孫村煤礦安全監控系統升級改造及應用

王 彬 劉建峰

（孫村煤礦，山東 泰安 271000）

1 孫村煤礦安全監控系統簡介

孫村煤礦已安裝了淄博瑞安特自控設備有限公司生產的KJ76N型煤礦安全監控系統，安裝監控分站43臺，配備各類傳感器共計242臺。其中，甲烷傳感器60臺，溫度傳感器23臺，粉塵傳感器10臺，風速傳感器11臺，一氧化碳傳感器20臺，風筒傳感器8臺，風門傳感器40臺，開停傳感器25臺，饋電傳感器13臺，負壓傳感器2臺，氧氣傳感器6臺，二氧化碳傳感器5臺，煙霧傳感器10臺，高低濃度甲烷傳感器4臺，流量傳感器2臺，液位傳感器3臺，從2003年5月系統安裝使用至今。

2 孫村煤礦監控系統升級改造的背景

《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）文件和《關于轉發國家煤礦安監局〈煤礦安全監控系統升級改造技術方案〉的通知》（魯煤監技裝〔2017〕13號）等文件中指出：促進安全監測監控新技術新裝備的推廣應用，提高安全監控系統技術性能和安全可靠性，適應煤礦安全生產的需要。2017年4月初在常州召開的煤礦安全監控系統升級改造宣貫會中，明確提出，新一代的安全監控系統在執行標準中應符合《升級改造技術方案要求》。

2.1 現用煤礦安全監測監控存在的主要問題

（1）安全監控系統設備數字化程度不高，尤其是傳感器及執行器采用模擬傳輸技術，不能實現傳感器及執行器的工作狀態識別及故障自診斷，造成監測數據可靠性差；

（2）目前礦井安全監控系統抗電磁干擾性較弱。井下電磁環境惡劣，監控系統設備經常受到強電磁干擾，而監控設備普遍不具備抗電磁干擾能力，極易使數據混亂；

（3）目前礦井安全監控系統傳感器防護等級為IP54，礦井皮帶機頭、綜采工作面、掘進工作面粉塵濃度較大，噴水除塵、清洗現象普遍，經常造成傳感器故障和數據不準確，傳感器的防護等級也亟需提高；

（4）安全監測監控系統均為有線傳輸，受生產環境條件影響，在采掘面等生產條件有限的區域，布線困難，線纜極易受到損壞；

（5）目前礦井安全監控系統配套的甲烷傳感器敏感元件多為載體催化原件，使用壽命有限，測量量程僅為4%，標校周期短，維護管理難度較大；

（6）電源后備電池（2h）的續航能力有待提升。

2.2 實施示范工程的必要性

為貫徹國家煤監局相關文件要求，通過自查，發現監控系統存在較多的安全隱患，針對隱患及存在的問題，提出了一系列的整改措施。為確保礦井的安全生產，礦井進行監控系統安全改造是必然的。

通過新技術的使用，實現系統融合、構建統一的監測平臺，實現安全監控系統的全數字化，構建多主并發、對等通信高速率、冗余數據傳輸平臺，提升安全監控系統的抗電磁干擾能力，增強大數據的分析、挖掘、應用，提高監控系統的可靠性、穩定性，促進了煤礦安全監控系統的升級換代，可以解決一直以來制約監控系統可靠性的瓶頸問題。

煤礦安全監控系統作為保障煤礦安全生產的重要組成部分，通過系統改造可以大大提高監控系統的穩定性和安全性。為充分發揮安全監控系統的重要作用，提升煤礦安全保障能力，有必要對安全監控系統進行改造升級。

3 系統升級改造方法及步驟

第一步，監控環網的改造。組建安全監控獨立、傳輸穩定的環網，分別從副提升、皮帶井入井組建環網。

孫村煤礦在井下-600m副井車房、-400m泵房、-800m副井車房、后一電所、-800m井底電所、擴大區二采變頻車房、擴大區二采電所、-1100m泵房安裝八臺基于赫斯曼交換的礦用隔爆型交換機，在北立井通訊機房、東斜井機房安裝兩臺，三層核心交換機安裝在智慧礦山智慧中心。光纜經副提升接入各地點交換機，最后經主運皮帶至三層核心交換機，構建完成了完備獨立的安全監控工業環網。

