KJ90NB監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在蔣莊煤礦中的應(yīng)用

趙 濱 陳 偉

（1.棗莊礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司 通防處，山東 棗莊 277519；2.棗莊礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司 蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）

1 引言

目前我國煤礦安全生產(chǎn)形勢十分嚴(yán)峻， 以2008年百萬噸死亡率（每生產(chǎn)一百萬噸煤死亡人數(shù)）為例：美國為0.028，印度為0.154，俄羅斯為0.19，南非為0.0798，波蘭為0.29，而我國為1.182。 為保障煤礦安全生產(chǎn)，通過研究國外監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并結(jié)合我國煤礦的實際情況， 國內(nèi)先后研制出KJ101、KJ4-2000、KJ95、KJ70、KJ31、KJ65、KJ66、KJ15、KJ80、KJ92、KJ2000 等著名監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)[1-2]。 國內(nèi)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均可用于環(huán)境安全監(jiān)測和生產(chǎn)工況監(jiān)測，不同的是系統(tǒng)的中心站、分站、軟件設(shè)計和傳感器類型不同[3-5]。其中，官地礦對KJ4 系統(tǒng)升級改造成能更好地處理數(shù)據(jù)、監(jiān)測井下生產(chǎn)工況地KJ66 系統(tǒng)[4]；重慶煤科院設(shè)計的KJ90 型煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)集環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)化管理、圖像監(jiān)視為一體，能掛接瓦斯抽放、火災(zāi)監(jiān)測等多種子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)新穎，配置靈活，工作可靠，具有很高的性能價格比[5]。

蔣莊煤礦建立了KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)采用以太網(wǎng)加現(xiàn)場CAN 總線多主體系結(jié)構(gòu)， 適合煤礦監(jiān)控環(huán)境特點，易于實現(xiàn)系統(tǒng)升級換代；支持多主通訊，通訊方式靈活，可靠性高；通訊速率快，實時性好，無中繼傳輸距離遠；嚴(yán)重故障自動脫離總線，避免影響其它節(jié)點；有標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議可用，易實現(xiàn)各設(shè)備接口的統(tǒng)一；集成和擴充節(jié)點方便，容易接入各種子系統(tǒng)。 特別是以太網(wǎng)加現(xiàn)場CAN 總線多主體系結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場應(yīng)用時已規(guī)劃為光纖冗余環(huán)網(wǎng)工作模式加分站星型布局， 徹底解決了傳輸距離短的問題，系統(tǒng)強壯性也得到了很大的提高。目前該系統(tǒng)運行安全、可靠，有效地提高了監(jiān)測監(jiān)控的數(shù)字化管理水平。

2 蔣莊煤礦概況

蔣莊煤礦地處山東省滕州市境內(nèi)，隸屬于棗莊礦業(yè)集團公司，是一座年生產(chǎn)能力為275 萬噸的現(xiàn)代化礦井。 煤礦現(xiàn)有4 個采區(qū)，-320 水平有北六采區(qū)、南七采區(qū)和南九采區(qū)，-430 有163采區(qū)。 北六采區(qū)距離下井口約500 米，南七采區(qū)距離下井口約2 500 米， 南九采區(qū)距離下井口約3 500 米，163 采區(qū)距離-430水平變電所約1500 米，-320 水平和-430 水平通過軌道暗斜井、皮帶暗斜井和回風(fēng)暗斜井連通；4 個采煤工作面、1 個備用面和9個掘進工作面，其中北六采區(qū)2 個掘進工作面，南七采區(qū)1 個采煤工作面、3 個掘進工作面，南九采區(qū)2 個采煤工作面、1 個備用工作面、2 個掘進工作面，163 采區(qū)1 個采煤工作面，-430 水平還有1 個開拓巷道和一個泄水巷。

