張琦

（黑龍江龍煤雙鴨山礦業(yè)有限責(zé)任公司科技研究開(kāi)發(fā)中心，黑龍江 雙鴨山155100）

煤礦能源作為基礎(chǔ)能源，為社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)提供了極大的動(dòng)力。但在人類(lèi)的過(guò)度開(kāi)發(fā)下，煤礦資源儲(chǔ)量不容樂(lè)觀。這意味著煤礦資源的開(kāi)采難度增大，通常需要進(jìn)行井下作業(yè)。與地面環(huán)境相比，井下環(huán)境更加復(fù)雜，具有較高的危險(xiǎn)系數(shù)。對(duì)煤礦環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)是很有必要，有利于確保采礦環(huán)境的安全性。能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)不安全因素，并采取有效的措施予以解決。在安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)作下，煤礦意外事故發(fā)生的概率得到有效控制。近年來(lái)，信息技術(shù)發(fā)展取得了突破性進(jìn)展，在技術(shù)的支持下，安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十分智能化。將其引用到煤礦開(kāi)采行業(yè)中，能夠保障采礦作業(yè)的安全有序，避免很多不必要的麻煩。在煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，值得注意的事項(xiàng)有很多。

1 煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

我國(guó)煤礦開(kāi)采工作已經(jīng)進(jìn)行了多年，易于開(kāi)采的煤礦數(shù)量不斷減少。但社會(huì)生產(chǎn)建設(shè)對(duì)煤礦能源的需求量卻在逐年增長(zhǎng)，煤礦開(kāi)采工作面臨著更高的要求。目前常見(jiàn)的煤礦礦井類(lèi)型，主要是濃度極高的瓦斯礦井。這種礦井的危險(xiǎn)系數(shù)較高，一旦發(fā)生安全事故，將造成重大的人員傷亡。同時(shí)，新建礦井的數(shù)量又在不斷增多，使得礦井的地質(zhì)情況十分復(fù)雜，礦井地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得不到有效保障。煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能，就是幫助工作人員掌握礦井情況。在礦井中安裝大量的環(huán)境傳感器，一旦礦井環(huán)境出現(xiàn)異常，能夠及時(shí)地檢測(cè)到，系統(tǒng)會(huì)向工作人員發(fā)送安全預(yù)警，給工作人員足夠的撤離時(shí)間，避免造成采礦人員的傷亡。雖然信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到比較先進(jìn)的程度，但在煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮到煤礦環(huán)境的特點(diǎn)，確保系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠滿足煤礦行業(yè)的需求。

本文是煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，主要內(nèi)容包括系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)是基于B/S 架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的，對(duì)系統(tǒng)的服務(wù)處又進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后對(duì)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行的設(shè)計(jì)提供了注意事項(xiàng)。

2 煤礦環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

首先，在泵房監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)階段，需要意識(shí)到該模塊的功能以及原理。該模塊的設(shè)計(jì)目的在于，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井原有的泵房系統(tǒng)改良和優(yōu)化。與原有的泵房系統(tǒng)相比，新系統(tǒng)需要具有更多的優(yōu)勢(shì)和功能。在信息化時(shí)代下，系統(tǒng)自動(dòng)化水平尤其重要。新系統(tǒng)主要由多個(gè)控制柜以及報(bào)警裝置和通信系統(tǒng)構(gòu)成，智能化程度較高，不需要人工操控，而是會(huì)結(jié)合礦井的實(shí)際情況，進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)行和維護(hù)。這無(wú)疑節(jié)省了人力資源，而且出現(xiàn)誤差的概率較小。經(jīng)過(guò)改造的泵房系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能更加強(qiáng)大，強(qiáng)化了與中央監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的聯(lián)系。因?yàn)橹醒氡O(jiān)測(cè)系統(tǒng)也作出了一些調(diào)整和改進(jìn)，采用的是當(dāng)前十分先進(jìn)的PLC 編程控制，能夠?qū)δM量以及數(shù)字量進(jìn)行精準(zhǔn)的控制，把控其輸入和輸出情況。

其次，介紹電網(wǎng)監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)。該模塊主要由三部分構(gòu)成，分別是電力監(jiān)控站、電力監(jiān)測(cè)核心層以及防爆交換裝置。各部分都發(fā)揮著不可或缺的作用，同時(shí)又緊密聯(lián)系協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)測(cè)模塊的正常運(yùn)行。如電力監(jiān)測(cè)層中含有智能化的通信接口，能夠?qū)γ旱V環(huán)境信息進(jìn)行全面的采集，同時(shí)將采集到的數(shù)據(jù)傳送到其他模塊。并通過(guò)通信接口，向其他的模塊發(fā)布指令。而電力監(jiān)控站的主要功能，則是負(fù)責(zé)聯(lián)系井下開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置。當(dāng)煤礦環(huán)境異常時(shí)，由電力監(jiān)測(cè)層下發(fā)命令，而電力監(jiān)控站則向開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置發(fā)出閉合的命令。防爆交換裝置則是溝通電力監(jiān)控站網(wǎng)絡(luò)和地面數(shù)據(jù)中心的樞紐，實(shí)現(xiàn)井下和地面人員的聯(lián)系，幫助地面人員及時(shí)掌握井下的情況。

