安全監控系統升級改造，增強煤礦安全保障能力

王依磊 岳茂莊

（山東唐口煤業有限公司，山東 濟寧 272055）

為提高礦井安全監控系統準確性、靈敏性、可靠性、穩定性和易維護性，以安全發展、科學發展為目標，深化信息化與安全生產業務融合，推動信息技術應用和信息資源開發共享，進一步發揮科學技術的保障作用，提升事故防控預警和應急處置能力。山東唐口煤業有限公司與生產廠家淄博瑞安特自控技術有限公司進行了深入的研究，結合2013年系統以太網升級改造的實際情況，針對系統升級改造工作總體要求、工作目標、領導組織、技術標準、措施保障等方面作了詳細部署，完善、調整系統各項功能，完成多網融合的協調試驗，順利完成升級改造，增強了煤礦安全保障能力。

1 概況

唐口煤業公司裝備的安全監控系統，由淄博瑞安特自控設備有限公司生產，2005年正式投入運行，型號為KJ76N。2013年9月，唐口煤業公司對系統進行了雙回路以太網改造，實現了主干、主要支路以太網傳輸，提高了數據傳輸速度和巡檢速度。中心站服務器（型號Intel E5620）實現了雙回路供電和雙服務器熱備。該系統設備性能完好，運行正常，數據穩定可靠。

2 升級改造基礎及詳細開展情況

2.1 前期基礎及準備工作

唐口礦各項管理工作扎實有效，注重科技進步，提倡科技興礦，近年來實施科技創新、制度創新、管理創新戰略，每年都有大量的新技術、新工藝、新設備投入生產，取得了較好的經濟效益，積累了豐富的管理方法和實踐經驗。公司配備了通訊、監測、機電、通防、運輸等專業化隊伍，制定了示范工程項目保障制度。為保障系統改造的順利實施，公司成立了由通防部、信息中心、工區等部門人員組成的煤礦安全監控系統升級改造領導小組，進一步明確了人員責任。

2.2 優化組織過程

一是及時編制總體指導方案。二是公司認真研究，編制系統升級改造詳細方案，并及時進行系統評估，切實掌握系統情況。三是各項保障措施到位，為確保項目資金投入，合理調整年度安全費用計劃，優先保證安全監測監控系統改造的資金投入，保證改造順利進行。

2.3 升級改造前準備工作

（1）備齊安裝所用工具、儀器、儀表以及設備說明書和圖紙。

（2）備齊安裝所需分站、斷電器、各種傳感器、監控電纜、傳感器標校用設備等。

（3）對準備安裝的分站、斷電儀、傳感器等設備及時檢查，確保符合《GB3836.1-1983爆炸性環境用防爆電器設備》的要求。保證儀器外形無嚴重損傷變形，觀察窗、指示燈罩應完整無缺，所有緊固件不得有松動和失落。

（4）明確使用安裝順序：儀器檢查—登記—地面熱機試驗—檢查質量（合格）—井下安裝調試—記錄臺賬。

3 總體實施方案

3.1 地面中心站

將原有監控主備機軟件升級為最新系統軟件，完善監控系統軟件分級報警、斷電等控制功能、多網和多系統融合功能、自診斷和自評估功能、數據分析功能等。對監控系統數據庫進行升級，增加關鍵數據加密功能。監控通過軟件接口與人員定位、廣播等系統實現聯動和數據交換。升級上傳程序，具備多路數據同時上傳，保證上傳數據的安全可靠。

3.2 傳輸系統

傳輸系統從主井、副井各設置一路光纜，與大巷主傳輸融合為雙回路工業以太網環網模式光纜傳輸。

3.3 分站、傳感器 、信號轉換器

為實現安全監控系統傳輸的數字化，將采掘工作面分站全部更換升級為數字傳輸的KJ76N-F4分站（為節約成本，部分避難硐室及風門開停分站未進行更換，繼續使用原監控分站進行傳輸），將現有的模擬量傳感器按規定更換防護等級達到IP65，采用數字傳輸的傳感器，提升抗干擾能力，避免傳輸環節造成的監測數據誤報警問題，有效過濾傳輸環節中的偽數據。

3.4 甲烷傳感器

所有設置甲烷傳感器的地點，實現甲烷超限斷電功能，其斷電范圍符合《煤礦安全規程》的有關規定。根據安全監控系統升級改造技術方案，確定安裝設備的種類、數量、安裝位置、動力開關和被控開關的安設地點、控制電纜和電源電纜的敷設、控制區域等。本次監控系統升級改造，全礦井實現了數字式傳輸方式。

