煤礦安全監控系統穩定可靠性技術研究與實踐

孟凡倫 張 乾 曹躍飛

（山東能源集團棗礦集團付煤公司，山東 棗莊 277000）

1 科學規劃助力全面實施

付煤公司煤礦安全監控系統升級改造由地面和井下兩部分組成。地面主要包括調度室安全監控主備機的更換以及主備機軟件的更新，洗煤廠、北風井、南風井各類傳感器、智能監測分站、智能電源的更換；井下主要包括8個供風掘進工作面、兩個采煤工作面和一個備用工作面更換各類監測設備傳感器、智能監測分站、隔爆智能電源共計296臺，在2個采煤工作面回風隅角、工作面切眼、回風巷和4個掘進工作面及回風流等地點安裝使用甲醛傳感器14臺，在安全避險硐室安裝使用多參數傳感器2臺、紅外線二氧化碳傳感器6臺，在采掘工作面回風巷安裝使用粉塵傳感器進行實時監測。

安全監控系統升級后傳感器的防護等級均達到IP65。安全監控系統可通過主備機實時顯示模擬量傳感器、控制器、電源箱等設備的工作狀態，通過地面主備機軟件和井下傳感器采集數據信息聯動實現報警、斷電等控制功能。

2 局部優化確保系統穩定

2.1 風筒傳感器改造

利用電磁感應原理，將磁體和干簧開關組件分別裝在兩個離合支架上，當風筒有風時，磁體組件緊靠干簧開關組件，由磁力產生的磁場使干簧開關組件維持閉合狀態，輸出閉合信號給地面中心站顯示風筒 “有風”狀態；當風筒無風時，磁體組件離開了干簧開關組件，即輸出斷開信號給地面中心站顯示風筒“無風”狀態。改造后傳感器運行可靠，故障率低，有效解決了機械觸點式風筒傳感器在風機切換試驗、延接風筒、放炮震動時出現誤報警，導致迎頭斷電，影響掘進生產的現象，提升了安全監控系統的穩定性。

2.2 采空區密閉實時監測技術

采用GD7多參數傳感器，可同時完成多個環境參數測量，用于連續監測采空區密閉前甲烷、一氧化碳、二氧化碳及溫度、氧氣、及密閉內負壓，通過監測系統實時上傳，便于及時發現氣體采集地點的隱患，并根據氣體變化情況制定科學的治理方案，采取有效措施做好采空區治理，及時消除隱患，為實現采空區管理可防、可控、科學、有效提供了有力保障。

2.3 風門語音提示優化改造

井下風門多為一處兩道，主要通車行人風門需安設語音報警裝置，風門語音提示裝置由風門磁控開關、語音報警裝置組成，原系統每處風門需2臺語音報警裝置和2套磁控開關，通過改進接線方式，加設三通線盒，實現了2套風門磁控開關接入1臺風門語音提示，并具備打開風門語音報警的功能。節約了設備投入，使整個語音報警系統維護方便，對煤礦安全生產起到了積極作用。

2.4 安全監控系統斷饋電系統改造

使用本身具有饋電功能的KDG1140斷電器對斷饋電系統進行改造，該斷電器能夠直接接入1140V供電開關，解決了原斷饋電系統由于搭接饋電傳感器需敷設電纜距離較長而導致的饋電不準確問題，能夠為地面人員準確提供現場供電開關的供電狀態，準確監測風機切換試驗期間及傳感器故障斷電期間供電開關的狀態，實現了監測數據準確，監控系統可靠。

3 提前調試降低運行風險

為確保安全監控系統每臺設備在井下正常運行，設備在投入使用前首先在地面通電運行48h并調試合格后再投入使用。在系統升級改造期間，為了保障原有系統的正常運行和現場安全生產，系統升級改造小組與廠家多次協調溝通和模擬研究，確定了原系統設備與新系統設備同步運行的施工方案，在調度室重新安裝一套新安全監控系統主備機，滿足安全監控系統升級改造的數據應用和管理工作。待新系統穩定后再將傳感器逐臺接入新系統，減少升級改造對監控系統及生產的影響。