蔣莊煤礦有機電峒室8 個，分別是中央變電所、大巷變電所、北一變電所、南七變電所、南九變電所、北八變電所、二水平變電所和163 變電所，這8 個機電峒室均設(shè)置在進風(fēng)巷道中，并有獨立的回風(fēng)通道。 此外，蔣莊煤礦地面有一座洗煤廠，有原煤倉和精煤倉各一個， 井下有5 個集中煤倉；-430 水平南翼皮帶巷兼做采區(qū)回風(fēng)巷； 礦井共有6 個設(shè)置在礦井和采區(qū)主要進回風(fēng)巷道中的主要風(fēng)門。 礦井采用混合式通風(fēng)系統(tǒng)，機械抽出式通風(fēng)方法，中央和南翼各有一個風(fēng)井。

3 KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

蔣莊煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心站、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機、通信光纖、安全監(jiān)測監(jiān)控分站、監(jiān)測監(jiān)控傳感器等組成。地面主機安裝于調(diào)度室內(nèi)，主服務(wù)器配雙機熱備功能。 地面以太環(huán)網(wǎng)交換機1 臺、井下以太環(huán)網(wǎng)交換機5 臺、安全監(jiān)測監(jiān)控分站45 臺、傳感器325 個，隔爆兼本質(zhì)安全型不間斷電源45 臺，信號避雷裝置1 對。 蔣莊煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖1 所示。

圖1 蔣莊煤礦KJ90NB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

3.2 系統(tǒng)主要設(shè)備

3.2.1 地面中心站

地面中心站的主要功能是集中、連續(xù)地對地面及井下各種環(huán)境參數(shù)、工況參數(shù)和監(jiān)測子系統(tǒng)的信息進行實時采集、分析處理、動態(tài)顯示、統(tǒng)計存儲、超限報警、斷電控制和統(tǒng)計報表的查詢、打印。

中心站配置IPC610 監(jiān)控主機2 臺，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器2 臺，軟件運行平臺為WIN98/2000/2003 環(huán)境， 通過Ethernet 以太局域網(wǎng)組成全網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境，協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 等。

3.2.2 監(jiān)測監(jiān)控分站

KJ90-F16 分站是系統(tǒng)的關(guān)鍵配套設(shè)備，主要實現(xiàn)對各類傳感器的數(shù)據(jù)采集、實時處理、存儲、顯示、控制以及與地面監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)傳感器監(jiān)測超限時，能自動發(fā)出聲光報警及斷電控制信號；當(dāng)與地面中心站失去聯(lián)絡(luò)時，可自動存儲一段時間數(shù)據(jù)。 KJ90-F16 分站具有紅外遙控初始化設(shè)置功能，可獨立使用，還能實現(xiàn)瓦斯斷電儀和瓦斯風(fēng)電閉鎖裝置的全部功能。

3.2.3 KDG3K 型井下遠程饋電斷電器

KDG3K 型井下遠程饋電斷電器主要由一路饋電及一路斷電部分組成，饋電部分直接接線至開關(guān)負荷側(cè)，采用光敏原理來監(jiān)測開關(guān)是否帶電，饋電信號真實可靠，防止井下假斷電。 斷電部分采用了軍工級高壓繼電器，觸電方式控制，性能可靠。 以下為KDG3K 型井下遠程饋電斷電器主要技術(shù)指標(biāo)：

饋電監(jiān)測電壓等級:660V AC、380V AC、220V AC；

斷電容量:36V/5A 或660V/0.5A；

斷電控制距離（分站到斷電器之間）：不小于2km。

3.2.4 井下傳感器類型及標(biāo)校周期

甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、壓差傳感器、物位傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)筒傳感器、開停傳感器、饋電斷電器、粉塵傳感器。 按照《AQ1029-2007 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》要求每周對傳感器進行標(biāo)校一次。

4 KJ90NB 系統(tǒng)在蔣莊煤礦中的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)功能特性

（1）系統(tǒng)實時采集存儲間隔為1s 的數(shù)據(jù)，并通過顯示器實時多屏多畫面顯示監(jiān)測監(jiān)控的情況。

（2）系統(tǒng)具有獨特的三級斷電功能，可進行傳感器就地斷電、分站程控斷電、中心站手控斷電和分站之間的交叉斷電。

（3）通訊方式采用多主并發(fā)通訊技術(shù)，徹底突破了低速總線下的技術(shù)瓶頸，反應(yīng)速度顯著提高；系統(tǒng)節(jié)點容量大大增加，突破了現(xiàn)有煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)所支持的節(jié)點容量的限制[6]。

