摘要：煤炭是我国最重要的能源，由于煤矿生产过程中的安全风险增多，矿井开采规模不断缩小，煤炭资源不断消耗，需要重视井下环境监测与智能预警系统设计，提升矿井安全生产水平。物联网技术作为一种新兴的信息技术，具有实时性、智能性和网络互联性等特点，能够实现对煤矿井下环境的全面感知与智能控制。本文旨在探讨基于物联网技术的煤矿井下环境监测与智能预警系统的设计与实现。

关键词：物联网技术；煤矿；井下环境监测；智能预警；系统设计

中图分类号：TD76文献标识码：B

引言

煤矿安全监测与预警系统的设计与优化是保障煤矿生产安全的关键。基于物联网技术的煤矿井下环境监测与智能预警系统设计，对现场监测数据收集、整理、分析与应用，并及时掌握矿井生产情况，提高了煤矿安全生产科学化决策能力，提升了煤矿整体安全生产水平。

1煤矿网络安全监测系统工作原理

煤矿安全监控系统在煤矿生产中起到监控的作用，也是现代化煤矿井下作业的一种安全管理手段，其作用是对煤矿内的环境参数进行采集，包括ＣＯ、温度、烟雾、瓦斯等，还会采集矿井内生产、运输、排水等各个环节的机电设备状态，通过监测，利用计算机对获取的监测数据进行分析，并展开规范化管理。煤矿安全监测系统，主要是利用传感器对煤矿生产相关信息进行采集。利用网络系统，可以获取瓦斯浓度、二氧化碳浓度等信息，将其传输至监控中心；通过应用程序对获取的信息数据加以判断与分析后，评估煤矿安全生产情况，若是超出安全值范围，就会输出对应的报警信息，甚至停止煤矿生产工作，同时对工作人员进行提示，让其快速转移至安全区域。若是瓦斯浓度超出正常标准，就将多个风机加以启动，并把控制阀门开启，这样做的目的是将气体排到外部[1]。

2煤矿安全监控系统面临的主要问题

随着煤矿开采条件的改变，现有的井下安全监控系统已经不能满足煤矿安全生产的需要，主要体现在监控数据单一、控制功能较弱以及系统维护困难等。煤矿安全监控系统需要依赖高精度传感技术。煤矿工作环境特殊，传感器需要能够准确监测和检测多种有害气体浓度、温度和湿度等参数，并实时反馈数据。目前，传感技术尚未达到足够高的精度和准确性要求，无法满足对煤矿工作环境中复杂因素的精确监控要求。煤矿安全监控系统需要可靠的通信技术支持。煤矿工作面通常位于地下较深地方，存在矿井封闭环境，无线通信稳定性和可靠性成为制约因素。传统无线通信技术存在信号受干扰和传输延迟大等问题，无法满足实时监控和数据传输需求。目前，寻找适用于煤矿环境的稳定通信解决方案是一个具有挑战性的任务。

3基于物联网技术的煤矿井下环境监测与智能预警系统设计

3.1传感器网络设计

传感器网络是系统的感知层，负责实时采集煤矿井下环境数据。安全监控系统采用的传感器全部为本质安全型设备，传感器主要用于对井下环境参数进行采集，其性能好坏直接关系着安全监控系统可靠性。对于传感器输出接口，通过升级可以确保其最低标准处于RS485／CAN，在CRC加密校验技术的应用中，有效解决了信号干扰的问题。针对传感器输入端，在TVS管端口防护技术、滤波技术、屏蔽技术的应用下，快速解决电磁干扰问题，有效避免其对传感器产生不良影响，从而提升其抗电磁干扰的性能，在井下作业中，传感器可以保持稳定运行。数字化通信接口的设置，丰富了传感器的功能，可以分级报警，遇到故障问题能够及时诊断，并且，对于传感器电路元件，通过优化升级，可以实现功能增加，有效进行电压、故障、噪声检测。

