安全監控系統升級改造以及在煤礦安全生產中的應用

李修磊

（山東魯泰控股集團有限公司鹿洼煤礦，山東 濟寧 272300）

1 安全監控系統升級改造的背景

為順應煤礦行業的發展趨勢，加強煤礦安全生產信息化管理，增強煤礦安全保障能力，2016年底國家和行業均對煤礦安全監控系統提出了新的要求，特別是煤安監函〔2016〕5號、魯煤監技裝〔2017〕70號等文件的出臺，對煤礦原有安全監控系統的升級換代勢在必行。鹿洼煤礦嚴格按照上級文件要求，認真組織開展安全監控系統升級改造工作，礦井成立了安全監控系統升級改造工作領導小組，編制了安全監控系統升級改造方案并進行了論證審核。

2 安全監控系統簡介

升級改造前，鹿洼煤礦使用北京仙島新技術有限責任公司生產的KJ66NA型安全監控系統，系統主干網絡采用總線式傳輸，傳感器到分站采用頻率/開關量模擬信號傳輸，分站到中心站采用雙絞線差分同步二相碼的數據傳輸方式傳輸。隨著技術發展和要求提高，在用安全監控系統已無法滿足國家煤礦安全監察局下發的《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）文件要求。

（1）傳輸數字化。部分分站至中心站采用FSK傳輸，傳感器與分站之間采用頻率/電流模擬量傳輸，不滿足數字化傳輸要求。

（2）抗電磁干擾能力。設備未通過電磁兼容試驗，不滿足抗電磁干擾能力要求，系統極易產生誤報警，嚴重時通信中斷，設備無法工作。

（3）先進傳感技術及裝備。無激光、紅外原理的低功耗傳感器；所有傳感器采用頻率或電流信號輸出，不具備自診斷功能；未使用多參數傳感器、無線傳感器。

（4）設備防護等級。現有設備防護等級為IP54。

（5）報警斷電等控制功能。系統不具備分級報警、邏輯報警功能，不具備就地斷電和區域斷電功能。

（6）支持多網、多系統融合。系統不支持無線傳感器接入；未實現井下有線與無線傳輸網絡的有機融合；未實現安全監控與GIS技術的有機融合；未實現安全監控系統與人員位置監測系統、應急廣播系統的融合。

（7）格式規范化。系統主干網絡未采用工業以太環網，分站至主干網之間采用FSK傳輸；模擬量傳感器、執行器至分站采用模擬量信號傳輸，未采用工業以太網、RS485、CAN等規范接口；系統支持聯網平臺上傳，但不滿足統一數據格式要求。

（8）自診斷、自評估功能。系統不能進行自診斷、自評估，不能進行偽數據標注及異常數據分析；傳感器、控制器無法實現定義類型錯誤提示；無法實現模擬量傳感器維護、定期未標校提醒。

（9）數據應用分析。系統不具備偽數據標注及異常數據分析；不具備瓦斯涌出、火災等的預測預警；不具備大數據分析，如多系統融合條件下的綜合數據分析等；不能與煤礦安全監控系統檢查分析工具對接數據。

