当前世界环境

介绍

矿业与化学品有关的过程有广泛的多样性。这些化学品的状况会造成爆炸等威胁，当这些化学品超出其耐受限度时，会造成人类健康问题。空气污染也是许多人过早死亡的主要原因。¹地下矿井中存在着不同的气体。地下矿山中经常存在大量的有毒危险化学品，对这些化学品进行控制是十分必要的。经常监测这些化学物质的不同性质是非常必要的。基站应了解这些气体在地下矿井中的分布情况，以便将来进行评估。全球矿业对提高地下安全以及保持整体运营效率的要求越来越高。²对于在地下矿山工作的人员来说，地下矿山内的化学物质可能造成的事故是一个非常严重的问题。地下矿山重大灾害造成矿山人员生命损失、机关永久性损坏、周围环境污染等严重伤害。对饮用水、空气、附近水田、公共财产损失等也有多次长期影响。矿山事故与伤害是复杂的，一般具有从人到技术、从技术到社会的多种因素。^3.从社会经济的角度来看，预防灾害是一个非常令人关切的问题。造成这些灾难的原因有人为失误、疏忽、安全系统失效、信息采集不可靠等。迫近灾害预警系统的预测应该是忠实的。早期检测开放环境中痕量有毒气体对于控制后续损害的任何成功尝试都是至关重要的。⁴一个不希望发生的事情可以引发一系列不受限制的事实，例如巨大的破坏，如火灾、屋顶倒塌和爆炸。易燃易爆有毒气体泄漏扩散事故已成为环境安全领域的一个严重问题。⁵分析，持续监测不同的气体混合物，混合物在工作区域的每个点的温度是避免任何类型的火灾灾害的基本要求。当一种气体存在于地下矿井的环境中，闪点低于周围温度时，它可能释放出足够数量的蒸气，与空气形成可燃混合物。能量以快速而不受控制的方式释放，最终导致爆炸。火灾也是潜在危险气体的来源．⁶为了监测温度、压力、振动、易燃、有毒气体浓度等不同参数，需要不同类型的传感器。需要一个有效的通信系统将有关上述参数大小的信息传输到基站。井下易燃、有毒气体的传感至关重要。有毒气体检测是家庭和工业环境共同关心的问题。⁷安全机械的目标是保持前瞻性

通过应用最新的先进技术，尽量降低对井下作业人员及周边环境的危害。无线传感器网络(WSN)是井下通信和数据传输的重要网络。无线传感器网络(WSNs)由于能够为各种新型服务管理实时态势信息，近年来变得越来越重要。⁸利用无线传感器网络，可以成功、胜任、准确地对相邻工作环境进行不间断监测。在无线传感器网络(WSN)中，各种微小的无线传感器节点或尘埃从周围区域收集数据，并将其发送到网关。⁹灾害管理系统需要测量井下不同有害气体的温度、浓度、流速等不同参数。准确的信息，准确的个人在准确的瞬间，是预防灾难的关键。一个可靠的井下通信网络，不仅有利于矿山的日常运营，而且有助于挽救许多生命。然而，由于矿山的特殊性，设计可靠、坚固的地下网络一直是一个挑战。¹⁰用于传输数据的Zigbee技术在这方面非常有用。ZigBee是一种被认为适用于无线传感器网络的通信标准。¹¹

无线传感器网络系统建模

井下有线通信系统存在效率低、经济性差、可靠性差等问题。由于任何时刻的意外顶板倒塌，整个网络的整个通信系统都有可能崩溃。有效的沟通对响应和救援行动的成功至关重要;然而，通信系统在高压力环境中的不可靠运行是实现这一目标的一个重大障碍。¹²为了提高井下矿井的安全、保护和生产力，必须在井下工作人员和控制室之间建立一致的通信系统。从井下作业人员的安全角度出发，无线通信系统是必不可少的。它具有快速、准确、灵活、可靠等特点。本文采用了无线传感器网络技术。

无线传感器网络研究的关键问题是平衡整个网络的能量消耗，增强鲁棒性，以延长整个传感器网络的生存时间。¹³无线传感器网络(WSNs)具有一些主要特点;监测物理和环境条件的能力;以及提供高效、可靠通信的能力。

无线传感器网络(WSNs)通常是低数据速率、低延迟的，自组织是任意间隔的节点集合。无线传感器网络由被称为传感器节点的小型设备组成，这些设备配有传感器，可以监测压力、温度、湿度、运动、速度等物理和环境条件。¹⁴无线传感器网络利用大量的无线传感器节点从其所感知的地形中收集信息。¹⁵基于ANSYS分析了井下不同传感器的布置。针对不同的威胁会有不同的警报声音。例如，如果甲烷气体超过它的容忍水平，就会有一个哔哔声。防止可燃气体积聚引起的爆炸和有毒气体积聚及/或泄漏引起的中毒是当前最重要的实际问题之一。¹⁶

