KJ90NB監測監控系統在蔣莊煤礦中的應用

趙 濱 陳 偉

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

1 引言

目前我國煤礦安全生產形勢十分嚴峻， 以2008年百萬噸死亡率（每生產一百萬噸煤死亡人數）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，通過研究國外監測監控系統并結合我國煤礦的實際情況， 國內先后研制出KJ101、KJ4-2000、KJ95、KJ70、KJ31、KJ65、KJ66、KJ15、KJ80、KJ92、KJ2000 等著名監測監控系統[1-2]。 國內監測監控系統均可用于環境安全監測和生產工況監測，不同的是系統的中心站、分站、軟件設計和傳感器類型不同[3-5]。其中，官地礦對KJ4 系統升級改造成能更好地處理數據、監測井下生產工況地KJ66 系統[4]；重慶煤科院設計的KJ90 型煤礦綜合監控系統集環境監測、生產監控、網絡化管理、圖像監視為一體，能掛接瓦斯抽放、火災監測等多種子系統，結構新穎，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 監測監控系統， 該系統采用以太網加現場CAN 總線多主體系結構， 適合煤礦監控環境特點，易于實現系統升級換代；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；嚴重故障自動脫離總線，避免影響其它節點；有標準化協議可用，易實現各設備接口的統一；集成和擴充節點方便，容易接入各種子系統。 特別是以太網加現場CAN 總線多主體系結構，在現場應用時已規劃為光纖冗余環網工作模式加分站星型布局， 徹底解決了傳輸距離短的問題，系統強壯性也得到了很大的提高。目前該系統運行安全、可靠，有效地提高了監測監控的數字化管理水平。

2 蔣莊煤礦概況

蔣莊煤礦地處山東省滕州市境內，隸屬于棗莊礦業集團公司，是一座年生產能力為275 萬噸的現代化礦井。 煤礦現有4 個采區，-320 水平有北六采區、南七采區和南九采區，-430 有163采區。 北六采區距離下井口約500 米，南七采區距離下井口約2 500 米， 南九采區距離下井口約3 500 米，163 采區距離-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2 個掘進工作面，南七采區1 個采煤工作面、3 個掘進工作面，南九采區2 個采煤工作面、1 個備用工作面、2 個掘進工作面，163 采區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 個機電峒室均設置在進風巷道中，并有獨立的回風通道。 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回風巷； 礦井共有6 個設置在礦井和采區主要進回風巷道中的主要風門。 礦井采用混合式通風系統，機械抽出式通風方法，中央和南翼各有一個風井。

3 KJ90NB 監測監控系統

3.1 系統組成

蔣莊煤礦安全監測監控系統由地面中心站、工業以太環網交換機、通信光纖、安全監測監控分站、監測監控傳感器等組成。地面主機安裝于調度室內，主服務器配雙機熱備功能。 地面以太環網交換機1 臺、井下以太環網交換機5 臺、安全監測監控分站45 臺、傳感器325 個，隔爆兼本質安全型不間斷電源45 臺，信號避雷裝置1 對。 蔣莊煤礦監測監控系統結構簡圖如下圖1 所示。

圖1 蔣莊煤礦KJ90NB 系統結構簡圖

3.2 系統主要設備

3.2.1 地面中心站

地面中心站的主要功能是集中、連續地對地面及井下各種環境參數、工況參數和監測子系統的信息進行實時采集、分析處理、動態顯示、統計存儲、超限報警、斷電控制和統計報表的查詢、打印。

中心站配置IPC610 監控主機2 臺，數據庫服務器2 臺，軟件運行平臺為WIN98/2000/2003 環境， 通過Ethernet 以太局域網組成全網絡化環境，協議支持標準TCP/IP 等。

3.2.2 監測監控分站

KJ90-F16 分站是系統的關鍵配套設備，主要實現對各類傳感器的數據采集、實時處理、存儲、顯示、控制以及與地面監控中心的數據通信，當傳感器監測超限時，能自動發出聲光報警及斷電控制信號；當與地面中心站失去聯絡時，可自動存儲一段時間數據。 KJ90-F16 分站具有紅外遙控初始化設置功能，可獨立使用，還能實現瓦斯斷電儀和瓦斯風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負荷側，采用光敏原理來監測開關是否帶電，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指標：

饋電監測電壓等級: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、風速傳感器、風筒傳感器、開停傳感器、饋電斷電器、粉塵傳感器。 按照《AQ1029-2007 煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》要求每周對傳感器進行標校一次。

4 KJ90NB 系統在蔣莊煤礦中的應用

4.1 系統功能特性

（1）系統實時采集存儲間隔為1s 的數據，并通過顯示器實時多屏多畫面顯示監測監控的情況。

（2）系統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通訊技術，徹底突破了低速總線下的技術瓶頸，反應速度顯著提高；系統節點容量大大增加，突破了現有煤礦監測監控系統所支持的節點容量的限制[6]。

（4）各安全監測監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；所有監測數據實時上傳至地面監控主機， 礦井調度中心可實時監測井下各設點的監測數據情況。

（5）系統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，無縫整合各子系統，實現信息共享和WEB 查詢。

（6）系統采用冗余環網和雙電源工作模式，某個節點和線路故障不影響整個平臺通訊，自恢復時間短。

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

（8）系統具有遠程診斷功能，用戶可隨時查看KJ90NB 系統的運行狀態。

4.2 井下安全事故的預防和緊急處理

（1）保證系統穩定、可靠運行，硬件設備能準確采集井下生產工況，傳感器或井下分站的安設位置要符合有關規定。

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

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

（4）定期對系統進行維護，排除系統故障。 定期對故障現象、處理情況、相關經驗和教訓進行總結。

5 結論

（1）KJ90NB 監測監控系統在蔣莊煤礦應用取得明顯效果，系統實時對井下生產和環境進行監測并反饋到控制站， 有效預防了安全事故發生。

（2）KJ90NB 監測監控系統維護方便，結構設計靈活，能進行功能擴充，滿足礦上安全生產要求。

（3）KJ90NB 監測監控系統采用以太網加現場CAN 總線多主體系結構，適合蔣莊煤礦監測監控環境特點，支持多主通訊，通訊方式靈活，可靠性高。

[1] 劉淑琴. 煤礦安全監測監控系統的應用[J].Information Development and Economy，2004，14（8）:309-310.

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

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

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

[5]曾祥鴻，黃強.KJ90 型煤礦安全生產綜合監控系統[J].礦業安全與環保，2000，27（1）:18-20.

[6]范高賢，周波，殷慶平.光纖工業以太環網在煤礦安全監控系統中的應用[J].工礦自動化，2008（6）:108-110.