亭南煤礦安全監控系統升級改造應用實踐

陳足章 尹經梅 沈建廷

（陜西長武亭南煤業有限責任公司，陜西 咸陽 712000）

1 煤礦安全監測監控系統介紹

礦井安全監測監控系統是運用專用的網絡進行信號傳輸，通過傳感器進行信號轉換，對井下的CH4濃度、CO濃度、CO2濃度、H2S濃度、礦塵濃度、風速、風壓、濕度、溫度、饋電狀態、風機狀態等進行實時監測，實現超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖等功能的系統。通過數據處理，在調度指揮終端顯示測量參數、數據報表、曲線顯示、圖形生成以及故障統計和報告，為管理人員掌握生產過程中各個環節的情況提供了方便，科學地指導管理人員去消除安全隱患，為礦井安全提供保障[1-2]。其系統結構如圖1所示。

煤礦安全監測監控系統，對煤礦的安全生產起著至關重要的作用。例如對井下CH4、CO等氣體的監測，可以方便掌握井下的CH4濃度、煤層的自燃情況，指導煤礦進行災害防治，降低發生礦難的風險；通過對井下作業人員實時監控，可以掌握現場工作人員的狀態和位置，為礦工的生命安全提供保障。

2 煤礦安全監測監控系統發展現狀及趨勢

中國煤礦安全監測技術應用較晚，最早從英國、美國引進礦井安全生產監測監控系統，但這些系統存在價格過高、體積較大、技術上相對不成熟等問題，不能滿足中國礦井實際生產需要。中國科研人員通過借鑒國外安全監控系統的研發技術并結合中國煤礦現場實際，先后研制出了KJ2、KJ4、K92等安全監測監控系統。隨著科學技術的發展，又相繼研制出了KJ2000、KJG2000安全監測監控系統以及MSNM、WEBGIS等綜合數字化安全監測監控系統。隨著云計算、大數據、微電子的不斷發展，煤礦安全監測監控系統將向信息化、自動化、網絡化方向發展[3]。

圖1 煤礦安全監測系統圖

隨著我國煤礦不斷向信息化、智能化方向發展，目前使用的安全監測監控系統將無法滿足礦井實際生產要求，因此需要對安全監測監控系統進行升級改造。本文以亭南煤礦安全監測監控系統的升級和改造為背景，闡述煤礦安全監測監控升級改造的必要性以及成功經驗，為其他礦井提供借鑒。

3 安全監測監控系統存在的缺陷及改造方案

3.1 安全監測監控系統存在的缺陷

亭南煤礦采用KJ76N煤礦安全監測監控系統，隨著使用時間的延長以及科學技術的發展，其非數字化、抗干擾能力弱、傳感裝備落后、報警和斷電分級響應功能不靈敏、異常數據判斷弱等缺點越來越明顯，不能滿足礦井大型化、安全化、信息化的要求，其主要問題具體表現在以下方面：

（1）CO、CH4等傳感器工作穩定性差，調教頻繁，分級報警不靈敏，當濃度過高時會出現靈敏度飄移的問題，在礦井的潮濕環境中，往往會造成供電不足、異常斷電等問題，給礦井安全生產埋下隱患。

（2）傳感器防護等級和抗干擾能力嚴重不足，在井下靜電場、力場、電磁波場等復雜的環境下，容易發生故障，造成監測結果出現偏差。

（3）分站與中心站之間的數據傳輸采用模擬量，需要更多專業的人士進行圖表、曲線分析，數據的存儲和識別功能也比較弱，對異常數據檢測不夠準確和全面。

（4）系統資源沒有得到全部的整合和共享，現場設備故障較多，記錄功能不強，無法對設備進行遠程操作。在系統發生故障時，不能準確判斷故障位置、類別，無法安排人員迅速進行故障排除。

3.2 改造方案

亭南煤礦響應國家煤礦安監局《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》的要求，對KJ76N煤礦安全監測監控系統進行了升級改造。

亭南煤礦在KJ76N煤礦安全監測監控系統升級改造的過程中，綜合考慮礦井現場實際情況，委托淄博瑞安特自控設備有限公司對KJ76N煤礦安全監測監控系統進行升級改造，其配備設備清單如表1所示。

