安全監控系統升級改造應用研究

郭 坤 王 雨

（新汶礦業集團有限公司華豐煤礦，山東 泰安 271413）

1 引言

2016年國家煤礦安監局印發《安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）文件，要求2018年底大型礦井、煤與瓦斯突出礦井的在用安全監控系統完成升級改造工作。同時《煤礦安全規程》（2016版）對安全監控系統也提出了新的更高要求，為提高安全監控系統在安全生產中的作用，華豐煤礦于2018年對安全監控系統進行了改造。

2 安全監控系統升級改造的必要性

煤礦安全監控系統的升級改造，其必要性可以從以下四個方面來解讀。

第一，煤礦安全生產工作的現實需要。隨著煤礦開采工業的不斷發展，采煤深度不斷加大，開采條件逐漸惡化，對井下安全的管理要求越來越嚴格。從煤礦安全生產內部對原安全監控系統進行升級改造，提高安全監控系統的可靠性，以應對采煤條件惡化帶來的安全風險，滿足新標準的要求。

第二，煤礦監控技術快速發展的需要。隨著近年來監控技術的快速進步，新的傳感技術、信號傳輸技術、大數據分析及多系統融合分析技術越來越成熟，行業整體科技水平的發展從外部推動著煤礦安全監控系統進行升級換代。

第三，煤礦安全監控系統基層數據采集抗干擾性的需要。老式傳感器易受干擾，由于雜質氣體的干擾及電化學傳感器自身在井下環境中的不穩定性，經常誤報警。因此更換可靠性更高的新型傳感器迫在眉睫。

第四，煤礦安全監控系統多系統融合的需要。目前的全監控系統屬于典型的事后監測和控制，而新一代安全監控系統一旦完成了多系統融合，將會直接實現從“事后監測”到“事前預警”的質的飛躍，這將是煤礦安全生產保障工作一次根本性的革命。

3 安全監控系統現狀

華豐煤礦原系統為中煤科工集團重慶研究院有限公司生產的KJ90NB型安全監控系統，該系統采用工業以太環網+現場總線傳輸方式，傳感器采用頻率或電流信號輸出。2018年，華豐煤礦依據2016年修訂版《煤礦安全規程》和《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》相關要求，決定對監控系統進行升級改造。

4 安全監控系統改造方案

根據華豐煤礦實際情況，本次改造本著經濟、節約、避免重復投資的原則進行。將井下監控系統設備改造分為三個板塊：第一個板塊為工業以太環網平臺改造工程，于2017年12月改造完成；第二個板塊為機房改造工程，于2018年3月改造完成；第三個板塊為井下改造工程，于2018年10月改造完成。本次升級改造，通過對三個板塊設備的改造，可同時對監控系統維護人員起到培訓和熟悉的作用，為下一步各地點監控設備的維護打下基礎。

4.1 工業以太環網平臺改造工程

2017年12月華豐煤礦完成了安全監控工業以太環網平臺改造，環網平臺從地面機房開始，從地面機房CQCC6200交換機出發依次串聯地面北立井、井下-450m泵房、-750m泵房、-750m調度站、-920m泵房、-1100m配電所、-1100m泵房內的KJJ103網絡交換機，最后再連接到地面的CQCC6200環網交換機。

4.2 機房改造工程

2018年1月至3月對安全監控機房進行改造，對老舊的監控主備機進行更換，并充分利用原監控機房能正常使用的電源避雷器、UPS電源和網絡交換機等硬件設備，將監控系統軟件升級改造為KJ90N，完善監控系統軟件的分級報警、斷電等控制功能；新增2臺數據服務器用于數據存儲及聯網上傳，實現監控數據的遠程實時監測。

4.3 井下改造工程

井下改造工程以達到全數字化、IP65防護等級、抗電磁干擾能力、自診斷自評估、系統性能提升為目的，主要改造監控分站、傳感器、饋電斷電器等設備。

監控分站：目前使用的KJ90-F16監控分站不具備電源信息管理及抗干擾功能，傳感器與分站采用頻率或電流傳輸，易受到干擾，本次全部改造為具備電源信息遠程管理與抗干擾能力的KJ90-F16(C)監控分站和KDW660/24B(A)電源箱。井下監控分站通過RS485總線與交換機RS485接口相連，將井下監控數據上傳至監控中心站軟件。

傳感器改造在充分利用現有傳輸電纜的前提下，適當增加部分線纜，防護等級達到IP65，內部采用抗干擾措施和具備數字通訊功能的傳感器。

針對華豐煤礦的實際情況，部分傳感器外殼達到IP65防護等級，內部采取抗干擾措施的傳感器，采用內部增設數字轉換模塊的方式，實現井下傳感器的全數字化建設；粉塵濃度傳感器采取外部增設信號轉換器的方式實現數字化傳輸。

斷電器全部更換為能實現1140V饋電反饋和數字通訊功能的饋電斷電器。

5 安全監控系統升級改造的效果

5.1 免疫力顯著增強

經過升級改造，煤礦安全監控系統抵抗環境溫度、濕度、有害氣體等干擾的能力大大提高，不受變頻器、無功功率補償器等啟停時的電磁干擾，有效解決了運行不穩定、冒大數等問題；井下環網結構及新的異地斷電策略使發生斷線時仍能正常工作，與地面主機失聯時仍能異地斷電；分級報警、邏輯報警功能增強了。

5.2 架構明顯“簡化”

由于推行架構簡單系統，改造升級后監控系統的層級明顯減少，一條線路可串接多個傳感器，減少分站和線纜的數量。

5.3 智能化水平全面提升

升級改造后的監控系統具備出現異常時快速定位故障點功能，可定期對設備工作狀態、數據庫、雙機熱備、通信模塊進行自診斷，發現問題及時報警；支持對多系統數據的分析聯動，情況異常時自動完成區域斷電、撤人告知等指令的執行。

5.4 功能組合、信息融合、聯動聯控得到發展

升級改造后的監控系統普遍支持有線與無線、定點與巡檢的有機結合，提高了監控的有效性。多系統融合、監測數據共享、控制系統聯動，促進監測監控與預測預警的一體化發展，為大數據的深度挖掘應用奠定了基礎。

5.5 技術性能上升到一個新臺階

巡檢周期、異地斷電時間、誤碼率、本安供電距離、后備電源供電能力等監控系統主要性能得到大幅提升。