（4）各安全監(jiān)測監(jiān)控分站至傳感器采用RS485 總線電纜連接，主信號電纜型號選用MHYVP1*4*7/0.52；所有監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳至地面監(jiān)控主機， 礦井調(diào)度中心可實時監(jiān)測井下各設(shè)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)情況。

（5）系統(tǒng)有較強的信息集成能力，支持COM/DCOM 組件、NETDDE、ActiveX 控件、OPC、VBA、ODBC、FTTP 等技術(shù)，無縫整合各子系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享和WEB 查詢。

（6）系統(tǒng)采用冗余環(huán)網(wǎng)和雙電源工作模式，某個節(jié)點和線路故障不影響整個平臺通訊，自恢復(fù)時間短。

（7）傳輸介質(zhì)支持光纖多模、單模、超五類雙絞線和普通雙絞線，滿足礦井巷道分支特點，結(jié)構(gòu)靈活。

（8）系統(tǒng)具有遠程診斷功能，用戶可隨時查看KJ90NB 系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

4.2 井下安全事故的預(yù)防和緊急處理

（1）保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行，硬件設(shè)備能準(zhǔn)確采集井下生產(chǎn)工況，傳感器或井下分站的安設(shè)位置要符合有關(guān)規(guī)定。

（2）建立遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)瓦斯短信報警系統(tǒng)，所有應(yīng)接收瓦斯超限短信人員的手機24 小時不得關(guān)機。 在收到異常狀態(tài)短信后通防科管理人員向通防值班室調(diào)度員詢問， 礦井其它人員向礦調(diào)度室調(diào)度員詢問，并按要求進行處理。

（3）每天安排1-2 名監(jiān)測工待命、處理突發(fā)故障，并且在通防值班室備齊處理故障所需的備品備件。 監(jiān)測工接到通知后必須在最短時間內(nèi)到達故障地點， 確認監(jiān)測監(jiān)控故障設(shè)備及影響范圍并通知監(jiān)控中心，盡快將處理故障完畢。

（4）定期對系統(tǒng)進行維護，排除系統(tǒng)故障。 定期對故障現(xiàn)象、處理情況、相關(guān)經(jīng)驗和教訓(xùn)進行總結(jié)。

5 結(jié)論

（1）KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在蔣莊煤礦應(yīng)用取得明顯效果，系統(tǒng)實時對井下生產(chǎn)和環(huán)境進行監(jiān)測并反饋到控制站， 有效預(yù)防了安全事故發(fā)生。

（2）KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)維護方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，能進行功能擴充，滿足礦上安全生產(chǎn)要求。

（3）KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)加現(xiàn)場CAN 總線多主體系結(jié)構(gòu)，適合蔣莊煤礦監(jiān)測監(jiān)控環(huán)境特點，支持多主通訊，通訊方式靈活，可靠性高。

[1] 劉淑琴. 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J].Information Development and Economy，2004，14（8）:309-310.

[2]曾宇航.我國煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)研究綜述[J].軟件導(dǎo)刊，2010（7）:140-142.

[3]王世兵.KJ66NA 安全監(jiān)控系統(tǒng)在葛泉礦的應(yīng)用[J].煤礦機械，2013，34（006）:191-192.

[4]楊樹軍，王常富.官地礦KJ4 安全生產(chǎn)監(jiān)測系統(tǒng)改造[J].煤礦安全，2002，33（12）:30-31.

[5]曾祥鴻，黃強.KJ90 型煤礦安全生產(chǎn)綜合監(jiān)控系統(tǒng)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2000，27（1）:18-20.

[6]范高賢，周波，殷慶平.光纖工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)在煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工礦自動化，2008（6）:108-110.