1、基于物联网的露天矿安全生产监测平台设计唐匡仁(新疆金宝矿业有限责任公司 新疆 富蕴 8 3 6 1 0 0)作者简介唐匡仁(1 9 7 1年),籍贯:江西新余,工程师。从事工作类型:采矿工程、矿山管理。摘 要 为了提高矿山企业安全生产过程中监测结果的准确度,引进物联网技术,结合安全生产监测工作的必要性,对监测平台展开深化设计研究。绘制监测平台硬件结构,选择G XHT 3 0、D F N 82 1+型号温湿度传感器、F E 1.1 SS S O P 2 8T e r m i n u sU S B 2.0HU B主控I C高速4端口集线器,作为检测平台当中的主要硬件。连接硬件设备,在确保物联网在生
2、产车间全覆盖的前提下,获取生产数据,通过对数据的集中处理与分析,由平台进行生产过程中的预警,以此种方式完成对监测平台的开发。通过对比实验证明,提出的监测平台应用到露天矿生产当中,可以实现对生产现场的高精度监测,为矿山生产提供安全保障。关键词 物联网;露天矿;安全生产;监测平台 引言尽管我国矿山行业在市场经济建设中起到的主导作用十分显著,但近年来由于矿山安全生产监测不到位导致的安全事故数量仍居高不下。根据我国矿山行业在市场发展中的反馈数据可知,近三年露天矿安全生产事故正逐年呈现一种递增趋势,而出现此方面问题的主要原因是矿山工程施工方与生产方无法及时地掌握或了解矿区生产现状,也无法做到对矿山生产线
3、数据的实时获取。而大部分生产事故都存在周期性与规律性特点,并不是随机或突然发生的1。在生产时,安全事故会发生一个由“量”到“质”的变化,只有掌握了前端生产的这一变化规律,做好对风险的识别与监测,才能做到对安全事故防患于未然。为了进一步落实好此项工作,国家安全生产总局在相关会议中提出了对露天矿安全生产监测的约束机制,并明确了在生产过程中可能存在的危险源与重点监测点,通过对终端监测设备的优化,提升监测结果的可靠性与真实性。随着国家对此工作重视力度的提升,越来越多的矿山工作单位参与到了此工作中。但早期研究成果大多缺少现代技术支撑,导致开发的监测平台实用性较差。因此,本文在研究中,引进物联网技术,结合
4、安全生产监测工作的必要性,对监测平台展开深化设计研究。1.露天矿安全生产监测的必要性相比美国、德国、法国等国家,我国在线上监控技术研究方面,起步相对较晚,尽管我国在1 9 8 0年后已经引进了由西方国家研发的高水准监控系统,但由于引进费用过于昂贵,西方技术应用在我国安全生产监测中适配性较差,导致我国在露天矿安全生产监测方面的研究成果导出量较低2。考虑到矿山生产过程存在一定危险性,倘若不及时采取有效措施进行安全监测,会诱发生产过程中的安全事故。因此,有必要重视起监测工作,在对生产过程中加强行为的规范。以矿山工程中的煤矿生产为例,此类矿体在生产与处理中会产生大量的瓦斯气体,生产车间中气体浓度超出预
5、设标准后会出现爆炸等方面的风险,而矿山生产工作只要继续实施,就势必会产生危险性气体3。在此过程中,通过人工检测气体浓度得到监测结果的方式,属于间断性行为,而建立监控平台对安全生产过程进行监控属于连续性行为4。此外,对生产车间进行安全监控,还可以通过对不同测点信息的获取,掌握生产的进度与生产行为的规范性,从而为矿山一线工作者与矿山企业内部有关业务部门的工作人员提供动态化的信息,确保在发现安全事故前,及时采取有效措施进行事故规避。2.露天矿安全生产监测平台设计2.1硬件设计为了确保开发的监测平台在实际应用中可以满足需求,在开展相关研究前,需要进行平台硬件结构的设计。根据矿山企业露天矿安全生产需求,
6、在平台支持终端布置工作站、智能监控终端与服务站的位置,并在不同站点进行硬件设备的规划与布设5。下述将对安全生产监控平台的硬件结构进行描述,如下图1所示。在图1所示的监测平台硬件结构的基础上,首先,针对用于实现智能监控的传感器进行选型设计。在对矿用现场情况进行监控时,主要监控数据为环境数据,因此选用对现场温度和湿度进行数据采集的G XHT 3 0D F N 82 1+型号温湿度传感器作为本文检测平台当中的智能传感器。该型号温湿度传感器的RH精度为3%;工作电源电流为1 5 0n A;工作过程中电源电压最大和最小值分别为3.6V和2.1V;最大温度和最小温度分别为:+1 2 5和-4 0。将该型号