4 礦井安全監控系統升級改造后取得的效果

4.1 數據傳輸數字化

在分站至中心站數字化傳輸的基礎上，將傳感器至分站升級為數字傳輸，分站更換為數字式分站，分站備用電源能維持斷電后正常供電時間由2h提升到4h，所有模擬量傳感器至分站的傳輸均為數字化，分站連接模擬量傳感器的接口為數字接口，實現安全監控系統的數字化。

4.2 增強抗電磁干擾能力

全數字化系統基于RS485總線技術，可靠性更高，誤報警、冒大數等問題大幅度減少。礦井設于地面的設備通過3級的靜電放電抗擾度試驗，符合A級判定；系統通過3級射頻電磁場輻射抗擾度試驗，符合A級判定；系統通過3級電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，符合A級判定；系統通過3級浪涌（沖擊）抗擾度試驗，符合A級判定。其中電磁輻射、脈沖群、浪涌（沖擊）抗擾度為3級A，高于標準要求。

4.3 應用先進傳感技術及裝備

井下采煤工作面回風隅角、風流、回風流使用激光低功耗傳感器，部分掘進工作面風流、回風流換用激光低功耗傳感器。

4.4 傳感器的防護等級提升

礦井采掘工作面、總回風巷及其它地點模擬量傳感器更換為防護等級達到IP65的數字化智能傳感器。

4.5 礦井多網、多系統融合

（1）系統實現井下傳輸網絡、監測監控與GIS技術的有機融合。

（2）系統基于GIS技術，在具有說明巷道、設備布置等背景圖上，將實時監測到的開關量狀態，用相應的圖樣在相應的位置模擬顯示；將實時監測到的模擬量數值在相應位置顯示。具有空間地理信息服務功能，支持二維動畫演示并具有漫游、縮放、拖動等功能；可直接在GIS圖上添加監控設備點，KJ76X監控系統會在傳感器列表顯示中實時添加。

（3）多系統的融合采用地面方式，能夠實現各子系統之間的應急聯動，安全監控系統將報警數據進行正常存儲、報警及分析。一旦達到應急聯動要求，立即產生聯動文件，由人員定位系統、語音廣播系統讀取報警信息，相應地做出緊急呼叫及語音廣播任務，并且安全監控系統將報警數據上傳至監管部門。軟件融合后，安全監控系統能夠實現十二大功能；KJ76X安全監控系統軟件人員定位系統、應急廣播系統部分均能夠實現五大功能。

4.6 礦井安全監控系統格式規范化

（1）安全監控系統主干網采用工業以太網，將地面交換機與井下交換機進行環網連接。

（2）分站采取分片集中后采用工業以太網至主干網。

（3）模擬量傳感器至分站的有線傳輸采用RS485。

4.7 強化數據應用分析

軟件具有大數據分析功能，可根據采集的大量數據，通過交叉比對、邏輯判斷等方式對礦井的瓦斯涌出及火災進行預警，對偽數據及異常數據進行快速識別，同時系統具有與煤礦安全監控系統檢查分析工具對接數據的功能，滿足煤礦監管監察要求。

4.8 系統具備應急聯動功能

在瓦斯超限、火災、斷電等需立即撤人的緊急情況下，能夠自動與應急廣播、人員位置監測等系統應急聯動。通過井下應急廣播系統通知危險區域人員撤離，通過人員位置監測系統實現雙向緊急呼叫功能，自動通知危險區域人員進行撤離等。

4.9 增加加密存儲要求

采掘工作面等重點區域的瓦斯超限、報警、斷電信息實現加密存儲，采用RSA加密算法對數據進行加密。甲烷、溫度、風速、負壓、一氧化碳等重要測點的實時監測值存盤記錄保存3個月以上。模擬量統計值，報警/解除報警時刻及狀態，斷電/復電時刻及狀態，饋電異常報警時刻及狀態，局部通風機、風筒、主要通風機、風門等狀態及變化時刻，瓦斯抽采(放)量等累計量值，設備故障/恢復正常工作時刻及狀態，以上記錄保存2年以上。當系統發生故障時，丟失上述信息的時間長度不大于40s。

4.10 達到聯網要求

（1）上傳帶寬〉 20M。

（2）到中心服務器延遲≤100ms。

（3）服務質量（QoS）≥20M。

（4）到數據中心服務器丟包率≤3‰。

（5）配套服務器設備性能符合要求，配備專用平臺訪問終端，實現系統綜合展示。

（6）實現聯網主機雙機熱備。

5 結論

通過監控系統升級改造，深化信息化與安全生產業務融合，推動信息技術應用和信息資源開發共享，提高了礦井安全監控系統準確性、靈敏性、可靠性、穩定性和易維護性，增強了煤礦安全保障能力，具有重要的社會意義和顯著的經濟效益。