監控系統井下融合技術的應用

張 鵬 趙青山 劉 賓

（兗州煤業股份有限公司濟寧二號煤礦煤礦，山東 濟寧 272072）

《國家煤礦安監局關于印發〈煤礦安全監控系統升級改造技術方案〉的通知》（煤安監函〔2016〕5號）主要內容中第六條規定：多系統的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式，鼓勵新安裝的安全監控系統采用井下融合方式。濟寧二號煤礦原有各系統并存且相互獨立，由此帶來成本、管理、數據共享等多方面的問題。為解決這些問題，濟寧二號煤礦監控系統升級改造采用井下融合方式，將安全監控系統、人員定位系統及應急廣播系統進行分站級融合。本文通過回顧系統融合、改造過程，提出了監控系統井下融合技術應用方法，并通過具體實施驗證了該方法能夠實現多系統數據共享與聯動。

1 系統概況

濟寧二號煤礦是國家“八五”重點建設項目，于1993年12月建設，2000年12月投產，井田面積約87.1km2，核定生產能力420萬t/a。礦井原安全監控系統為天地（常州）自動化股份有限公司生產的KJ95N型煤礦安全監控系統，通過井下專用監測電纜實現數據實時傳輸和環境、工礦參數的在線監測，系統總體運行穩定，但與國家和省煤監局的最新要求還有一定差距。

2 安全監控系統升級改造情況

為了實現真正的井下多系統本質上融合，濟寧二號煤礦采用具有多種現場總線接口、高速以太網接口的綜合分站。根據使用場合選用不同的通信接口，就近接入監控系統、人員定位系統及應急廣播系統的傳感器、執行器，運行相應的數據采集控制業務。不同系統中現場設備的數據經各系統的業務處理程序處理后，通過以太網接口發送至各自系統地面監控主機。井下分站及融合方式減少了現場電纜、無線接口設備數量，降低了系統成本。

通過組建安全監控系統環網,更換綜合監控分站、電源和傳感器等設備，對支持總線的傳感器進行程序更新，系統軟件進行全新升級，使系統具有更高的安全性、可靠性。項目自2017年8月份開始進行調研、方案設計、方案審批、現場施工等工作，截至2018年10月10日已完成井下、地面獨立監測環網的組建、所有地點的監控系統升級改造工作，井下實現了安全監測、人員定位、應急廣播的三系統融合，地面實現了與視頻監測的聯動。

3 主要工作組織

（1）加強組織領導。為保障安全監控系統升級改造工作順利實施，成立由礦長任組長，總工程師、分管副礦長和安監處長為副組長，機電、通防副總工程師和調度信息中心、通防科、機電環保科、安全監察處、采掘區隊等單位主要負責人為成員的領導小組，全面負責升級改造項目的協調、推進、保障等工作。

（2）超前組織培訓。外出學習調研，安排專業人員到廠家和示范礦井學習交流；建立微信交流群，及時發布學習交流信息；建立新系統實驗室，在地面機房搭建新安全監控系統，接入安全監控設備，對礦井安全儀器監測工進行操作培訓。

（3）精細組織實施。在充分調研的基礎上，結合示范礦井的成功經驗和礦井實際，科學編制《濟寧二號煤礦安全監控系統融合技術方案》和《安全監控系統升級改造技術措施》。根據系統特點和工作量安排，本著系統穩定、安全可靠、分布實施的原則，精細排定系統升級改造進度，采用新舊兩套系統并列運行的方式，分采區、分地點進行更換，嚴格按照要求，實施系統升級改造工作，確保新舊系統升級改造期間的穩定運行。

（4）嚴抓過程控制。制定安裝流程圖，通防、調度、機電等部門協同作戰，按采區進行分工，明確安裝工期及負責人，優化安裝路線，加快安裝進度，減少故障率。前期堅持每周例會制度，后期堅持每天碰頭制度，及時研究處理制約升級改造的問題和解決辦法。建立微信工作群，動態通報系統出現的情況，確保項目實施進度及質量。截至目前，安裝環網交換機10臺，其中在南翼1#變電所、南翼軌道下山變電所、南翼3#變電所、南翼4#變電所、南翼5#變電所、主井裝載變電所、一水平水廠、二采2#變電所安裝8臺環網交換機，地面安裝2臺，全礦累計敷設光纜26300m，形成安全監控系統獨立環網；更換了井下綜合監控分站35臺，電源27臺，各類傳感器518臺（其中激光甲烷傳感器14臺，多參數傳感器2臺）；安裝人員定位接收器63臺；形成了井下的安全監測、人員定位、應急廣播等數據融合及聯動。

（5）突出應急管理。強化安全監控系統升級改造期間風險預控，成立以總工程師為組長的應急小組，制定了《安全監控系統升級改造應急預案》。安全監控值班人員嚴格執行雙崗值班制度，廠家技術人員24h駐礦，提供技術支持，及時處理故障。明確各類報警處置程序，做到閉環管理。

4 新系統運行情況

（1）提升了災害應急處置能力。通過綜合分站提供高速的網絡傳輸接口，強大的數據處理能力，實現了煤礦井下安全監測、人員定位系統和應急廣播的融合，同時實現了視頻監測的地面融合及數據共享，利用GIS平臺對融合的各子系統進行綜合展示，提升了災害應急處置能力。

（2）節約了系統建設及維護等成本。設備共纜通信（同一根電纜），實現井下設備級數據及信息融合，節省系統建設成本，減輕系統維護；升級改造前安全監控分站數量為42臺，人員定位分站為21臺，升級改造后分站數量為37臺（其中人員定位通用分站2臺），減少分站26臺。

（3）監控系統中傳感器實現智能化、數字化。所有傳感器實現數字化傳輸，包括模擬量和開關量；傳感器、電源等設備即插即用、智能識別，實現了傳感器地址重復檢測，簡化了設備安裝調試過程。

（4）實現多級報警。根據礦井瓦斯濃度和煤層發火等情況，按照濃度大小、超限持續時間，實現瓦斯、一氧化碳四級報警。

（5）異地斷電時間大幅縮短。異地斷電采用分布式控制方法，無需系統主備機參與實現可靠異地斷電，大幅縮短斷電控制時間，原系統異地斷電時間為26s，現在斷電時間為1.6s。

（6）系統更加穩定可靠。所有采煤工作面和部分掘進工作面使用低功耗激光甲烷傳感器，數據監測實現毫秒級變化采集，傳感器周期穩定性更長；高溫高濕等復雜環境下，誤報警頻次大幅降低。

5 結語

綜合分站具有高速網絡傳輸接口，強大的數據處理能力，通過分站級井下融合方法，實現了煤礦井下安全監控系統、人員定位系統及應急廣播系統的統一傳輸、各系統數據共享及融合，降低了系統建設及維護成本。井下多系統融合實現了設備間數據的底層交互與應急聯動，打破了以前各系統使用過程中形成的“孤島現象”，系統部分性能及功能指標高于國家要求和行業水平，滿足未來“數字化”礦山的發展需要。