（1）采用雙路IntelXeonE5-2620V3 CPU，超8G內存，硬盤容量增大至3×300G，網卡增加到4個以上。

（2）傳感器與分站之間增加信號轉換器，將原有模擬量傳感器的頻率信號轉換成數字信號進行傳輸。使用先進的激光傳感器，實現了濃度分級報警，其報警等級如表2所示。將傳感器的防護等級由IP54提升到IP65，可在淋水環境下正常工作。傳感器、分站更換本著不影響數據監測傳輸、不影響正常生產的原則進行，在地面對傳感器進行調試，待48h穩定后入井。現場安裝時，從分站開始至工作面敷設監測線纜，利用分站的備用電源對各傳感器進行調試，調試成功后進行入網調試，整個入網過程用時不得超過5min，實現數據監測不中斷，對生產無影響，達到無縫對接。

（3）實現多系統融合。安全監控系統具備數字傳感器及相關顯示功能，具備開關量顯示功能，具備累計量顯示功能，具備模擬量曲線和開關狀態圖顯示功能，具備傳感器實時曲線和歷史曲線顯示功能，具備模擬動畫顯示功能，具備系統設備布置圖顯示功能，支持數據、開關量狀態的模擬盤顯示，支持圖形、曲線、數據的大屏幕或多屏顯示，具備報表、曲線、柱狀圖、狀態圖、模擬圖、初始化參數等召喚打印功能，具有自診斷功能，具有井下不間斷電源綜合管理功能，具有操作權限管理功能；人員定位系統部分具備顯示煤礦基本信息功能，顯示職工基礎信息功能，顯示考勤信息管理功能，呼叫查詢功能，支持地圖游覽；應急廣播系統部分具備顯示系統基本配置功能，顯示音響狀態功能，顯示系統實時任務功能，顯示定時任務功能，顯示已存儲語音節目庫功能。

表1 設備清單

升級改造實現了井下有線和無線傳輸網絡的有機融合、監測監控與GIS技術的有機融合，增強了自我診斷和評估能力，同時也加強了異常數據的識別和處理能力，提升礦井安全預警機制，為礦井的安全提供強有力的保證。其性能參數如表3所示。

表2 CH4濃度分級報警

表3 升級后系統性能參數表

4 亭南煤礦安全監測監控系統使用及管理

亭南煤礦在KJ76N煤礦安全監測監控系統的使用及管理中遇到了不少問題。比如，KJ76N-F2分站通電，接入傳感器后，信號無正常通訊；激光傳感器校對時無法正常觀察報警點；粉塵檢測數據與上傳數據不符。綜合分析，出現這些問題的原因有：

（1）井下條件比設計時預估情況更加惡劣，設備不能完全適應井下條件，從而出現運行異常。

（2）設備自身存在缺陷，不能實現預期功能。

（3）缺少專業技術人員對系統進行調試和維護。

綜合分析上述三個原因，前兩個聯系廠家均能得到解決，第三個問題的解決比較繁鎖。因為設備調試和維護是監測監控系統在使用過程中一直持續的工作，雖然廠家也可配專業的人員駐礦，但這樣仍是很不方便，且監測監控系統是一個集電學、物理、計算機等多學科于一體的綜合體，對技術要求比較高，許多監測工計算機方面知識欠缺。因此需要煤礦對專業技術人員進行專業培訓，使監測工具備一定的專業技能，從而滿足崗位要求，為企業創造效益[4-5]。

5 結論

（1）通過對煤礦安全監測監控系統發展現狀和發展趨勢進行分析發現，煤礦安全監測監控系統將向信息化、自動化、網絡化方向發展。

（2）通過對亭南煤礦安全監測監控系統的缺陷分析，響應國家煤礦安監局的要求，完成KJ76N煤礦安全監測監控系統升級改造，實現數字化傳送、分級響應、多系統融合的功能。

（3）分析了亭南煤礦安全監測監控系統在升級中出現的問題，剖析了問題原因，提出了解決方案。