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文献综述
一、前言
煤炭对于一个国家的工业发展十分重要，无论是重工业，还是轻工业。无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭，因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。是十八世纪以来人类世界使用的最主要能源之一。虽然煤炭的重要位置已逐渐被石油所代替，但在今后相当长的一段时间内，由于石油资源的日渐枯竭，必然走向衰败，而煤炭因为储量巨大，加之科学技术的飞速发展，煤炭汽化等新技术日趋成熟，并得到广泛应用，煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。
我国的煤炭资源十分丰富，开采煤炭、使用煤炭的历史悠久。改革开放以来，我国的煤炭工业有了很大的发展，在年煤炭产量达366亿吨，居世界首位[1]。然而我国煤炭生产面临诸多困难，比如大多人工开采、煤炭资源赋存条件差、自然灾害严重、机械化程度低、安全设施不完善、技术水平低、从业人员素质低、安全管理不到位，这是长期困扰我国煤矿生产的主要难题，是制约我国煤矿安全生产的主要障碍，也是我国煤矿行业存在的基本现状。与世界很多发达国家和一些发展中国家相比，我国煤炭安全生产状况还存在着较大的差距[2]。据国际劳工组织公布的数据，美国煤矿百万吨死亡率为0. 039人、南非为0. 13人、波兰为0. 26人，印度为0. 42人，而我国百万吨死亡率高达4. 17人,可见我国的煤炭开采还很不安全[3]。
因此，如何保证在矿井开采时的安全性和高效性成为我国经济可持续发展的重要因素。当前微电子技术、无线网络通信技术、嵌入式技术等飞速发展，不仅增强了系统的灵活性和可靠性，也为矿井的信息化管理也提供了技术保障。利用单片机将多个传感模块组合，并用无线实现信号的传输，保证了矿井信息的实时监测，有利于经济的发展。
- 主题
最初的煤矿安全监测手段为 19 世纪初发明的安全灯，它利用火焰的高度来测量瓦斯浓度，由于简单可靠的优点被一直沿用了 100 多年，从 1960 年开始，随着微型计算机技术、通信技术的发展，欧美发达国家先后开发出煤矿安全监测监控系统，以信息传输方式来划分的话，基本上每 10 年就有一代新产品出现，先后是采用空分制方式、采用频分制方式、随着集成电路技术出现采用的时分制方式、以分布式微处理机为基础、以光纤通信技术为基础总共五代产品[4]。
空分制作为第一代的信息传输方式被广泛应用。60年代的中期，英、日矿井中运输机的控制、固定设备的控制多采用了这种技术。直到 70 年代初，法国通过技术改进开发了可以测量瓦斯、风速、温度、一氧化炭等不同参数的监测系统，并且实现了可以同时有128个测量点。频分制是第二代监测监控系统的技术特征。由于大大减少了通信通道的电缆芯数而迅速的替代了空分制。名誉当时的 TF200 系统和西德的 TST 系统至今仍然有着它的影响。如果说，晶体管电路的出现推进了频分制的应用，那么时分制的应用则体现了集成电路带来的信息技术传输的发展。70 年代后期，由英国研制的 MINO 系统成为第三代时分制的代表，这套系统为全矿井监测系统，实现了洗煤厂、水电供应、井下环境、产品井下运输等方面的监测。随着大规模及超大规模集成电路技术的成熟，计算机技术和数据通信技术的发展，第四代监测系统已具备的现代技术雏形，逐渐向分布式、集成化、微处理的方向发展[5]。
我国在 20 世纪 70 年代开始采用多路载波传输技术和模拟显示进行矿井监测，用电话指挥生产，改革开放以后，开始引进波兰的 CMM 安全监测系统、英国的MINOS 系统、美国的 DAN 系统和德国的 TF-200 系统进行消化吸收，90 年代以后，陆续自主研发出了 KJ 系列监控系统，如今在我国各大中小型煤矿中得到了广泛应用，KJ 系列监控系统代表了当前国内外煤矿监控系统的主流技术。它的系统构成为井下主巷道采用工业以太环网，各掘进巷道采用 CAN/RS485 现场总线，各监控分站可监测矿井瓦斯浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、风速和各机械设备的开停状况等信息，井上部分采用 PC 机接收数据并与互联网相连实现煤矿远程管控一体化[6]。
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