最后，瓦斯監(jiān)控模塊，該模塊的設(shè)計(jì)需要應(yīng)用到科技性較強(qiáng)的技術(shù)。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)中包含了多個(gè)軟硬件，軟件和硬件協(xié)調(diào)配合，能夠確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)作，提高了煤礦環(huán)境的安全系數(shù)。瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理比較復(fù)雜，首先是瓦斯傳感器收集信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)單片機(jī)的處理，形成數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)井下分站，并借助光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降孛婵刂浦行摹５孛婵刂浦行呐c煤管局安全中心緊密聯(lián)系，在接到井下信號(hào)后，第一時(shí)間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的方式，發(fā)送到煤管局安全中心，等待上級(jí)做出指示。如果發(fā)現(xiàn)瓦斯情況出現(xiàn)異常，煤管局安全中心會(huì)做出全面詳細(xì)的應(yīng)對(duì)方案，并將應(yīng)急措施原路返送到井下系統(tǒng)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)時(shí)代下，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)共享能力，以及智能系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的處理功能，在煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，也會(huì)產(chǎn)生海量的信息數(shù)據(jù)，同時(shí)涉及到對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分類(lèi)和傳輸。因此，數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的重要性也不言而喻。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)需要充分考慮到與其他系統(tǒng)的聯(lián)系，以其他功能模塊的需求為依據(jù)，確保數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)符合要求。首先要對(duì)處理對(duì)象進(jìn)行深入的分析調(diào)查，以此來(lái)確定新的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)該具備的功能和特點(diǎn)。采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，確保數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。通常來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要針對(duì)三個(gè)部分，即數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象、數(shù)據(jù)庫(kù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行模式。而后臺(tái)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)更是尤其重要，其管理用戶的權(quán)限，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列操作，例如數(shù)據(jù)修改、清除以及檢索等，以滿足操作人員的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要嚴(yán)格遵循的設(shè)計(jì)原則是，優(yōu)先保障數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性，并不斷提高數(shù)據(jù)庫(kù)處理數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確度。

2.3 服務(wù)層設(shè)計(jì)

煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用WSSF 工具建立服務(wù)器，服務(wù)器為煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交換提供服務(wù)接口。整個(gè)服務(wù)體系可以分為服務(wù)接口層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層等三個(gè)層次。

2.4 安全性設(shè)計(jì)

煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常通信依賴(lài)得網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為T(mén)CP/IP。由于TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議存在一定風(fēng)險(xiǎn)，煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所面臨的安全威脅來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，所以煤礦礦井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能存在的大致為以下六個(gè)方面，我們應(yīng)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

物理層的安全威脅，由于物理安全防護(hù)措施的不足，導(dǎo)致系統(tǒng)異常，影響網(wǎng)絡(luò)性能及使用。可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)資源的損毀，影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可用性，造成嚴(yán)重的安全隱患。

網(wǎng)絡(luò)層的安全威脅，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)的，在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中，面臨著來(lái)自網(wǎng)絡(luò)上的竊聽(tīng)、篡改等安全威脅。

操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全威脅，許多操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)均存在安全漏洞，對(duì)付這類(lèi)的安全威脅最好采用安全的操作系統(tǒng)和安全數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，有必要采取其它手段加強(qiáng)這方面的安全性能，如系統(tǒng)漏洞檢測(cè)、打補(bǔ)丁、升級(jí)等。

應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)的安全威脅，應(yīng)用業(yè)務(wù)服務(wù)的安全依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò)及操作系統(tǒng)的安全。由于應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)雜性，沒(méi)有特定的安全技術(shù)能夠完全徹底的解決應(yīng)用系統(tǒng)的安全問(wèn)題。

應(yīng)用系統(tǒng)的安全威脅，應(yīng)用系統(tǒng)的安全與系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)關(guān)系密切。應(yīng)用系統(tǒng)可采用加密技術(shù)。如果系統(tǒng)設(shè)置錯(cuò)誤，很容易造成損失。

系統(tǒng)安全管理上的漏洞威脅，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)雖然采用了很先進(jìn)和嚴(yán)密的安全技術(shù)措施，如果安全管理人員沒(méi)有責(zé)任心疏忽管理，都可能給系統(tǒng)帶來(lái)安全隱患，因此需要系統(tǒng)安全管理員要有極強(qiáng)的責(zé)任心加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)安全管理。

綜上所述，煤礦開(kāi)采能夠創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展日新月異，對(duì)煤礦能源的需求量逐年攀升。但與此同時(shí)，煤礦儲(chǔ)量情況不容樂(lè)觀，煤礦開(kāi)采難度逐日增大。目前煤礦開(kāi)采主要是以井下作業(yè)的方式進(jìn)行，礦井環(huán)境難以把控，尤其是礦井類(lèi)型多為高濃度瓦斯礦井，危險(xiǎn)性很大。因此，在礦井中安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)迫在眉睫，是保障采礦工作順利開(kāi)展的基礎(chǔ)。在進(jìn)行煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要積極應(yīng)用先進(jìn)前沿的技術(shù)，提高系統(tǒng)的智能化水平和信息化程度。同時(shí)，還要充分考慮煤礦環(huán)境的特點(diǎn)，以系統(tǒng)功能要求為設(shè)計(jì)依據(jù)，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，能夠快速檢測(cè)到安全隱患，并發(fā)布預(yù)警信號(hào)，避免意外事故造成損失。相信在環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的支持下，我國(guó)煤礦開(kāi)采工作能夠順利開(kāi)展，煤礦行業(yè)得以健康發(fā)展。