安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造應(yīng)用研究

郭 坤 王 雨

（新汶礦業(yè)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(jiān)局印發(fā)《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)完成升級改造工作。同時《煤礦安全規(guī)程》（2016版）對安全監(jiān)控系統(tǒng)也提出了新的更高要求，為提高安全監(jiān)控系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的作用，華豐煤礦于2018年對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行了改造。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的必要性

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)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(chǎn)工作的現(xiàn)實需要。隨著煤礦開采工業(yè)的不斷發(fā)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(chǎn)內(nèi)部對原安全監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，以應(yīng)對采煤條件惡化帶來的安全風(fēng)險，滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

第二，煤礦監(jiān)控技術(shù)快速發(fā)展的需要。隨著近年來監(jiān)控技術(shù)的快速進步，新的傳感技術(shù)、信號傳輸技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及多系統(tǒng)融合分析技術(shù)越來越成熟，行業(yè)整體科技水平的發(fā)展從外部推動著煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進行升級換代。

第三，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)基層數(shù)據(jù)采集抗干擾性的需要。老式傳感器易受干擾，由于雜質(zhì)氣體的干擾及電化學(xué)傳感器自身在井下環(huán)境中的不穩(wěn)定性，經(jīng)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(jiān)控系統(tǒng)多系統(tǒng)融合的需要。目前的全監(jiān)控系統(tǒng)屬于典型的事后監(jiān)測和控制，而新一代安全監(jiān)控系統(tǒng)一旦完成了多系統(tǒng)融合，將會直接實現(xiàn)從“事后監(jiān)測”到“事前預(yù)警”的質(zhì)的飛躍，這將是煤礦安全生產(chǎn)保障工作一次根本性的革命。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

華豐煤礦原系統(tǒng)為中煤科工集團重慶研究院有限公司生產(chǎn)的KJ90NB型安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)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(jù)2016年修訂版《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》相關(guān)要求，決定對監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造。

4 安全監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

根據(jù)華豐煤礦實際情況，本次改造本著經(jīng)濟、節(jié)約、避免重復(fù)投資的原則進行。將井下監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備改造分為三個板塊：第一個板塊為工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)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(shè)備的改造，可同時對監(jiān)控系統(tǒng)維護人員起到培訓(xùn)和熟悉的作用，為下一步各地點監(jiān)控設(shè)備的維護打下基礎(chǔ)。

4.1 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)平臺改造工程

2017年12月華豐煤礦完成了安全監(jiān)控工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)平臺改造，環(huán)網(wǎng)平臺從地面機房開始，從地面機房CQCC6200交換機出發(fā)依次串聯(lián)地面北立井、井下-450m泵房、-750m泵房、-750m調(diào)度站、-920m泵房、-1100m配電所、-1100m泵房內(nèi)的KJJ103網(wǎng)絡(luò)交換機，最后再連接到地面的CQCC6200環(huán)網(wǎng)交換機。

4.2 機房改造工程

2018年1月至3月對安全監(jiān)控機房進行改造，對老舊的監(jiān)控主備機進行更換，并充分利用原監(jiān)控機房能正常使用的電源避雷器、UPS電源和網(wǎng)絡(luò)交換機等硬件設(shè)備，將監(jiān)控系統(tǒng)軟件升級改造為KJ90N，完善監(jiān)控系統(tǒng)軟件的分級報警、斷電等控制功能；新增2臺數(shù)據(jù)服務(wù)器用于數(shù)據(jù)存儲及聯(lián)網(wǎng)上傳，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的遠程實時監(jiān)測。

4.3 井下改造工程

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

監(jiān)控分站：目前使用的KJ90-F16監(jiān)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(jiān)控分站和KDW660/24B(A)電源箱。井下監(jiān)控分站通過RS485總線與交換機RS485接口相連，將井下監(jiān)控數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心站軟件。

傳感器改造在充分利用現(xiàn)有傳輸電纜的前提下，適當(dāng)增加部分線纜，防護等級達到IP65，內(nèi)部采用抗干擾措施和具備數(shù)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(nèi)部采取抗干擾措施的傳感器，采用內(nèi)部增設(shè)數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊的方式，實現(xiàn)井下傳感器的全數(shù)字化建設(shè)；粉塵濃度傳感器采取外部增設(shè)信號轉(zhuǎn)換器的方式實現(xiàn)數(shù)字化傳輸。

斷電器全部更換為能實現(xiàn)1140V饋電反饋和數(shù)字通訊功能的饋電斷電器。

5 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的效果

5.1 免疫力顯著增強

經(jīng)過升級改造，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)抵抗環(huán)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(wěn)定、冒大數(shù)等問題；井下環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及新的異地斷電策略使發(fā)生斷線時仍能正常工作，與地面主機失聯(lián)時仍能異地斷電；分級報警、邏輯報警功能增強了。

5.2 架構(gòu)明顯“簡化”

由于推行架構(gòu)簡單系統(tǒng)，改造升級后監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)量。

5.3 智能化水平全面提升

升級改造后的監(jiān)控系統(tǒng)具備出現(xiàn)異常時快速定位故障點功能，可定期對設(shè)備工作狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫、雙機熱備、通信模塊進行自診斷，發(fā)現(xiàn)問題及時報警；支持對多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析聯(lián)動，情況異常時自動完成區(qū)域斷電、撤人告知等指令的執(zhí)行。

5.4 功能組合、信息融合、聯(lián)動聯(lián)控得到發(fā)展

升級改造后的監(jiān)控系統(tǒng)普遍支持有線與無線、定點與巡檢的有機結(jié)合，提高了監(jiān)控的有效性。多系統(tǒng)融合、監(jiān)測數(shù)據(jù)共享、控制系統(tǒng)聯(lián)動，促進監(jiān)測監(jiān)控與預(yù)測預(yù)警的一體化發(fā)展，為大數(shù)據(jù)的深度挖掘應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

5.5 技術(shù)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(jiān)控系統(tǒng)主要性能得到大幅提升。