第二步，升級地面中心站服務器。將地面服務器配置進行提升，運行內存不能小于16G，配備網卡不少于2個。

將中心站值班用工控機、WEB頁發布、三層核心機交換機網絡管理軟件、圖形站工控機進行替換。

第三步，升級中心站系統軟件。能夠兼容新老系統傳感器的傳輸數據。

改造步驟的具體實施如下所述：

3.1 增加報警、斷電等控制功能

系統實現分級報警，根據瓦斯濃度大小、瓦斯超限持續時間、瓦斯超限范圍等，設置不同的報警級別，實施分級響應。用戶可根據礦方實際情況配置報警值。

推行邏輯報警，根據巷道布置及瓦斯涌出等的內在邏輯關系，實施邏輯報警，促進各類傳感器的正確安裝、設置、維護，監控系統的正常使用。

完善就地斷電功能，提高斷電的可靠性，并加強饋電狀態監測。推行區域斷電，可由煤礦企業根據井下供電系統的實際情況進行設置。KJ70X實現在特殊情況下，可遠程本地、異地區域斷電，可根據需要自行設定斷電區域。

3.2 增加支持多網多系統融合、應急聯動

多系統的融合采用地面方式。在地面統一平臺上融合環境監測(江蘇三恒)、人員定位（濟南新云鵬）、應急廣播（江蘇三恒）等系統。在瓦斯超限斷電等需要立即撤人的緊急情況下，監控系統與應急廣播、通訊、人員定位進行應急聯動。

多網融合具體安排如下：

（1）孫村煤礦多網融合采用地面軟件融合。

（2）安裝新KJ70X系統的同時，把KJ70X融合軟件聯動協議提供給調度通訊（杭州北辰）、人員定位廠家（山東新云鵬），讓上述兩個廠家根據提供的協議進行對應的軟件編寫工作。

（3）在調度通訊和人員定位廠家編寫完程序后，安全監控系統廠家分別將調度通訊和人員定位進行聯合調試，逐步完善。

3.3 增加自診斷、自評估功能

系統軟件增加自診斷、自評估功能，能夠預先發現系統在安裝使用中存在的問題。自診斷程序具有以下功能：模擬量傳感器維護、定期未標校提醒。模擬量傳感器、控制器、電源箱等設備及通信網絡的工作狀態顯示。系統可實現防爆電源遠程監控。中心站軟件自診斷，包括雙機熱備、數據庫存儲、軟件模塊通信。

三恒KJ70X安全監控系統提供自診斷管理軟件，可以對系統軟件的運行環境包括操作系統、雙機熱備、數據庫及必要組件等軟件環境進行診斷，也可以對CPU內存硬盤等硬件指標是否達到要求進行診斷。同時系統可以通過軟件對傳感器與分站的通信質量進行監測，可以分析出傳感器傳輸是否受到干擾等。

3.4 增加加強數據應用分析

安全監控系統應具有大數據的分析與應用功能，包括以下內容：

（1）偽數據標注及異常數據分析。三恒KJ70X安全監控系統軟件內置了很多通訊異常識別代碼，分別代表不同類型的異常情況。例如，03號代碼表示分站通訊有誤碼，可以幫助快速查找及解決問題。亦可根據傳感器參數的上升速率等指標，來判斷是否存在偽數據。當突然傳來高數值的時候，可以在短時間內再次巡檢該分站，確認數據的真實性等。

（2）系統具有瓦斯涌出、火災預測預警專用軟件。瓦斯涌出與火災等預測預警與安全監控系統兼容。可通過接口與安全監控系統對接，系統利用各項參數的歷史數據，進行系統的大數據分析。

（3）大數據分析。系統具有信息融合功能，根據融合的系統不同，可以分析出不同的信息。比如，電力監控系統與產量結合，可以分析設備或區域的工效。通過對比井下各處的風速、參數，結合風系監測系統的數據，可以對井下通風情況進行評估。

（4）可與煤礦安全監控系統檢查分析工具對接數據。具備數據對接接口。

3.5 增加加密存儲要求

為有利于安全監管監察和企業安全管理，對采掘工作面等重點區域的瓦斯超限、報警、斷電信息應進行加密存儲，KJ70X系統采用RSA加密算法對數據進行加密，防止數據被篡改。

4 系統升級改造效果

安全監控系統全面實現數字化傳輸，傳感器必須通過浪涌（沖擊）抗擾度3級試驗，且防護等級均為IP65，可在淋水環境下正常工作。采掘地點（兩個回采工作面、四個掘進工作面）應用激光甲烷傳感器，提高數據準確率。實現分級報警、邏輯報警、區域斷電、應急聯動功能。支持多網、多系統融合，實現在地面統一平臺上必須融合環境監測、人員定位、應急廣播。孫村煤礦經過升級改造實時監測監控各個地點，隨時調度指揮生產，避免和減少了安全事故的發生，同時有效促進了孫村煤礦礦井智慧化礦山建設。