檢員通過便攜式瓦斯檢測儀對工作面、局部通風(fēng)機(jī)、巷道情況、瓦斯巡檢數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)行拍照記錄，反映井下瓦斯異常情況，為瓦斯異常分析處理提供有效依據(jù)[4]。

2.4數(shù)據(jù)分析

系統(tǒng)對瓦斯巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，提取異常信息并發(fā)出報警，為用戶生成各項巡檢數(shù)據(jù)、人員出勤、瓦斯巡檢統(tǒng)計結(jié)果，減少人工分析的工作量，提高數(shù)據(jù)的精確度。

2.5異常處理

當(dāng)瓦斯超限時，便攜式瓦斯檢測儀立即發(fā)出報警，系統(tǒng)第一時間將報警信息分別傳給用戶PC客戶端、用戶手機(jī)(瓦斯巡檢通)，讓用戶及時了解報警信息，采取處理措施。

2.6結(jié)果對比

系統(tǒng)對瓦斯巡檢各項結(jié)果記錄進(jìn)行橫向、縱向?qū)Ρ?，生成分析曲線，提供給用戶分析處理。

2.7瓦斯巡檢報表

系統(tǒng)針對瓦斯巡檢數(shù)據(jù)、人員出勤等數(shù)據(jù)生成瓦斯巡檢班/日報表及人員出勤報表，并根據(jù)應(yīng)用部門需求定制相應(yīng)報表。

2.8通知提醒

系統(tǒng)除了將巡檢結(jié)果信息展示到PC端之外，還定制瓦斯巡檢Android手機(jī)客戶端，以便及時將瓦斯巡檢結(jié)果通過各種終端通知到用戶。

3　系統(tǒng)主要特性

(1) 分體式設(shè)計為用戶提供多種組合，有效搭配。巡檢記錄儀與便攜式瓦斯檢測儀分體設(shè)計，方便用戶測定巷道角落、頂部、點(diǎn)等不同位置的氣體數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)不同應(yīng)用需求搭配相應(yīng)的便攜式瓦斯檢測儀，減少器材費(fèi)用。

(2) 巡檢記錄儀為安卓智能系統(tǒng)，通過巡檢記錄儀對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行就地匯總及分析，直觀展示給用戶，提高工作效率[5]。

(3) 利用巡檢記錄儀的拍照功能完成防偽取證。瓦斯巡檢客戶端可針對每一巡檢點(diǎn)及檢查情況進(jìn)行拍照取證，實(shí)現(xiàn)瓦斯巡檢監(jiān)督，同時為異常分析提供有效證明。

(4) 通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速上傳。便攜式瓦斯檢測儀通過無線網(wǎng)絡(luò)將瓦斯巡檢數(shù)據(jù)及時上傳給服務(wù)器，無需等待瓦斯巡檢員上井傳輸。

(5) 實(shí)現(xiàn)瓦斯巡檢安排一鍵化。系統(tǒng)預(yù)置瓦斯巡檢安排，用戶無需每日對各個巡檢區(qū)域依次進(jìn)行人員排班，只需一鍵確認(rèn)就可自動進(jìn)行排班。

(6) 多維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。系統(tǒng)分別對瓦斯巡檢數(shù)據(jù)、人員出勤數(shù)據(jù)、瓦斯巡檢點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向(同類數(shù)據(jù))、縱向(歷史數(shù)據(jù))統(tǒng)計分析。

(7) 實(shí)現(xiàn)“一通三防”記錄的自動化管理。系統(tǒng)對采集的瓦斯、溫度、一氧化碳、硫化氫等數(shù)據(jù)自動進(jìn)行記錄、整合、處理，形成符合礦上安全工作要求的通風(fēng)瓦斯臺賬報表。

4　結(jié)語

針對傳統(tǒng)瓦斯巡檢系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計了煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)將巡檢記錄儀的數(shù)據(jù)處理、拍照取證、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)勢，便攜式多參數(shù)瓦斯檢測儀自動數(shù)據(jù)采集功能及井下無線傳輸網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合在一起，已在多個煤礦井下得到應(yīng)用，堵住了煤礦瓦斯巡檢工作中的漏洞，提高了煤礦瓦斯巡檢工作的效率。

參考文獻(xiàn)：

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文章編號：1671-251X(2016)08-0006-04

DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.2016.08.002

收稿日期：2016-04-08；修回日期：2016-06-14；責(zé)任編輯：徐瑛。

基金項目：中煤科工集團(tuán)常州研究院科研項目(14GY001-01)。

作者簡介：陳小林(1979-)，男，江蘇泰州人，工程師，現(xiàn)主要從事煤礦企業(yè)信息化產(chǎn)品研發(fā)工作，E-mail：cyoulin@163.com。

中圖分類號：TD712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A網(wǎng)絡(luò)出版時間：2016-08-03 09:57

Design of an intelligent seperated style gas inspection system for coal mine

CHEN Xiaolin1，2，SUN Jinyu3

(1.CCTEG Changzhou Research Institute, Changzhou 213015, China;2.Tiandi(Changzhou) Automation Co., Ltd., Changzhou 213015, China; 3.School of Computer Science and Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China)

Abstract：In view of problems existed in traditional gas inspection system , a new type of intelligent seperated style gas inspection system for coal mine was designed. The system is consisted of intrinsically safe inspection recorder, intrinsically safe portable multi parameter inspection instrument, site card, personal card and inspection server on the ground. The system completes collection of dynamic gas data, data comparison and data analysis on site by inspection recorder, then the processed data is sent to the inspection server on the ground through wireless network. The inspection server on the ground will output dynamic reports according to demands, and sends out early warning automatically.

Key words:gas inspection; recorder; gas inspection instrument; intrinsic safety; photo evidence; wireless transmission; early warning

陳小林，孫金鈺.煤礦智能分體式瓦斯巡檢系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化，2016,42(8)：6-9.