榆樹井煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造經(jīng)驗(yàn)介紹

胡順倉 孫海洋

（內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)公司榆樹井煤礦，內(nèi)蒙古 鄂托克前旗 016100）

1 礦井概況

榆樹井煤礦地處內(nèi)蒙古明長城以北的毛烏素沙漠邊緣地帶、鄂托克前旗境內(nèi)。井田面積24.56km2，地質(zhì)儲(chǔ)量3.86億t，可采儲(chǔ)量2.45億t。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力3.0Mt/a。2007年8月開工建設(shè)，2010年7月建成試生產(chǎn)。

2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)前狀況

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)狀況

榆樹井煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)于2010年4月安裝，采用KJ90N系統(tǒng)，主要用來監(jiān)測(cè)井上、下的各類環(huán)境參數(shù)和皮帶、水泵開停等主要生產(chǎn)參數(shù)。系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)的信號(hào)種類有：瓦斯、一氧化碳、風(fēng)速、溫度、開停、水位、饋電狀態(tài)、風(fēng)門、風(fēng)壓、料位等。具有自動(dòng)、手動(dòng)斷電功能，可實(shí)現(xiàn)本地、異地?cái)嚯姟Ｔ谙到y(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，完成記錄、顯示、超限報(bào)警控制、繪制圖形和曲線、打印各種報(bào)表等任務(wù)。同時(shí)KJ90N系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了主機(jī)、副機(jī)雙機(jī)熱備、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的網(wǎng)上共享、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)上傳等功能。

監(jiān)測(cè)監(jiān)控主機(jī)設(shè)置在調(diào)度室，有值班人員24h值班。

榆樹井煤礦共安裝了12套監(jiān)控分站，分兩種型號(hào)：四開四模互換的中分站4套，8開8模互換的大分站8套。信號(hào)傳輸方式為：

（1）分站與工業(yè)環(huán)網(wǎng)，采用RS485信號(hào)傳輸。

（2）環(huán)網(wǎng)與監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)傳輸。

（3）傳感器與分站，采用200～1000Hz模擬信號(hào)、電流信號(hào)和RS485（智能開停傳感器）信號(hào)傳輸。

（4）甲烷傳感器和一氧化碳傳感器全部采用了熱催化元件作為工作媒體。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

在使用過程中，整套系統(tǒng)幾年來運(yùn)行正常，但是由于技術(shù)的原因，表現(xiàn)出的固有缺點(diǎn)也很明顯：

（1）分站采用了專用接口端子線的方式，導(dǎo)致分站附近眾多接線盒聚集，無法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)布線，也容易造成線路故障的發(fā)生。

（2）傳感器容易受外部環(huán)境影響冒大數(shù)，沒有專業(yè)儀器無法找到故障產(chǎn)生的原因，是因受到變頻器的影響還是音頻電話影響較難判斷和處理。

（3）傳感器受淋水影響較大，較容易損壞。

（4）更換傳感器時(shí)插錯(cuò)接口會(huì)發(fā)生人為制造傳感器“報(bào)警”的現(xiàn)象，傳感器與各自的線路必須對(duì)號(hào)入座。

（5）在回采工作面下隅角，傳感器隨著工作面推進(jìn)而后撤，過程中造成線路頻繁斷線，維護(hù)難度大。

（6）采用熱催化元件的傳感器每月需要標(biāo)校兩次，造成工作量增加。

（7）分站可以遠(yuǎn)距離通信，而傳感器卻很難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離供電和通信，距離在2km左右，容易出現(xiàn)“斷線”故障。

（8）監(jiān)控系統(tǒng)可以為其他平臺(tái)提供數(shù)據(jù)，卻不能融合其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生了信息“孤島”。

3 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造進(jìn)程及工作經(jīng)驗(yàn)

