引言

掘进作业作为煤矿生产的重要环节之一，其安全 生产尤为重要。无论是大型矿山机械化掘进设备的应

用场合，还是其他小型矿山采用机械化工作空间，新 设备的引入在提高生产效率的同时，也给安全生产带 来新隐患。维护矿山安全生产， 着力保障生产安全是

管理工作的重中之重。当前， 如何在新的形势下保障 和提高矿山安全生产，从技术层面规避传统手段的弊 端成为管理工作首要解决的关键问题。

1 概述

1.1 系统结构

综采工作面自动化集成监测系统包括 3 部分：顺  槽层、传输层及地面调度层。顺槽层主要包括采面各  主要设备节点的控制器、工作面系统集成主机（防爆）、 工作面液压支架电液控制主机（防爆）、本安型环网   交换机及防爆型 UPS 电源，其中工作面系统集成主机  负责工作面各设备数据的采集、显示、储存和监测，  液压支架电液控制主机负责对液压支架实施多功能、  高效率、自动化控制， 本安交换机实现井下主控计算  机与地面计算机联网通信功能，UPS 电源保证控制系  统稳定运行。传输层主要由矿用光缆、交换机等组成，  主要功能是平滑接入矿井环网并实现工作面与地面   的无缝连接。地面调度层包括 2 台服务器及打印机， 分别运行 iFIX 系统集成软件和基于 Linux 的电液控制  系统软件。实现工作面设备在地面调度室的显示、储  存和监测，并实现在矿局域网内的 Web 发布。

1.2 系统概述

线网通信智能监测系统，用于采集、显示并打印   线网各线路通信系统的故障告警以及设备状态信息，  并通过综合分析及移动化应用功能实现，辅助运维人   员有效处理故障、维护系统，优化资源管理，达到“集   中化运维、一体化管理、智能化分析、流程化控制” 的运维管理目标。通信专业各子系统将各自的告警信   息及主要设备状态 24 小时不间断的上传给各线路智   能监控系统，而线路智能监控系统同时把信息上传给   线网智能监控系统。系统由中心和现场移动应用两个   部分组成。中心服务器资源采用云平台方式部署。在   网管室安装告警箱设备，当发生告警时，系统可通过

告警箱进行声光告警及发送告警短信，同时系统支持 以大屏方式展现线网通信专业各子系统设备运维态 势。系统通过企业专线提供外网服务， 系统满足等保 安全相关应用要求，网络数据均采用加密方式传输。 移动应用安装在员工手机上，当完成终端授权及安全 认证后，可通过运营商网络或公司内部无线网络访问 线网智能监控系统服务，接收处理告警、查看线网站 点设备实时状态。

2 系统集成的工作面智能监测平台开发

2.1 工作面监测与预警需求

解决煤矿巷道掘进作业监测预警问题，可从监测、 预警两部分出发。实现工作面数据监控是首要解决的  问题，也是构建监测与预警系统的关键。结合具体的  掘进工作面作业的环节，需要从掘进、空顶作业环节  和皮带机堆煤等监测与安全预警的要求出发。首先围  绕掘进作业的掘进距离确定采用的是以人工为主的   测量方法。具体测量的准确度主要依靠操作者的经验  结合测量仪予以保证。而反观这一测量方式存在测量  精度低、测量实时性差等降低测量工作质量， 影响施  工进度的不足。为此有必要结合新技术、新手段的发  展方向，以成熟的技术为基础，面向矿山远距离测量  实施自动测量、智能测量和精准测量。以保证测量及  时、准确，保证矿山生产的安全。同时也降低矿山测  距操作人员的工作强度，提高监控人员对采掘工作面  生产工况的安全性把控。此外， 空顶作业的相关检测  和安全预警工作目前也主要依靠人工保证，而这种方  式往往有管理人员达不到指定岗位、员工安全意识不  强等原因导致监控不到位。通过开发相应的监测和预  警系统，以实现人员违反规定和进入空的屋顶面积可  以发现,安全报警形式不仅包括声光等多种报警形式， 同时也能够顺利地将警报信息通过网路迅速地传递   到地面监控界面。对于皮带机堆煤监测与安全预警，

传统的安全预警由于多采用接触式的传感器，容易发 生误报的现象。同时接触式的传感器也容易受到采掘 工作面复杂工况的影响。而采用基于视觉传感的方式 可以有效地解决这一问题。

2.2 系统硬件与软件设计

安装在煤矿煤堆顶部的摄像头实时采集图像，利  用视频图像特征对煤矿事故前后的煤堆进行处理，确  定是否存在堆煤。即在一定的时间内通过图像采集器  获取图像的变化，并分析最新采集到的帧图像与背景  图像的对比度和差异性，以准确判定输煤过程中的堆  煤事故的严重程度。随后， 系统数据处理软件发出警  报信号，控制井下现场的多种报警设备发出持续警报。 同时，系统将工况信息和警报记录推送到控制中心并  在后台形成煤炭报警记录。当人员违规进入破碎机区  域时，监测预警系统报警，这能解决现场人员违规操  作进入破碎机区域的问题。该模块主要包括井下无线  数据采集设备、中继信号收发设备、现场和监控中心  警报设备以及完成信息汇总与处理的后台算法等。

2.3 监测系统软件设计

在系统硬件设计的基础上，结合系统需求与总体 设计中关于智能检测与安全预警功能的要求，细化到 系统软件设计上。具体的， 系统软件需要具备工作现 场的图像、声、光等媒体形式的采集、预处理、处理 与采集信息的筛选与控制、存储于显示等功能。具体 地，在完成采掘工作面采集图形信息的基本参数设置 后，完成整个信息通路的连接。随后启动系统， 通过 采集程序与显示软件在监控界面窗口显示。而在系统 中的图像采集与显示一方面是为了能够及时、随时掌 握采掘工作面的实时工况，另一方面也是在工况显示 的同时安全预警系统能够通过采集设备和图形显示

设备读取生产设备状态参数，分析安全状态，及时有 效地反馈安全预警信息、界定安全级别， 捕获不安全 因素。

2.4 总体方案

采掘作业监测与事前预警平台在确保现场工况  传输及时性、准确性的同时，有必要从操作的便捷性、 系统集成性、数据处理的智能性等多个方面出发建立 指标点，实现高质量的系统构建。为此， 根据监控对  象特点并结合现有成熟智能监控预警技术的发展水 平设计系统，其主要由实时工况采集、数据推送处理、 数据存储显示、警报与警报处理、人机交互等环节构 成。

结语

本研究在该监测预警系统调试过程中分别进行 了超循环、空顶作业和煤炭输送堆煤现象的监测与预 警测试。试验表明， 该系统具备基本的监测和预警功 能。在性能方面， 该系统的误差小，多项监测数据误 差均在5%以内，达到了预期效果。

参考文献

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