4 系統改造的問題和措施

4.1 開發智能總線型分站

在更新設備過程中，由于系統分站信號采用總線式傳輸，發現數據采集刷新傳輸速率慢，且某臺設備故障時可能引起相關設備運行不正常，影響面較廣。為克服這一技術難題，付煤公司及江蘇三恒公司組織技術骨干進行技術攻關，經過現場工作人員36h反復調試測試，及時開發投入了KJ770-5型智能總線型分站，有效隔離各設備，使之互不干擾，有效避免上述問題發生，提高了數據采集傳輸速率。

4.2 應用升降式傳感器吊掛裝置

升降式傳感器吊掛裝置根據吊梁擋車器設計安裝原理，依據傳感器實際重量，使用細鋼絲繩連接，吊掛裝置，通過收緊和放開鋼絲繩實現傳感器的升降。升降式傳感器吊掛裝置的應用，避免了由于傳感器吊掛較高帶來的維護、標校、測試不便等問題，且規范了現場傳感器安裝，使傳感器吊掛美觀，便于讀取數據，提升了現場質量標準。同時實現了施工人員施工過程管控，從提供本質安全的作業環境入手，從源頭抓好安全工作。

4.3 優化電路布局

激光甲烷傳感器和粉塵傳感器功耗大，接入系統時造成干線電壓低，易損壞電源箱供電線路板。現場工程技術人員連續奮戰兩天，對傳感器、分站、供電電源進行逐一排查，通過反復試驗測試，最終制定出解決方法：（1）投入使用直徑為0.52mm通信電纜連接各類傳感器；（2）將分站的4路輸出端其中的兩路并聯后為功耗大的傳感器進行供電；（3）把電源箱供電主板更換為24V主板，以實現一路電源同時為多臺傳感器供電的目的。目前通過前期摸索實踐，進一步優化了原有系統布局，有效減少了線纜的使用及維護工作量，降低了系統故障率。

4.4 建立應急聯動平臺

在安全監控系統升級改造過程中，對礦井各系統軟件進行了統一協議，開放數據庫端口，建立了綜合應急聯動平臺。利用綜合應急聯動平臺讀取各系統的數據，實現監測監控系統自動與應急廣播、通信聯絡、人員位置監測等系統應急聯動。當安全監控系統檢測到井下發生災害（如瓦斯超限、瓦斯突出預警、火災預警等重大災害事件）需要立即撤人的情況下，安全監控系統可自動實現與應急廣播、通信聯絡、人員位置監測等系統應急聯動。通過井下應急廣播系統、通信聯絡系統通知危險區域人員撤離，并利用人員位置監測系統雙向緊急呼叫功能，自動通知危險區域人員進行撤離。

5 系統運行實現預期功能

通過一系列規劃措施的穩步推進，以及相關技術人員不斷探究完善，升級后的安全監控系統自運行以來，運行平穩。實現了系統數字化傳輸，確保數據傳輸可靠性；設備防護等級提升至IP65，抗干擾等級達到標準要求，有效避免了井下復雜環境對設備穩定運行的影響；安全監控系統可根據瓦斯濃度、一氧化碳濃度、超限持續時間、超限范圍等設置不同的報警級別，實現分級響應報警和邏輯報警功能；系統推行了區域斷電，完善就地斷電功能，提高了斷電的可靠性，并加強饋電狀態監測；系統能夠對電源模塊的工作狀態進行實時監測并上傳；系統具有自診斷和自評估功能、數據分析與應用等功能，升級上傳程序，具備多路數據上傳功能，保證上傳數據的安全可靠；系統采用RSA加密算法對數據進行加密，確保數據無法被破解篡改；系統軟件界面友好，方便調用，強化幫助功能，方便信息查詢；系統具有與煤礦安全監控系統檢查分析工具對接數據，可滿足煤礦監管監察要求；系統具備多網、多系統融合功能等13項規定要求。

6 結束語

付煤公司借助監控系統升級，打造完善的安全監控系統，在落實“以人為本”的安全發展理念上邁出新步伐。付煤公司將繼續強化安全監控系統的信息化、集成化、智能化建設，積極學習先進的工作方法和管理經驗，著力培養復合型工作人才，不斷提高安全監控系統保障能力，努力營造穩定可靠的安全生產環境，為礦井安全生產保駕護航。