无线传感器网络在煤矿井下环境监测中的应用

无线传感器网络在煤矿井下环境监测中的应用

蔡泽宇

国家能源集团神东煤炭分公司石圪台煤矿 陕西 榆林719315

摘要：煤矿井下环境的条件，往往对于煤矿的生产以及安全带来直接的影响。为了保障当下进行安全、高效的煤矿开采，就要对煤矿环境开展持续性的检测与评估，这样才能够及时的发现一些潜在的安全隐患。在本文的分析中，主要阐述当下无线传感器网络在煤矿井下环境监测中的应用，充分的保障相关煤矿开采工作的安全性，避免出现严重的安全事故。

关键字：无线传感器网络；煤矿开采；环境监测

引言：采用的无线传感器网络技术，可以很好的对煤矿井下的环境，实现矿井瓦斯、粉尘、火灾以及顶板塌落方面的检测，这样就可以很好的在未来进行实际的检测过程中，提供一个良好的数据参考，同时也相应发挥出一个合理的检测效果，最大化的满足当今对于环境检测的需求，针对潜在安全隐患进行针对性处理。

1 研究背景

在近些年的社会发展中，人们生活生产对能源的需求量不断提升，使得近地表的煤层快速枯竭，因此为了在未来能够高效率的挖掘更深层的煤层，使得全世界都开展了对深层煤层挖掘工作的研究。但是，在进行实际的深层挖掘过程中，会受到通风不良，让开采环境当中出现大量湿热气体，同时加上有毒有害气体浓度的提升，使得矿井的作业环境越发恶劣。因此，在煤矿的生产过程中，就需要积极的对其开采技术进行创新发展，全面采用高水平的机械化处理方式，对其机械化的设备处理效果。在这样的持续性检测的方式下。对于复杂的地下深层煤层的开采工作，提供良好的安全保障[1]。在一些发达国家的煤层开采工作中，采用了在线监测系统，这对于煤矿井下的环境状态，可以实现实时性的追踪。因此，当前对于无线传感器网络的研究，逐渐成为了矿井未来技术发展的重要研究方向，利用科学合理的传感器节点设置方式，全面采集各种数据信息，为环境的未来火灾、爆炸以及冒顶等危害，进行及时的预警。

2 无线传感器网络在矿井环境检测的实际运用

对于埋深较大的煤层，就需要采用地下开采的方式。在当前世界范围的研究中，基本上会采用长壁采煤法与板柱采煤法这两种方式。首先在长臂采煤法的使用当中，往往采煤机要在长臂工作面进行处理。液压支架主要运用到支护长臂工作面上，并在工作面开采之后，会形成较大的采空区。在板柱的开采过程中。煤层切割往往形成了较长的通道，并在留下一系列的煤柱之后，对于其形成不同的工作面。

2.1 瓦斯气体检测

当下进行煤矿井下的瓦斯气体检测过程中，相比较正常的大气系统，往往含有着大量的杂质。其次，在矿井下面需要保持充足的氧气之后，才可以保障井下工作人员的生命安全。相关工作人员对其工作环境进行研究的过程中，基本上需要采用无线传感器的网络技术，对其井下瓦斯进行良好的检测以及分析。相关研究学者在设计中，针对系统当中的传感器，设置在采煤工作面上，以此实现瓦斯的气体检测[2]。同时，伴随着技术的发展，当下出现了更加节能化的设置方式。基于地理自适应的运行方式，实现逼真路由算法的计算方式，以此实现对传感器节点部署的实际运行轨道，并将其设置在一个合理的矿井巷道当中。在这样航道的划分放射性艾，实现了对矿井下的时空异常事件的检测以及评估。其次，结合实际参数分析的贝叶斯网络，实现对煤矿井下作业的传感器节点分析效果。

同时基于环境智能决策技术下的系统设计中，形成了交互式的自主实施检测系统，以此运用到检测煤矿井下的有毒气体，并保障旷工的安全，这样所建设出的无线传感器网络，极大提升了系统运行的稳定性。特别是在进行检测煤矿瓦斯的过程中，发挥出良好的运行机制，极大避免运行过程中的拥堵问题[3]。