（10）應急聯動。系統未實現與人員位置監測系統、應急廣播系統的融合，無法實現緊急情況時的系統聯動。

（11）系統性能提升指標。備用電源維持斷電后正常供電時間為2h。

（12）加密存儲。系統未實現按MD5、RSA加密算法的數據進行加密。

3 系統升級改造方法及步驟

3.1 改造方法

根據實際情況，結合系統特點，采取淘汰舊系統、全新安裝新系統、多系統井上融合的方式，具體方案見改造實施步驟。

3.2 改造實施步驟

（1）地面機房安裝好井上環網交換機、環網控制主機、監控主備機及KJ70X系統支持軟件。

（2）待入井設備接入井上環網交換機，調試成功并穩定運行48h以上。

（3）井下預設地點鋪設光纜，安裝KJJ110型礦用隔爆兼本安型環網交換機。

（4）井下安裝調試好的監控分站及傳感器。

（5）新舊雙系統并列運行，觀察對比雙系統數據并完善新系統設置，處理多網融合、三維GIS聯動等問題。

（6）新系統穩定運行后，撤除舊安全監控系統。

安全監控系統采用工業以太環網組網方式，系統架構如圖1。

圖1 工業以太環網組網系統架構

4 系統升級改造保障措施

在改造期間，為保證原系統的正常監測，保證系統改造工作的順利進行，確保改造期間的安全生產，根據系統升級改造的特點，特制定以下系統升級改造期間的綜合性安全技術措施：

（1）保證系統改造施工的安全措施；

（2）加強系統改造期間瓦斯檢查的安全措施；

（3）施工供電安全措施；

（4）系統升級改造期間雙系統并行的安全措施。

5 系統升級改造效果

升級改造后的安全監控系統基于“工業以太環網+現場總線”通信架構，采用分布式控制、多系統數據融合、斷線續傳、電磁兼容、設備故障診斷等技術，所有傳感器均實現數字化傳輸。環網交換機至分站采用光纜或RS485進行通訊。傳感器防護等級為IP65，系統、環網及分站備用電源能維持斷電后正常供電4h以上。

采煤工作面回風隅角、工作面、回風巷、掘進工作面及回風流均使用GJG100J型激光甲烷傳感器，其它地點使用GJC4型催化式甲烷傳感器。系統設置甲烷、一氧化碳濃度分級報警，可根據濃度、超限持續時間、超限范圍等內容，設置不同的報警級別，實施不同的分級響應。系統具備邏輯報警功能，根據巷道布置及瓦斯涌出等內在邏輯關系，設置了邏輯報警，確保了安全監控系統的正常使用。

聯動平臺采用地面融合方式進行多系統融合，在地面三維聯動平臺上將應急廣播系統、人員位置監測系統、調度通信系統與安全監控系統進行系統融合。通過三維GIS平臺的支持，可直觀地看到礦井地面及井下生產作業地點的空間分布，安全監控系統、人員位置監測系統等設備安裝位置、井下實時人員分布情況。當出現需要立即撤人的緊急情況時，平臺發出聯動指令實現監控系統區域斷電，應急廣播自動發出撤人報警語音信號，人員位置監測系統識別卡發出聲光報警信息，通知人員立即撤離至安全地點，系統實時顯示預警區域及區域人員分布統計情況，實現多系統之間應急聯動功能。通過監控系統的聯網功能，可實現向上級單位的數據上傳，實現集中監管。

新系統滿足《煤礦安全規程》（2016版）、《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）、《關于印發山東煤礦安全監控系統升級改造技術方案實施標準的通知》（魯煤監技裝〔2017〕70號）、《煤礦安全監控系統及監測儀器使用規范》（AQ1029-2007）、《煤礦安全監控系統通用技術要求》（AQ6201-2006）等相關技術要求，運行狀況良好。

6 升級改造過程中存在問題

（1）KJ770-F5型監控分站RS485傳輸接口端子只有一個，接線時不便于操作，維護線路時有可能導致分站下所有傳感器斷線。

（2）在聯動平臺建設過程中，安全監控與調度通訊、應急廣播系統接口不統一，各廠家配合難度大，使得融合聯動平臺的建設進度過慢。

7 結語

安全監控系統經過升級改造，能夠滿足新標準的要求，并解決了系統存在的老舊頑癥，有效防止了線路接觸不良產生的斷線或電磁干擾造成的“假數”信號等問題，增強了干擾防護能力，提高了斷電性能，提高了系統穩定性和可靠性。由于各級監管部門能夠及時監督煤礦監控設備的運行情況，大大提高了設備的使用率和完好率。此次升級改造提升了煤礦企業的智能化水平與安全生產管理水平，對改善煤礦安全狀況和促進煤礦行業技術進步有著重要的意義，亦是積極貫徹執行國家法律法規，實現煤礦企業安全發展的具體表現。