该系统利用多种传感器和无线传感器网络对地下环境进行实时连续监测。完整方案的框图如图1所示。无线传感器网络原型由尘埃数量生成，如图2所示。

图1:总体框图 对于拟议的系统 点击这里查看图

图2:原型 无线传感器网络 点击这里查看图

基于ANSYS的实验结果

在ANSYS软件上建立虚拟地下矿山模型:长=1000m宽=10m高=10m面积=10000sqm中间两根矿柱。

色条根据不同颜色的波长表示压力、密度、速度的强度，即遵循振动gyor。紫色的光强最低，红色的光强最高。另一种颜色在它们之间。

结果

讨论

图3a、图3b、图3c、图3d显示了基于ANSYS的不同空气质量分析参数。如图所示为某地下矿山正常情况下的速度、密度和压力梯度。在监测过程中，任何时候出现上述波动，表示周围环境异常。

图3(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图3 (b):正常空气密度分析 点击这里查看图

图3(c):正常空气压力分析 点击这里查看图

图3 (d):正常空气速度分析 点击这里查看图

结果

图4a - ANSYS分析的迭代图4b -正态一氧化碳气体密度分析图4c -正态一氧化碳气体压力分析图4d -正态一氧化碳气体速度分析

图4(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图4 (b):密度的分析 普通的一氧化碳气体 点击这里查看图

图4(c):压力分析 普通的一氧化碳气体 点击这里查看图

图4(d):速度分析 普通的一氧化碳气体 点击这里查看图

讨论

图4a、图4b、图4c、图4d分别显示了不同的一氧化碳气体参数。在ANSYS分析的基础上，将检测一氧化碳气体浓度的传感器安装在一氧化碳气体浓度概率高的位置。我们还可以将这种有毒气体的不同参数，如压力、速度等信息传递给井下人员。

结果

图5a - ANSYS分析中的迭代图5b -正二氧化碳气体密度分析图5c -正二氧化碳气体压力分析图5d -正二氧化碳气体速度分析图5a - ANSYS分析中的迭代图5b -正二氧化碳气体密度分析

图5(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图5 (b):密度分析 正常的二氧化碳气体 点击这里查看图

图5(c):压力分析 正常的二氧化碳气体 点击这里查看图

图5 (d):速度分析 正常的二氧化碳气体 点击这里查看图

讨论

二氧化碳气体的不同参数如图5a、图5b、图5c、图5d所示。在ANSYS分析的基础上，将二氧化碳浓度传感器安装在二氧化碳浓度概率高的位置。我们还可以将这种有毒气体的不同参数，如压力、速度等信息传递给井下人员。

结果

图6a - ANSYS分析过程中的迭代图6b -硫化氢正常气体密度分析图6c -硫化氢正常气体压力分析图6d -硫化氢正常气体速度分析

图6(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图6 (b):密度分析 正常硫化氢的含量气体 点击这里查看图

图6(c):压力分析 正常的硫化氢气体 点击这里查看图

图6(d):速度分析 正常的硫化氢气体 点击这里查看图

讨论

图6a、图6b、图6c、图6d分别显示了硫化氢气体的不同参数。在ANSYS分析的基础上，将硫化氢气体浓度传感器安装在硫化氢气体浓度概率高的位置。我们还可以将这种有毒气体的不同参数，如压力、速度等信息传递给井下人员。

结果

图7a - ANSYS分析过程中的迭代图7b -正常甲烷气体密度分析图7c -正常甲烷气体压力分析图7d -正常甲烷气体速度分析

图7(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图7(b):密度分析 正常甲烷气体 点击这里查看图

图7(c):压力分析 正常甲烷气体 点击这里查看图

图7(d):速度分析 正常甲烷气体 点击这里查看图

讨论

图7a、图7b、图7c、图7d分别显示了不同的甲烷气体参数。在ANSYS分析的基础上，将瓦斯浓度传感器安装在瓦斯浓度概率高的位置。我们还可以将这种有毒气体的不同参数，如压力、速度等信息传递给井下人员。

结果

图8a - ANSYS分析过程中的迭代图8b -正常甲烷气体密度分析图8c -正常甲烷气体压力分析图8d -正常甲烷气体速度分析

图8(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图8(b):密度分析 正常甲烷气体 点击这里查看图