7、温湿度传感器应用到矿用现场,并将其与C AN总线进行连接,将采集到的环境数据通过有线081DOI:10.16631/15-1331/p.2022.06.061图1 监测平台硬件结构方式传输到上位机上,并通过物联网实现远程监控数据的传输6。其次,在完成对智能传感器的选型后,由于在矿用现场包含大量的运行设备,以及用于对各个设备进行数据传输总线结构,因此为了实现对监控数据的智能传输,针对其集线器进行选型设计。选用F E 1.1 SS S O P 2 8T e r m i n u sU S B 2.0HU B主控I C高速4端口集线器,该型号集线器在实际应用过程中具备良好的品质,且性能和功耗上的表现效
8、果均明显优于其他相同功能的集线器。在使用过程中,该型号集线器与无线传输装置共同构成智能传输模块,实现对监测平台上各类监控数据和控制指令的传输7。依靠这一传输模块可进一步提高监测平台的运行效率。除此之外,其他硬件结构可在原有监测平台的基础上进行优化调整,由于篇幅有限本文不进行过多论述。2.2软件设计完成平台硬件设计后,在矿山生产单位内布设局域网,确保物联网在生产车间全覆盖后,连接覆盖区域内的所有硬件设备,确保平台在运行过程中,不同硬件设备之间保持良好交互与通信。在物联网的连接终端布置N个传感器信息采集节点,对接网关与L i n u x串口通信,执行监控端的信息获取8。为了确保监控信息在平台内传输
9、的高效性与稳定性,在每个物联网通信端口继承一个调用函数,监控信息在通过串口进行传输时,生产事件将通过分析层进行安全行为的处理与判断。完成基于物联网对智能监控终端安全生产信息的获取后,生产线中的实时监控数据、业务处理数据、生产管理数据将通过采集端口与中间件传输到数据库中。数据库中集成了智能决策算法,决策端按照1.0次/s的频率,进行监控点信息的调度,此时不同监控点将在获取信息后进行监控动态图像的自动生成(数据保存的有效时长为2 4.0 h)9。一旦监控端出现生产信息超出预警界限后,平台智能预警终端将自动告警,并根据平台终端不同用户的权限与职责,进行逐层预警。通过此种方式,实现对露天矿安全生产的实
10、时监测与预警,实现对监测平台软件功能的完善。3.实验分析3.1实验准备根据本文上述内容,在明确监测平台软件设计和硬件设计两部分内容后,为确保该监测平台的合理应用以及对其应用效果进行评价,按照本文上述设计思路完成对该监测平台的研发,并将研发后的监测平台与传统基于大数据的监测平台应用到相同的露天矿安全生产作业环境当中,针对其各个被监测对象进行监测,同时对两种平台的运行效果进行对比分析。为了方便对实验结果进行分析,本文选择将两种监测平台对矿山生产现场环境中的C O气体浓度进行监测,通过两种平台上均具备的C O传感节点,将其作为测试用例完成对平台应用效果的测试。3.2实验结果与分析启动两个监测平台,并
11、在C O传感节点上按照每5 s一次数 据记录的采 集 间 隔,完 成 对 现 场C O浓度的监测,并将平台上接收到的数据进行记录,对比相同时间下,监测平台、传统监测平台和实际现场测定 结 果 的 数 据,并 将 实 验 结 果 绘 制 成 表1所示。表1两种监测平台运行结果对比表平台运行时间基于物联网平台的监测结果基于大数据平台的监测结果实际现场数据0 83 01 88 6.2 5%5 5.2 3%8 5.2 7%0 83 31 81 8.2 6%3 2.2 6%1 9.0 4%0 83 61 88 2.2 4%5 1.2 68 1.6 4%0 83 91 84 2.1 5%4 4.1 5%4
