楊村煤礦KJ90X安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造

邵光磊 唐耀勇 張 皓

(兗州煤業(yè)楊村煤礦，山東 濟(jì)寧 272118)

1 礦井概況

楊村煤礦位于兗州煤田西北部邊緣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層多，水量大，歷年來皆為低瓦斯礦井。該礦目前開采二迭紀(jì)山西組的3層煤和該紀(jì)太原群的16上層煤和17層煤。3層煤平均厚度7.94m，16上層煤平均厚度1.16m，17層煤平均厚度1.05m，各煤層均有爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)分別為：16上層煤44.33%，17層煤44.91%，3層煤40.63%。各煤層中自然發(fā)火傾向等級為：16上煤、17煤為三類不易自燃，3煤為二類自燃，自然發(fā)火期3～6個月。2016年礦井相對瓦斯涌出量0m3/t，二氧化碳相對涌出量3.45m3/t；礦井絕對瓦斯涌出量0m3/min，二氧化碳絕對涌出量5.81m3/min。

2 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和改造的必要性

楊村煤礦現(xiàn)運行的監(jiān)控系統(tǒng)為中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司生產(chǎn)的KJ90NB型安全監(jiān)控系統(tǒng)，目前有監(jiān)控分站36臺、開關(guān)量傳感器62臺、模擬量傳感器168臺、饋電斷電器20臺；監(jiān)控主機采用主備機雙機熱備方式，安裝Windows2003操作系統(tǒng)、SQLServer2000數(shù)據(jù)庫管理軟件和KJ90NB型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)已累計運行16年。系統(tǒng)總體使用穩(wěn)定，但與《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》的通知（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）、《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案實施標(biāo)準(zhǔn)》的通知（魯煤監(jiān)技裝〔2017〕70號）的要求相比，在系統(tǒng)數(shù)字化傳輸、抗干擾性能、分級報警和斷電、多系統(tǒng)融合、自診斷功能等方面尚存在不符合要求的情況。

3 監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后實現(xiàn)功能

楊村煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級后，具有如下功能特點：

（1）模擬量傳感器到分站數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)數(shù)字化，設(shè)計傳感器使用RS485總線傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸采用CRC16校驗，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（2）改造更換的分站及傳感器通過浪涌、靜電、群脈沖及輻射等抗干擾認(rèn)證，且系統(tǒng)取得抗干擾安標(biāo)認(rèn)證。

（3）現(xiàn)有的傳輸方式為總線型傳輸方式，需要進(jìn)行升級改造成環(huán)網(wǎng)，設(shè)計的系統(tǒng)傳輸平臺采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+總線技術(shù)，實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)并行快速傳輸。

（4）設(shè)計的分站、傳感器防護(hù)等級均達(dá)到IP65，滿足在惡劣環(huán)境中能正常工作,電源持續(xù)時間可以達(dá)到4h要求。

（5）系統(tǒng)具備接入無線傳感器功能。

（6）KJ90X軟件實現(xiàn)了分級報警，可設(shè)置最多5級，可根據(jù)顏色區(qū)別級別，同時具有瓦斯異常變化識別及篩選功能，可將異常變化的瓦斯傳感器快速篩選出來并形成報表；軟件支持邏輯點報警功能，可根據(jù)用戶實際需求編輯開關(guān)量或模擬量測點，形成新的邏輯測點，并支持對邏輯測點報警或斷電設(shè)置；設(shè)計所有涉及斷電的測點均具有饋電功能，同時可根據(jù)具體斷電需求，實現(xiàn)通過分站完成交叉斷電功能，確保斷電的可靠性；軟件支持多個斷電點設(shè)置，可在緊急情況下實現(xiàn)區(qū)域斷電。傳感器的報警響度達(dá)到80dB，聲光報警頻率可實現(xiàn)4級，使用不同頻率進(jìn)行區(qū)分。

（7） KJ90X軟件完善了邏輯報警功能，用戶可根據(jù)實際業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行自定義配置。

（8） KJ90X安全監(jiān)控平臺發(fā)布了《安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合及聯(lián)動交互數(shù)據(jù)規(guī)范》，人員定位、廣播及電力子系統(tǒng)廠家按照該規(guī)范要求提供數(shù)據(jù)，即可方便實現(xiàn)融合聯(lián)動，聯(lián)動預(yù)案及參數(shù)可設(shè)置。