2.2 湿度与温度的监测

在对两个温度与湿度的检测分析环节，是当下进行煤矿安全考量的重要指标参数。不同热源地下矿山环境恶化情况，会出现煤炭自燃以及其他碳质物质的出现。在进行工作人员的实际开采中，会受到这些环境因素的影响， 导致人体新陈代谢作用下，加速这些外界环境物质进入到人体当中，对工作人员带来负面的影响。

湿度则是空气当中的水分含量，基本上可以分为两种不同类型。其中相对湿度和绝对湿度的处理上，相对湿度被广泛的运用到测量矿井当中的水分含量，以此表示空气当中的含水率，对空气承湿能力起到关键的作用。因此，就可以在实际的检测过程中，通过光纤装置检测煤矿的温度变化，依次为相关管理工作带来良好的指导。

2.3 空气压力检测

在井下出现的气压变化上，对于空气以及矿井瓦斯的密度方面，会带来直接的影响。而在井下气压的下降过程中，也会导致瓦斯体积发生明显的膨胀，这样会在企业增加之后，对空气与的瓦斯带来明显的副作用。其次，在气压的下降之后，也会导致甲烷等一些有害气体，释放到矿井当中，进而出现火灾或者爆炸的问题。为了实现对这方面的检测与评估，就可以通过设置出井下通风网络的检测系统，对其内部的气流以及压力变化进行全面检测与评估。同时在该系统的运行中，还要利用传感器的处理方式，加强通风网络仿真软件的连接效果。

2.4 粉尘检测

煤矿开采作业的开展中，往往出现大量的粉尘污染。例如，在进行井下煤矿钻孔、切割、爆破以及装载等环节，都会出现大量的粉尘污染，一旦无法进行有效的预警与控制，就会对工作人员带来严重的身体健康的影响，例如长期的井下工作，很多工作人员会出现支气管炎、哮喘甚至肺部纤维化的问题，严重威胁到工作人员的生命。因此，就要在当下进行井下检测系统搭建中，通过对环境的呼吸粉尘检测系统的安装，保持实时的系统检测，以此始终控制粉尘在合理的范围当中。相关研究人员针对井下检测的特征和需求，提出了一种光学微制造传感器组成下的无线传感器网络。通过这样的粉尘处理方式，可以实现自动化传感器的信息采集和传输，因此实现了全天候的持续性检测与分析，帮助相关工作人员进行科学合理的井下工作。

2.5 矿井火灾监控

当下矿井的火灾问题，是煤矿开采工作面临着的重要灾害问题。这样的事故出现之后，不仅仅对工作人员带来严重的威胁，同时也会对煤矿生产带来巨大的经济损失。伴随着井下煤矿的燃烧，会出现大量有毒气体，并对地下环境带来较大的不利影响。煤矿井下火灾出现的原因比较多，例如明火、煤炭自燃、电钻削摩擦以及焊接等环节，都会带来明显的火灾隐患。当下进行预防的过程中，主要是通过对井下进行煤炭自然情况的持续性检测与评估，以此避免井下火灾事故的出现。在进行系统搭建中，通常是采用红外线传感器的的方式，加上对于系统进行针对性的分析以及判断。在进行检测数据的处理环节，不同公司所采用的参数指标并不相同，因此使得要在进行检测数据的分析环节，全面符合相关数据信息的自然数据信息检测需求，加上对其机构进行针对性的评估，这样便可以最大化的保障系统运行阶段，始终符合相关数据检测的内容和效果。通过这样系统的设计方式，还可以及时的将火灾控制在早期发展的阶段，让相关工作人员进行及时的处理，避免出现一定的火灾处理问题。这样系统的搭建环节，还要重视对红外线传感器位置的合理搭配，并保障自然过程中的全过程检测与评估。

总结：综上所述，在现阶段进行煤矿井下生产的过程中，为了保障相关工作人员的安全性，就要积极对其井下安装先进的系统，同时无线传感器网络得到良好的使用，进行全面的井下环境的信息采集以及检测，为相关工作人员提供一定参考。

参考文献：

[1]易月娥.基于博弈算法的无线传感器网络安全研究[J].长沙民政职业技术学院学报,2022,29(02):125-128.

[2]韩优佳. 基于信任的无线传感器网络安全分簇路由协议研究[D].长春工业大学,2022.

[3]张倩. 基于信任机制的无线传感器网络可靠传输路由协议研究[D].辽宁大学,2022.