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,其可以更好地保证煤矿生产的安全性,降低各类安全事故发生率。
关键词:无线传感器网络;煤矿;安全监测;应用
随着无线传感网络技术逐渐成熟,被应用到各行各业,为行业的发展提供了巨大的支持力。煤矿作为我国传统的能源发展行业,工作环境具有较明显的特殊性,整体的生产环境复杂多变,安全隐患众多,因此通过无线传感网络技术建立起更为全面稳定的网络监测系统,为煤矿的安全运行提供更准确可靠的监测信息,是我国煤矿今后发展的关键环节。
1无线传感器网络的概述
在无线传感器网络中,融合了多种技术,不仅有微电子技术,还有嵌入计算技术、现代网络技术,以及无线通信技术等,利用该技术不仅可以实时监测各种数据信息,还可以将问题及时处理,然后将信息通过无线形式发送出去,最终呈现给观察者,被观察者所运用。无线传感器网络不仅网络规模较大,可以容纳大量数据,网络传输也很可靠,基本不会出现数据差错。将无线传感器网络应用到煤矿安全生产中,不仅可以获得良好的经济效益,还可以获得社会效益。因此,有必要研究无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用。
2无线传感器网络的体系结构
一般来讲,网络包括有中心网络和无中心网络两类。传统意义上的网络体系是带有中心的网络,是指从已有的网络出发,进而构建结构化的传感器网络。这种类型的网络需要事先配置好网络节点,然后进行节点安装,形成蜂窝网络,网络节点可以通过有线或者无线的方式进行连接。这些网络节点可以配置成为通讯子网,只要是在蜂窝覆盖的范围内,就可以放入数据采集节点进行信号采集并将采集到的数据传输到相对应的数据分析节点,数据经分析、处理后传输到相应的网关节点。这种类型的网络结构缺点较为明显,即需要事先确定好网络节点的位置以形成蜂窝。而且这种网络类型最大的问题就是如果一个网络节点失效,那么蜂窝范围内所有的网络节点都有可能与网络中心失去联系,成为孤立的节点。
无中心的网络结构则很好地弥补了这方面的缺点。在无中心的网络结构中,所有网络节点的作用相同,以非结构化的传感器网络运行,既进行数据的采集,又对采集到的信号进行处理、转移。这种非结构化的网络较结构化的传感器网络来说,部署相对简单,也不需要提前设置节点,不存在单节点故障,可以做到节点的任意放置。但是其结构实现起来较为复杂,需要考虑的方面有很多,如自组织与自配置问题等。
3无线传感器网络在煤矿安全监测中的优势
3.1抗电磁干扰与煤壁吸收要求好
在煤矿井下,特别是工作面上会有大量的机械设备用于挖掘等工作,这些设备往往都具备较大功率,且停顿与启动频发,从而导致工作面电磁环境相对负载,但是无线传感器网络有着较强的抗干扰能力。由于其能量较低,因此通过该技术所形成的通信系统有着更高的可靠性,但是在实际操作过程中,相关人员还是应该选择电磁干扰较小且的煤壁吸收较少的工作频段进行操作,并根据实际情况综合考虑信道编码技术该如何选择。
3.2网络重建能力强
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地保持无线传感器网络的重建能力,就需要合理地设置自组织算法,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。
3.3功耗小且成本低
由于在井下环境监测中起到网络节点作用的无线传感器,会随着开采工作的进行逐步转变监测对象,会长期监测煤矿采空区,因此通常情况下是不能被回收再利用的。相对于井下传统的无线传输方式来说,无线传感器网络不需要那么大的发射功率,并且更传感器电池也较为简单,其功耗更少、安装及日常维护成本更低。
4无线传感器网络在煤矿安全监测系统上的有效应用
4.1主控系统
主控系统是无线传感器网络在煤矿安全监测系统应用的一项重点内容,主要是从环境监测模块、生产监测系统等方面,针对这几点内容,展开了分析和阐述。
①环境监测。环境监测主要是针对煤矿生产环境中存在的主要有害气体,进行实时监测,分析其中可能存在的安全隐患,并且做好相应的处理措施,降低安全事故的产生。其实,在煤矿生产环境监测的过程中,甲烷作为主要的有害气体,其浓度也相对较高,很容受到温度、气压和风速等方面的影响,导致安全事故的产生。然而,无线传感器网络在该方面应用的时候,可以根据煤矿生产环境进行分析,对温度、风速和气压等方面,作出相应的调节,这样可以有效提升环境的安全性,降低安全事故是的产生。
②生产监测系统。煤矿生产相对较为复杂,存在的安全隐患也是非常多的。因此,无线传感器网络在应用的时候,主要是针对煤矿生产的各个环节的各项参数进行监测,例如:煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等方面,并且生产设备参数进行实时监控,根据参数的情况,作出相应的解决,以此保证煤矿生产的安全性,避免安全事故的产生,实现良好的经济效益。
4.2智能控制系统
经过不断的研发和完善,无线传感器网络已经在煤矿的监测系统中实现了有效的应用,当前无线传感器网络可以对煤矿生产环境中的各项参数进行自动化监测,及时地分析各项参数中存在的异常,确定煤矿生产环境的安全性。同时,无线传感器网络在监测系统中还能够实现有效的自动控制功能,在判断危险的前提下可以自主地切断控制电源,为及时控制危险因素提供了有效地保障。此外,无线传感器网络在监测系统中还能够实现有效地收集和保存数据,为进一步的安全工作开展提供数据支撑,也为煤矿各项工作的统计和分析提供定量化依据。
无线传感网络在煤矿安全监测应用的时候,可以在一定程度上加强了煤矿生产的安全性,降低安全事故产生的概率。同时,通过利用技术形式,可以及时分析出煤矿生产中所产生的安全隐患,并且将各项数据进行分析和存储,这样不仅可以及时地进行处理,也为后续安全管理工作的展开,提供了基础性的保证。另外,无线传感网络在煤矿安全监测中的应用,可以有效保证煤矿生产的顺利展开,提升煤矿生产的效率,实现良好的经济效益。
结语
综上所述,不难看出无线传感器网络在煤矿安全监测中的重要作用。随着技术的不断更新,无线传感器网络也向着智能化、高效化、微型化与自动化方向发展,在我国有着较大发展空间。
参考文献:
[1]朱珠.煤矿安全监控中无线传感器网络的技术应用[J].信息系统工程,2015(2):15-16.
[2]朱军.无线传感器网络在煤矿井下的应用[J].煤炭技术,2014(1):127-128.
[3]李益鸣.无线传感器网络在煤矿安全监测中的应用[J].工程技术研究,2019,4(16):140-141.
[4]陈佐锐.煤矿安全监控中无线传感器网络的技术运用[J].环球市场信息导报,2017(22):135-135.