（9）系統(tǒng)具有自診斷評估功能。智能傳感器實現(xiàn)了類型識別，當(dāng)出現(xiàn)中心站軟件定義的傳感器類型與實際掛接的傳感器類型不一致時，軟件能進(jìn)行類型不匹配報警，同時不保存采集的異常數(shù)據(jù)。如圖1所示。

圖1 傳感器掛接不匹配提示

（10）實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用。傳感器標(biāo)校數(shù)據(jù)分析；異常數(shù)據(jù)分析；大數(shù)據(jù)分析。

（11）對數(shù)據(jù)實施加密存儲。

（12）可實現(xiàn)多系統(tǒng)融合及融合展示。多系統(tǒng)融合的目的是要將安全監(jiān)控平臺相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成融合到安全監(jiān)控平臺中，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的融合展示、分析和利用，支持WEB瀏覽。如圖2、圖3所示。

4 改造技術(shù)方案

根據(jù)楊村煤礦實際，本次系統(tǒng)改造設(shè)計以滿足《煤礦安全規(guī)程（2016版）》及《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案》要求，本著經(jīng)濟(jì)、節(jié)約的原則，避免重復(fù)投資，堅持舊設(shè)備最大化利用的原則進(jìn)行。主要改造內(nèi)容包含機房設(shè)備及軟件改造、傳感器改造、分站改造、環(huán)網(wǎng)平臺改造、饋電斷電器改造5個部分。具體改造方案如下：

（1）機房設(shè)備及軟件改造。采用部分設(shè)備更換及軟件升級相結(jié)合的方式，新安裝融合軟件、上傳軟件、地面聲光報警器、網(wǎng)絡(luò)防火墻、融合服務(wù)器等設(shè)備；

（2）傳感器改造。將礦井所有模擬量傳感器全部改造升級為具備數(shù)字通訊功能、具備抗干擾能力、具備IP65防護(hù)等級的傳感器。開關(guān)量傳感器及斷電控制器未要求采用數(shù)字傳輸，本次監(jiān)控系統(tǒng)升級改造只對不具備抗干擾能力的開關(guān)量傳感器進(jìn)行更換。線纜：由于改造時，絕大部分線纜能重復(fù)使用，只需調(diào)整部分線纜與傳感器的接線方式；

（3）分站改造。在原分站安裝地點一對一更換監(jiān)控分站，本次升級改造采用全新設(shè)計的KJ90-F16(C)總線型分站，分站具有6條總線，其中4條總線用于各類傳感器的接入，1條用于與監(jiān)控主機的通訊，1條用于與其他智能設(shè)備的連接。通過系統(tǒng)優(yōu)化，將部分分站合并，提高分站端口利用率，將井下35臺分站合并為23臺，減少升級改造費用；

（4）饋電斷電器改造。符合升級改造要求，采用部分更換的方式；

（5）環(huán)網(wǎng)平臺改造。其中主干線纜應(yīng)當(dāng)分設(shè)兩條，從副井井筒的兩側(cè)保持一定間距進(jìn)入井下。新建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)百兆環(huán)網(wǎng)一套，本次升級在監(jiān)控機房布置1臺KJJ220地面輸出本安型交換機，并在井下中央變電所、南副巷變電所、三煤變電所各布置1臺KJJ15(A)礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機，并形成光纖冗余環(huán)網(wǎng)。

圖2 二維GIS融合展示

圖3 web瀏覽融合展示界面

5 升級后的系統(tǒng)

KJ90X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的分布式處理模式，能充分發(fā)揮各部分設(shè)備的性能優(yōu)勢，結(jié)構(gòu)簡潔，可操作性強，便于系統(tǒng)的日常維護(hù)及管理。系統(tǒng)主干連接為樹型結(jié)構(gòu)，安裝擴(kuò)展簡單。因此本方案設(shè)計為分層結(jié)構(gòu)，具體組成如圖4所示。

圖4 KJ90X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)束語

楊村煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后，系統(tǒng)功能有了很大提高，維護(hù)操控更加規(guī)范化，提高了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確性、靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性和易維護(hù)性，有效控制和減少了煤礦瓦斯事故，在降低礦井災(zāi)害方面發(fā)揮了重要作用，保障了礦井的安全生產(chǎn)。