当前世界环境

介绍

矿山工业有着广泛多样的与化学品相关的工序。当这些化学品超过其耐受限度时，它们的状态会造成爆炸等威胁，对人类健康造成问题。空气污染也是许多人过早死亡的主要原因。¹在地下矿井中存在着不同的气体。地下矿山中存在着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内的分布情况，以便将来进行评估。全球采矿业在提高井下安全性的同时，也要保持整体运行效率的提高，这一要求越来越高。²对于在井下作业的人员来说，井下化学品事故的发生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、器官永久性损伤、周围环境污染等严重伤害。它还对饮用水、空气、附近水田、公共财产损失等产生了多次长期影响。矿井事故和伤害是复杂的，一般具有从个人到技术、从技术到社会等多方面的特点。^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。这些灾难背后的原因有人为失误、疏忽、安全系统故障、信息收集不可靠等。对即将到来的灾难警报系统的预测应该是可靠的。在开放环境中及早发现微量有毒气体对于成功控制随后的损害至关重要。⁴不希望发生的事情会引发一系列无法控制的事实，例如火灾、屋顶倒塌和爆炸等巨大破坏。易燃易爆有毒气体泄漏扩散事故已成为环境与安全领域的一个严重问题。⁵分析、持续监测不同气体混合物，在工作区域的每个点的混合物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山环境中，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。能量以不受控制的方式快速释放，最终导致爆炸。火灾也是潜在有害气体的来源．⁶为了监测不同的参数，如温度、压力、振动、易燃和有毒气体的浓度，需要不同类型的传感器。需要有效的通信系统将有关上述参数的大小的信息传输到基站。探测地下矿井中的易燃和有毒气体至关重要。有毒气体检测是家庭和工业环境中共同关心的问题。⁷安全机制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和侧面井下环境的危害。无线传感器网络(WSN)在井下通信即数据传输中起着重要的作用。近年来，无线传感器网络(WSNs)由于能够管理各种新型服务的实时态势信息而变得越来越重要。⁸通过使用无线传感器网络，可以对相邻工作环境进行成功、有效、精确的不间断监控。在无线传感器网络(WSN's)中，各种微小的无线传感器节点或mote从周围区域收集数据，并将其转发给网关。⁹灾害管理系统需要测量井下不同有害气体的温度、浓度、流速等参数。准确的信息在准确的时间传递给准确的人是防止灾难发生的关键。一个可靠的井下通信网络不仅有利于矿井的日常作业，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、稳健的地下网络一直是一个难题。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

地下矿井内部有线通信系统的有效性、高效性、经济性和可靠性不高。由于顶板的突然垮塌随时可能导致整个网络的通信系统垮塌。有效的沟通对应对和救援行动的成功至关重要;然而，在高压环境下，通信系统的不可靠运行是实现这一目标的重要障碍。¹²为了提高地下矿山的安全性、防护性和生产效率，必须在地下矿山现场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考虑，无线通信系统是必不可少的。快速、准确、灵活、可靠。无线传感器网络技术应用于我们的工作中。

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和增强鲁棒性，以延长整个传感器网络的生存时间。¹³无线传感器网络(WSNs)具有几个主要特点;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(wsn)通常具有低数据速率、低延迟和自组织的特点。无线传感器网络由称为传感器节点的小型设备组成，这些设备配备了传感器来监测物理和环境条件，如压力、温度、湿度、运动、速度等。¹⁴无线传感器网络利用大量无线传感器节点从其感知地形收集信息。¹⁵在ANSYS分析的基础上，确定了不同传感器在地下矿井内的布置方式。不同的威胁会有不同的警报声音。例如，如果甲烷气体超过其容忍水平，就会发出哔哔声。防止可燃性气体积聚引起的爆炸和有毒气体积聚和泄漏引起的中毒是一个重要的实际问题。¹⁶

该系统采用多种传感器和无线传感器网络对井下环境进行实时连续监测。完整方案的框图如图1所示。如图2所示，按个数创建的无线传感器网络原型。

图1:总体框图 对于提议的系统 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，规格如下:长=1000m宽=10m高=10m面积=10000sqm中间设两根矿柱。

颜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VIBGYOR。紫色的亮度最低，红色的亮度最高。其他颜色代码位于它们之间。

结果

讨论

图3a、图3b、图3c、图3d为基于ANSYS的空气质量分析的不同参数。上图为某地下矿山正常工况下的流速、密度和压力梯度。在监测过程中，上述任何时间的波动都表明周围环境异常。

图3(a): ANSYS分析过程中的迭代 点击这里查看图

图3 (b):正常空气的密度分析 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):正常空气的速度分析 点击这里查看图

结果

图4a - ANSYS分析迭代图4b -普通氧化碳气体密度分析图4c -普通氧化碳气体压力分析图4d -普通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为不同参数的一氧化碳气体。基于ANSYS的这些分析，寻找一氧化碳气体浓度的传感器应该安装在一氧化碳气体浓度概率高的位置。我们还可以将有毒气体的不同参数，如压力、流速等信息传递给井下工作人员。

结果

图5a - ANSYS分析过程中的迭代图5b -正常氧化碳气体密度分析图5c -正常氧化碳气体压力分析图5d -正常氧化碳气体速度分析图5a - ANSYS分析过程中的迭代图5b -正常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

图5a、图5b、图5c、图5d为不同参数的二氧化碳气体。基于ANSYS的这些分析，检测氧化二碳气体浓度的传感器应该安装在氧化二碳气体浓度出现概率较高的位置。我们还可以将有毒气体的不同参数，如压力、流速等信息传递给井下工作人员。