3.2协同控制功能

为了适应现代化煤矿安全开采的需要，对现有的井下监控系统进行升级改造，增加其功能是十分有必要的。不仅要实现通风系统的运行监控，还要对其他子系统实现运行监控。例如，在现代化矿井，需要使用很多的电气设备，这些电气设备的安全性直接关系到生产的安全性。在这些电气设备上增加相应的传感器，采集关键的状态参数，以实现对设备的运行监控。在进入到深部后，含水层的水压增加，一旦发生透水事故，则会引起严重的后果。通过在各个排水沟内安放流量传感器，实时采集水量变化情况。一旦发生水量异常，则可以立即发出警报，从而保证生产的安全性[2]。

3.3数据传输网络设计

数据传输网络是系统的传输层，负责将传感器采集的数据传输至地面监控中心。煤矿安全监控系统总线型分站的总线功能总共有7路，有4路的功能是对传感器数据进行采集。无线信号转换器作为其中非常重要的一个元件，能够与煤矿井内总线传感器线缆相连接，有效结合煤矿井下的有线、无线传输网络技术，从而可以对线路进行灵活配置。对于区域协同控制器，载体为嵌入式处理系统，系统利用有线、无线采集各种数据信息，然后依据煤矿井下的环境进行分析，判断井下环境的安全程度，还能够为突发事故的处理提供可靠的参数，从而实现事前控制，避免影响范围扩大化[3]。

3.4数据处理与分析方法

数据处理与分析是煤矿安全监测系统设计与优化的核心，直接影响对煤矿安全状态的判断和预警。应引入数据挖掘技术，从大量的监测数据中挖掘出规律和信息，为煤矿安全状态评估提供科学依据。随着数据量的增加，煤矿安全监测系统需要具备强大的大数据处理和分析能力。建议开发适应大数据处理的算法和工具，以有效地处理和分析海量的监测数据，提取有价值的信息和趋势，为决策提供支持。例如，可以利用聚类分析识别煤矿不同区域的安全风险特征，通过分类算法，对异常情况进行分类和预测等。统计分析是评估煤矿安全状态的重要手段之一。通过对监测数据进行统计与分析，可以得到煤矿安全状态的一般特征和趋势。同时，也可以建立数学模型，通过对监测数据的建模与预测，提前发现可能存在的安全隐患[4]。

3.5报警与预警功能设计

为了实现更全面的煤矿安全监测，建议加强煤矿安全监测系统与煤矿其他安全监测系统的集成。数据共享和信息交流技术的应用，能够实现更全面、准确的安全监测和预警，提高对煤矿供电系统的整体监控和管理水平。报警与预警是煤矿安全监测目的，通过实时分析监测数据，及时发现异常情况并采取措施，保障煤矿安全。合理设计报警机制是保证煤矿安全监测系统及时性的关键。通过设置合适的报警阈值，当监测数据超出安全范围时，系统能够及时发出报警信号，提醒采取措施，避免事故发生。预警模型是对监测数据进行综合分析的重要手段。通过建立基于历史数据和实时监测数据的预警模型，系统能够提前识别潜在的安全隐患，并给出预警信号，使相关人员能够及时采取预防措施，保障煤矿安全生产[5]。

结束语

在煤矿安全生产中，煤矿安全监控系统的应用发挥着至关重要的作用，在重特大事故上，发挥着控制、预警的作用，保障煤矿的安全生产。通过实时采集、传输和处理煤矿井下环境数据，系统能够及时发现潜在的安全隐患并触发预警机制，为矿工的安全生产和企业的可持续发展提供有力保障。

参考文献：

［1］陈飞．煤矿掘进工作面安全监测与预警技术研究［J］．内蒙古煤炭经济，2022（01）：93－95．

［2］郑学召，童鑫，郭军，等．煤矿智能监测与预警技术研究现状与发展趋势［J］．工矿自动化，2020，46（06）：35－40．

［3］毛开江．煤矿安全监测监控数据联网采集系统的研究与设计［J］．中国煤炭，2019，45（11）：49－52．

［4］王慧．基于数据挖掘的煤矿安全预警系统设计［J］．科技资讯，2019，17（21）：16－17

［5］张凯，张延，吴丽.煤矿供电远程监测监控系统设计及应用［J］.煤矿机械，2012，33（10）：171-173