興隆莊煤礦安全監控系統升級改造實踐

王 磊 楊 偉

（兗礦集團興隆莊煤礦，山東 濟寧 272102）

1 前言

煤礦安全監控系統能夠對井下環境參數和設備的安全狀態進行實時監測，對異常信息進行報警，對煤礦災害事故監測、辨識、預警以及隱患進行排查治理，對提升煤礦管理水平發揮著重要意義。興隆莊煤礦在用的KJ95N煤礦安全監控系統，已累計運行21年，能夠滿足煤礦的安全需要,但與《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》的要求相比存在許多不足。因此，有必要對興隆莊煤礦在用安全監控系統進行升級改造。通過新技術、新裝備的應用，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，促進安全監測監控多元融合和信息共享，提高礦井安全預測預警水平，實現安全監測監控信息的深度分析和綜合利用。

2 原有安全監測監控系統存在的問題

隨著礦井機械化、自動化、信息化水平的提升，煤礦安全監控系統在礦井安全生產中的地位越來越高，但是與《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》的要求相比存在以下問題：

（1）系統穩定性、準確性有待提高。抗電磁干擾能力低；防護等級低，遇淋水等誤報警；模擬信號易受傳輸線路干擾、冒大數、偽數據等。

（2）由于模擬傳輸信號不能復用，每個傳感器必須通過一條獨立電纜與分站信號傳輸，布線量大。

（3）通信協議不規范，井下各系統單獨布線，無融合功能，重復敷設電纜，不能共線共攬，不能進行應急聯動。

（4）功能不完善，性能不高。智能化低不能自診斷，偽數據標注，調校提醒；容易篡改數據；備用電源時間短；模擬量傳輸誤差大；巡檢周期長顯示數據為非實時數據；異地斷電時間2倍巡檢周期。

（5）催化原件傳感器性能差，穩定性差，標校周期短，浪費大量人力。

3 升級改造內容

根據煤礦安全監控系統的特點，本著經濟、穩定、總體規劃、分步實施最終實現平滑過渡的原則，分步進行系統升級改造，結合礦井的自身條件和特點，采用新舊兩套系統并行運行的方式進行升級改造。對不同的采區，逐一在規定時間內完成升級。

圖1 安全監控系統示意圖

（1）地面部分：為了確保煤礦安全監控系統數據的處理時效和安全，地面部分建設一套軟件平臺和硬件平臺。主要包含監控主備機、數據融合服務器、短信收發平臺和監控系統軟件等，并安裝大容量數據庫SQL Server2012標準版。實現工業環網和辦公網內子系統的數據處理與WEB發布，組建多系統融合平臺、GIG展示，實現“一礦一圖”。軟件全面升級，實現系統自診斷、自評估、數據加密，標校提醒、分級報警等功能。

（2）傳輸部分：為了提高系統的響應時間、異地斷電時間及提高數據傳輸效率，系統主傳輸依靠工業以太網+現場總線，傳感器、執行器采用現場總線的無主采集架構方式（如圖1）。該架構通信方式區別于傳統的監控系統由上位機作為巡檢主機的傳輸方式，采用多主結構、事件主動上傳、傳輸壓縮算法機制，縮短系統的巡檢周期和異地斷電時間，實現窄帶優先傳輸和斷線續傳。其特性代表了煤礦安全監控系統的發展方向。

（3）井下設備部分：為了滿足國家和相關行業標準、文件的要求，對井下設備實施按照時間節點分采區更換升級的原則。傳感器全部更換，實現數字化傳輸，提升防護等級及抗干擾能力，采用具有即插即用、在線標校、故障診斷、地址重復提醒的分體式設計智能傳感器，并在采掘頭面使用先進的低功耗激光甲烷傳感器、多參數傳感器。電源更換升級，增加在線管理功能，電壓、電流、電量實時上傳，并增加了電池容量和帶載能力，備用電源能維持斷電后正常供電時間由2h提升到4h，保證監控系統數據采集的連續性和穩定性。

4 升級改造取得效果

（1）數字式智能傳感器及低功耗激光甲烷傳感器的使用，提高了安全監控系統的性能和安全可靠性，有效地解決了運行不穩定、冒大數等問題；井下無主分布式控制策略，使分站與地面主機失聯時仍能夠異地斷電，能夠更好地適用煤礦安全生產的需要。

（2）傳感器數字化傳輸，一條線路可串接多個傳感器，有效地減少了井下布線數量，傳感器模塊化設計，二次儀表便于更換維修，降低了系統建設維護成本。

（3）傳感器、電源、分站具有故障診斷功能，能夠幫助維修人員快速判斷故障原因，縮短排查、解決問題時間、提升井下安全生產技術保障水平。

（4）應急聯動平臺、短信報警平臺手機客戶端的使用，能夠有效地提升礦井事故防控預警和應急處置能力，促進監測監控與預測預警的一體化發展，實現安全監控數據的深度挖掘應用。

（5）實現了安全監控系統、人員定位系統、視頻監控系統、語音廣播系統的融合。并將安全監控系統、調度通訊、人員定位系統數據通過GIS實現“一礦一圖”信息綜合顯示，方便應急救援指揮人員，更直觀、便捷地了解井下情況。

（6）系統性能提升一個臺階，巡檢周期、異地斷電時間、供電距離、后備電池帶載時間、誤碼率等系統主要性能大幅提升。

（7）使用維護更方便，傳感器的全數字化傳輸、電源遠程充放電維護管理、設備即插即用、在線標校、故障診斷，大大方便了設備的安裝維護，減少了系統維護難度。

5 結束語

根據《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》的要求，興隆莊煤礦對安全監控系統進行全面升級，采用全新的系統架構，極大提升了系統性能，實現了安全監控、人員位置監測、應急廣播、視頻監控等多系統的融合及聯動，提升了礦井裝備水平，為其它礦井升級改造工作提供了參考經驗，為煤炭行業安全監測升級改造提供了現場應用依據。