榆樹井煤礦自2018年6月開始對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，因KJ90N系統(tǒng)已取得了新的煤礦安全標(biāo)志升級(jí)為KJ90X，技術(shù)比較成熟，該礦仍采用原廠家監(jiān)控系統(tǒng)。目前已完成了服務(wù)器及軟件的升級(jí)、9套新監(jiān)控分站及60多臺(tái)總線型傳感器的更換。在升級(jí)過程中，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）升級(jí)后，結(jié)構(gòu)布置較為簡單，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)(以太網(wǎng))-分站-傳感器的較少層次布置。下一步分站采用以太網(wǎng)連接后，可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)（分站）-傳感器的更少層次傳輸；系統(tǒng)布線明顯減少，一條線纜可以帶四路傳感器，大大方便了維護(hù)。

（2）分站后備電池由2h變成4h，分站通信中斷時(shí)間明顯減少。因?yàn)橐话愕墓╇姽收显?h內(nèi)都會(huì)得到解決，系統(tǒng)不間斷運(yùn)行有保障。

（3）分站布置更加優(yōu)化。需要安裝少量傳感器的地點(diǎn)可以布置一條線路就能解決，不用單獨(dú)安裝1臺(tái)分站；使用多參數(shù)傳感器的地點(diǎn)，傳感器數(shù)量減少了；回采工作面下隅角的傳感器采用無線傳感器以后，方便了挪移和維護(hù)，故障率較低。

（4）榆樹井煤礦目前施工的巷道，長距離的設(shè)計(jì)有3000多米，平常使用的分站無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離本安供電。升級(jí)前在長距離巷道中部，使用分站“接力”的方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，但是在超限斷電時(shí)會(huì)將第二臺(tái)分站的電源斷掉，這明顯不符合要求。而本次國家煤礦安全監(jiān)察總局要求監(jiān)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家應(yīng)提供本安供電分級(jí)較高的分站，供電距離最遠(yuǎn)可達(dá)6km的選擇條件。

（5）目前，榆樹井煤礦的監(jiān)控分站與工業(yè)環(huán)網(wǎng)間多采用了RS485進(jìn)行傳輸，在十三五末前，有足夠的時(shí)間可以適時(shí)增加工業(yè)環(huán)網(wǎng)布置密度，方便用以太網(wǎng)或光纜取代RS485傳輸方式。

（6）在多系統(tǒng)融合方面，榆樹井煤礦采用了地面系統(tǒng)融合，已布置了多臺(tái)融合專用服務(wù)器。

（7）人員定位系統(tǒng)融合后，遠(yuǎn)距離巷道必須加大讀卡器的布置密度。升級(jí)前識(shí)別卡只有定位節(jié)點(diǎn)和門禁的功能，而現(xiàn)在使用的雙向卡提供了報(bào)警等互動(dòng)功能，所以必須減少信號(hào)盲區(qū)的存在。

（8）榆樹井煤礦的應(yīng)急廣播升級(jí)前使用的品牌，協(xié)議不統(tǒng)一不利于系統(tǒng)融合，該礦采用新的同一廠家的設(shè)備進(jìn)行逐步更換，便于融合。

（9）分站至傳感器的信號(hào)連接，一般采用單芯0.43mm2或0.52mm2截面積的監(jiān)控電纜，在距離超過1km以后，往往會(huì)出現(xiàn)電源供給不足現(xiàn)象，導(dǎo)致信號(hào)“斷線”。這時(shí)必須加大導(dǎo)線的截面，采用“并線”的方式來解決，使用該分站的本安傳輸距離不小于2km的1.5mm2截面積的電纜來實(shí)現(xiàn)。

（10）掘進(jìn)工作面的傳感器必須布置在風(fēng)筒的另一側(cè)，而風(fēng)筒傳感器宜放置在風(fēng)筒的末端，所以建議廠家開發(fā)無線風(fēng)筒傳感器，便于布線和現(xiàn)場(chǎng)使用。

4 結(jié)束語

監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)人員一般重在對(duì)傳感器“弱信號(hào)”的處理進(jìn)行研究，但隨著《煤礦安全規(guī)程》對(duì)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)專網(wǎng)的開放，各系統(tǒng)的融合已經(jīng)全面展開，對(duì)軟件方面和機(jī)電方面人才的需求更加強(qiáng)烈，部門間的配合也將更加密切。這些要求和需求必將有力推動(dòng)榆樹井煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控和智能化礦山建設(shè)更進(jìn)一步發(fā)展。