结果

图6a - ANSYS分析迭代图6b -正常硫化氢气体密度分析图6c -正常硫化氢气体压力分析图6d -正常硫化氢气体速度分析

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 正常的硫化氢气体 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为硫化氢气体的不同参数。基于ANSYS的这些分析，寻找硫化氢气体浓度的传感器应该安装在硫化氢气体浓度概率较高的位置。我们还可以将有毒气体的不同参数，如压力、流速等信息传递给井下工作人员。

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 -正常甲烷气体流速分析

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 正常甲烷气体浓度 点击这里查看图

图7(c):压力分析 正常甲烷气体浓度 点击这里查看图

图7(d):速度分析 正常甲烷气体浓度 点击这里查看图

讨论

图7a、图7b、图7c、图7d为甲烷气体的不同参数。基于ANSYS的这些分析，检测甲烷气体浓度的传感器应该安装在甲烷气体浓度概率较高的位置。我们还可以将有毒气体的不同参数，如压力、流速等信息传递给井下工作人员。

结果

图8a - ANSYS分析迭代图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 -正常甲烷气体流速分析

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 正常甲烷气体浓度 点击这里查看图

图8(c):压力分析 正常甲烷气体浓度 点击这里查看图

图8(d):速度分析 正常甲烷气体浓度 点击这里查看图

讨论

图8a、图8b、图8c、图8d为二氧化硫气体的不同参数。基于ANSYS的这些分析，检测二氧化硫气体浓度的传感器应该安装在二氧化硫气体浓度出现概率较高的位置。我们还可以将有毒气体的不同参数，如压力、流速等信息传递给井下工作人员。

总计 讨论 基于ANSYS的实验结果

对不同气体的综合讨论有助于建立基于无线传感器网络的井下矿井系统。不同传感器的位置不是随机的。通过ANSYS分析不同气体的不同有用参数，确定不同传感器的位置。所提出的基于Zigbee的系统具有成本效益、省电等优点。该传感器、Zigbee组合模块可优选安装在井下作业人员的头盔上方。在地下环境中工作的人员和坐在控制室的地面人员之间可以进行适当的监测和事实交流，有助于迅速、整齐地采取适当的措施。此外，整个方案可以在未来通过ZigBee无线图像传输设施轻松扩展;它将开发井下环境的可扩展性，帮助我们准确定位井下人员的位置。

鸣谢

这项工作得到了印度矿业学院2011年教师研究计划的财政支持。

参考文献

1. 张建军，张建军。基于移动传感器的空气污染监测与跟踪系统研究。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。利用无线传感器网络进行安全监控。通信网络与服务研究，2007 CNSR '07第五届年会;2007年5月14-17日。
3. 张良C，李强M，余峰S，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国际学术会议;2011年9月24-25日。
4. 平托RRaNJ。电纺丝制备基于导电聚合物纳米线的快速响应气体传感器。Ieee传感器杂志。951(6): 2008; 3。
5. H应松，J晶晶，L丹，编辑。复杂密闭空间中气体泄漏扩散的三维模拟。智能计算技术与自动化(ICICTA)， 2011国际学术会议;2011年3月28日至29日。
6. Ghosh SK, Chakraborty S, Jamthe A, Agrawal DP，编辑。无线身体区域传感器网络对消防员的全面监控。无线与光通信网络(WOCN)， 2013第十届国际会议;2013年7月26日至28日。
7. 曼达约GG，卡斯塔诺E，格雷西亚FJ。基于氧化锡掺杂新方法制备的一氧化碳探测器。传感器学报，IEEE。2002; 2(4): 322 - 8。doi: 10.1109 / jsen.2002.804360。
8. 李金松，李俊荣，李俊荣，李世贤。一种基于ZigBee通信的智能家居服务自调节传感器。消费电子，IEEE汇刊。58 2012;(3): 794 - 802。doi: 10.1109 / tce.2012.6311320。
9. Kodali RK编辑。事件跟踪节能无线传感器网络的实验分析。计算、通信和信息学进展(ICACCI)， 2013年国际学术会议;2013年8月22-25日。
10. 法乔W，达乌德M，费尔南多XN，编辑。先进的地下矿井随需通风诊断系统。2011年第34届IEEE学术研讨会;2011年5月3日至4日。
11. 潘孟轩，田家鸿，王玉芝。ZigBee无线网络中的孤儿问题。移动计算，IEEE汇刊。2009; 8(11): 1573 - 84。doi: 10.1109 / tmc.2009.60。
12. 李建军，李建军，李建军，等。基于多目标系统的安全保障与救援通信系统研究。通讯杂志，IEEE。2010年,48(4):66 - 73。doi: 10.1109 / mcom.2010.5439078。
13. 张欣，编辑。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年第5届国际学术会议;2009年9月24-26日。
14. mariwala N, Rathee P，编辑。一种提高无线传感器网络寿命的方法。2012年信息和通信技术(ict)世界大会;2012年10月30日- 11月2 2012年。
15. 陈志俊，谢志强，刘福明。一种无线传感器网络的延迟感知数据采集网络结构。传感器学报，IEEE。2011; 11(3): 699 - 710。doi: 10.1109 / jsen.2010.2063020。
16. Cordos E, Ferenczi L, Cadar S, costig S, Pitl G, Chintoanu M，编辑。有爆炸危险地区用便携式多气体毒物计。自动化，质量与测试，机器人，2006年IEEE国际会议;2006年5月25-28日。