12、 1.2 6%0 84 21 87 1.2 3%5 1.2 3%7 0.2 4%从表1中得到的实验数据可知,在该矿山生产环境现场,C O的浓度变化幅度十分明显,在3 m i n时间内的浓度差能够达到6 0%以上,若无法实现对现场C O浓度的及时监测,则对于矿山安全生产而言会造成严重威胁。结合两种监测平台在实际运行过程中的效果以及表1中的数据可以看出,本文提出的基于物联网的监测平台在运行过程中对矿山生产现场C O的浓度监 测结果与实 际现场数据相 差不超过1.5%,而传统基于大数据技术的监测平台得出的监测结果与实际数据相差最大超过2 0%,在实际生产过程中无法实现对现场情况的准确、及时监测,监测
13、结果无法为露天矿安全生产提供依据。上述实验数据可以明显地看出:本文提出的监测平台应用到露天矿生产当中可以实现对生产现场的高精度监测,为矿山生产提供安全保障。181 资源综合4.结束语物联网技术的广泛使用,在一定程度上实现了国家对采矿行业的发展与建设指示了方向。在此过程中,物联网以其在应用中具有的低能耗、信息传输高效等优势,在矿产领域内占据了较高的地位。为了进一步提高矿山行业在市场中的地位,保证其生产过程的安全性,本文结合物联网的应用,从硬件与软件两个方面,对露天矿安全生产监测平台展开设计研究,并在完成设计后,通过实验证明了此平台具有较强的实用性,可满足矿山安全生产监控需要。参考文献1曹镇海,马
14、明娟.关键机泵在线监测智能预警系统在煤化工安全生产中的应用 J.化学工 程 与装 备,2 0 2 1(0 4):1 9 9-2 0 0+2 1 5.2疏礼春.基于大数据的云边一体化煤矿安全生产风险监测预警平台J.煤矿安全,2 0 2 1,5 2(0 5):1 4 4-1 4 8.3安义.我国煤矿安全生产风险动态监测预警系统建设关键点的研究J.中国石油和化工标准与质量,2 0 2 0,4 0(1 8):7 0-7 1.4孙克正,孙良晓,许靖,等.基于物联网技术的电力安全生产监测及预警的研究J.电子世界,2 0 1 9(1 0):1 8 6-1 8 7.5吴迪,黎家作.浅谈生产建设项目水土保持监测
15、外业调查安全生产风险分类分级与防控对策J.治淮,2 0 1 9(1 1):4 1-4 2.6高凌洁,张少凤.无人机遥感技术在采煤地面塌陷监测中的应用J.微型电脑应用,2 0 1 9,3 5(7):3.7毛敏.基于A r d u i n o和L a b v i e w的远程智能农业监测系统J.微型电脑应用,2 0 1 9,3 5(6):4.8李阳,朱伯涛,胡志亮,等.物联网技术在电力智能监控系统中 的 应 用 探 究 J.微 型 电 脑 应 用,2 0 2 0,3 6(1 1):4.9贾佳,肖军.基于多源信息簇融的煤矿瓦斯监测系统的研究J.微型电脑应用,2 0 1 9,0 3 5(0 0 4):
16、3 0-3 1,3 7.(上接1 7 0页)化物包裹金占6 7.3 8%、脉石包裹金占5.1 7%,少量粒间金及裂隙金分别占1 7.3 1%和8.7 2%,金矿物嵌存关系综合测定结果见表3-3。表3-3金矿物嵌存关系综合测定结果赋存状态相对含量(%)合计(%)包裹金脉石中5.1 7硫化物中6 7.3 8氧化物中1.4 27 3.9 7粒间金脉石粒间8.0 1黄铁矿与脉石粒间1.3 2黄铁矿粒间4.5 5毒砂粒间1.2 9辉锑矿与脉石粒间1.9 3闪锌矿与脉石粒间0.2 11 7.3 1裂隙金硫化物裂隙6.3 5脉石裂隙2.3 78.7 21 0 0.0 04.结论通过对甘肃省合作早子沟金矿矿石样品进行的精细工艺矿物学研究,我们得到以下结论:(1)矿石中金属矿物占相对含量的5.5 9%,其中,金属硫化物占5.0 2%,金属氧化物占0.5 7%(其中褐铁矿占0.4 1%),矿石氧化率为7.5 5%。脉石矿物占相对含量 的9 4.4 1%,以 石 英 为 主,占 相 对 含 量 的3 5.3 8%,次为斜长石、透长石等占2 3.4 8%,方解石、铁白云石等占1 5.4 1%。经化学分析,平均