图8(c):压力分析 正常甲烷气体 点击这里查看图

图8(d):速度分析 正常甲烷气体 点击这里查看图

讨论

图8a、图8b、图8c、图8d是二氧化硫气体的不同参数。在ANSYS分析的基础上，将检测二氧化硫气体浓度的传感器安装在二氧化硫气体浓度概率高的位置。我们还可以将这种有毒气体的不同参数，如压力、速度等信息传递给井下人员。

总计 讨论 基于ANSYS的实验结果

对不同气体类型的全面讨论，有助于建立基于无线传感器网络的矿井井下监测系统。不同传感器的放置不是随机的。利用ANSYS软件对不同气体的不同有用参数进行分析，确定不同传感器的位置。提出的基于Zigbee的系统是经济有效的，节能的。该传感器、Zigbee组合模块可较好地安装在井下工作人员的头盔上。在地下环境中工作的人员与控制室的地面工作人员之间可以进行适当的监测和事实交流，有助于迅速、整洁地进一步采取适当的措施。通过ZigBee无线图像传输设备，可以方便地扩展总体方案;它将开发井下环境的可扩展性，有助于井下人员的准确定位。

承认

这项工作得到了印度丹巴德印度矿业学院2011年教师研究计划的财政支持。

参考文献

1. 基于移动传感器的空气污染监测与跟踪系统及其数据挖掘分析。国际高级计算机研究杂志。December2012; 2(6):南港。
2. Chehri A, Fortier P, Tardif PM，编辑。使用无线传感器网络的安全监控。通信网络与服务研究，2007 CNSR '07第五届学术年会;2007年5月14-17日
3. C张良，M李强，S玉峰，编辑。地下矿山安全管理的行为方法。信息技术，计算机工程与管理科学(ICM)， 2011国际会议;2011年9月24-25日。
4. 平托RRaNJ。基于导电聚合物纳米线的电纺丝快速响应气体传感器。IEEE传感器杂志。951(6): 2008; 3。
5. Yingsong H，晶晶J, Dan L，编辑。复杂密封空间中气体泄漏和扩散的三维模拟。智能计算技术与自动化，2011国际学术会议;2011年3月28-29日。
6. Ghosh SK, Chakraborty S, Jamthe A, Agrawal DP，编辑。通过无线身体区域传感器网络对消防员进行全面监控。无线与光通信网络(WOCN)， 2013第十届国际会议;2013年7月26-28日
7. Mandayo GG, Castano E, Gracia FJ。基于氧化锡新型掺杂方法制备的一氧化碳探测器。传感器杂志,IEEE。2002; 2(4): 322 - 8。doi: 10.1109 / jsen.2002.804360。
8. JinSung B, Boungju J, Junyoung N, Youngil K, Sehyun P.基于ZigBee通信的智能家居服务智能自调节传感器。消费电子，IEEE汇刊。58 2012;(3): 794 - 802。doi: 10.1109 / tce.2012.6311320。
9. Kodali RK,编辑器。一种事件跟踪节能WSN的实验分析。计算、通信和信息学进展(ICACCI)， 2013国际会议;2013年8月22-25日
10. Farjow, Daoud M, Fernando XN，编辑。先进的井下随需通风诊断系统。Sarnoff Symposium, 2011第34届IEEE;2011年5月3-4日。
11. 彭明轩，田嘉鸿，邓玉芝。ZigBee无线网络中的孤儿问题。移动计算，IEEE Transactions on。2009; 8(11): 1573 - 84。doi: 10.1109 / tmc.2009.60。
12. 高应力环境下的安全保证和救援通信系统:一个采矿案例研究。通讯杂志,IEEE。2010年,48(4):66 - 73。doi: 10.1109 / mcom.2010.5439078。
13. 张X,编辑器。基于无标度网络理论的无线传感器网络模型设计。无线通信、网络与移动计算，2009 wiom '09第五届国际会议;2009年9月24-26日。
14. Marriwala N, Rathee P，编辑。一种提高无线传感器网络生命周期的方法。信息和通信技术(WICT)， 2012世界大会;2012年10月30日2012年11月2 2012年。
15. 蔡志俊，谢志强，刘fcm。一种基于时延感知的无线传感器网络数据采集网络结构。传感器杂志,IEEE。2011; 11(3): 699 - 710。doi: 10.1109 / jsen.2010.2063020。
16. Cordos E, Ferenczi L, Cadar S, Costiug S, Pitl G, Chintoanu M，编辑。用于爆炸危险区域的便携式多气体毒性计。自动化，质量与测试，机器人，2006 IEEE国际会议;2006年5月25-28日。