基于多系統融合的煤礦安全監控系統升級改造研究

王晉鋒

（山西煤炭運銷集團裕興煤業，山西 高平 048403）

1 煤礦現有監控系統評估

裕興煤業有限公司核定生產能力為90 萬t/年，現有一套KJ340 型煤礦安全監控系統，主要用來檢測甲烷、一氧化碳、風速、負壓、溫度以及局部通風機、皮帶和水泵的開停狀態等。礦井于2011 年安設一套井下人員定位考勤管理系統，系統主要由主備機、傳輸接口、定位分站、讀卡器、識別卡等組成。同時，礦井安設有HL-TKB19 型有線通信系統、KT338 型語音廣播系統、KT105A 型無線通信系統。在升級改造之前對礦井現有的安全監控系統、人員定位系統、通訊系統進行了評估，現有的系統存在以下問題：

（1）現有安全監控系統未實現多網、多系統融合，專網運行，信息孤島，預警弱，系統間聯動不足，海量數據未充分利用。如：監控系統無法實現環境監測、人員定位、應急廣播、視頻監測等系統的融合，不支持系統之間的應急聯動。

（2）信息傳輸抗電磁干擾能力差，穩定性、可靠性不高，易受到水、塵的影響，抗人為干擾能力差。現有監控系統部分分站、傳感器未通過抗電磁干擾能力實驗，且未取得抗干擾實驗相關的安標認證。

（3）系統功能不完善。現有監控系統可以實現就地斷電、報警和異地斷電功能，具備區域斷電功能，不具備分級報警和邏輯報警功能；具備部分自診斷、自評估功能，但傳感器設置與定義檢查、井下監控設備故障自診斷、軟件故障自診斷等功能達不到新標準要求。

（4）數據傳輸及系統性能指標不達標。現有系統傳感器采用頻率或電流信號傳輸數據，未建立工業以太網及實現完全數字化，模擬量傳感器與分站之間采用頻率信號傳輸方式。

2 升級改造方案設計

升級改造的前提是搭建一套煤礦安全監控多系統融合平臺，將安全監控系統、人員管理系統、供電監控系統、視頻監控、應急廣播通訊系統在地面集成、匯聚到融合系統，實現多系統集中監控、數據共享。多系統融合平臺架構如圖1 所示。系統支持多種數據格式/協議的接入，包括TXT、OPC、API 等格式，并可為其他相關系統提供所需數據。

圖1 安全監控多系統融合平臺的搭建

在搭建多系統融合平臺的前提下，依據《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》要求：系統主干網應采用工業以太網，傳輸數字化，支持多網、多系統融合，因此，為實現升級改造必須為煤礦建設一個安全監控專用的工業以太環網。工業以太環網傳輸線路：采用MGTSV-12B 光纜，光纜從調度機房核心交換機經副井至中央變電所KJJ18 礦用本安型千兆環網交換機，從中央變電所沿軌道運輸大巷至二采區配電點KJJ18 礦用本安型千兆環網交換機，從二采區沿膠帶運輸大巷經主井口至地面洗煤廠KJJ18 礦用本安型千兆環網交換機，最后從地面洗煤廠至調度機房核心交換機，形成工業以太環網。然后以工業以太環網為媒介，將業務終端、顯示終端、數據中心、移動應用、井下各監測分站、各系統模塊整合，實現安全監測、人員定位、應急廣播、視頻監測等系統的融合，達到系統之間的信息共享及應急聯動。

根據搭建的多系統融合平臺及架構設計，選用山西陽光三極公司研發的KJ340X 型煤礦安全監控系統，設計安全監控多系統融合拓撲圖，如圖2所示。

圖2 煤礦安全監控系統拓撲圖

3 KJ340X 煤礦安全監控系統的安裝使用

3.1 安裝及維護

必須先完成系統軟件、環網的建設，再按片區完成分站、電源、傳感器的更換工作。具體步驟如下：第一步是建設煤礦安全監控系統專用千兆工業以太環網；第二步為了不中斷安全監測系統的正常運行及數據上傳，在監控室搭建新的安全監控系統平臺，新舊兩套軟件系統并列運行，并生成數據上傳至上級監管部門；第三步是分階段、分區域進行分站、電源、傳感器的更換，優先改造不具有斷電控制功能區域的分站及傳感器，再改造采掘工作面的分站、電源、傳感器，逐步接入新系統；第四步是對接人員管理系統、通訊系統、應急廣播系統等，實現多系統的融合及聯動；第五步是貫穿整個安裝過程的調試、校核及維護管理工作。

3.2 升級后的使用效果

升級后的系統符合《煤礦安全規程》及國家煤礦安監局印發的《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》等行業標準的要求。系統具有融合功能，實現人員定位、廣播、通訊、視頻監控、設備監控及電力監控等系統的融合交互，實現應急聯動，聯動關系可根據實際情況設置。系統實現“一礦一圖”功能，集成煤礦安全環境狀況各方面的信息于一個界面，直觀展示煤礦安全生產環境監測實時數據及變化趨勢，滿足安全管理需要。

系統可接入分站數量最大255 臺，每臺分站可配接傳感器最大32 個，系統最大測點數8160 點；系統巡檢周期小于10s，本地斷電時間小于2s，異地斷電時間小于20s；分站具有遠距離供電功能，最大距離不小于6km；系統采用全數字傳輸方式，數據傳輸質量高，抗干擾能力強，有線支持以太網、RS485、CAN 傳輸方式，無線支持Zigbee；系統已通過抗電磁干擾試驗；系統具有分級報警和邏輯報警功能；具有就地斷電功能和異地斷電功能，并加強了饋電狀態監測，提高斷電的可靠性；系統具備定期的自診斷、自評估功能，具備分級報警、邏輯報警、就地斷電、異地斷電等功能。

4 結語

安全監控系統作為煤礦信息化的基礎將得到越來越多的關注和重視。一些老舊礦井現有的安全監控系統不達標，推倒重建的成本高、工期長。裕興煤業有限公司對原有的安全監控系統等進行多系統融合，利用新技術和產品進行升級改造，取得了良好的應用效果，同時控制了成本，縮短了工期，為礦井安全監控系統的標準化改造提供了新的思路及成功經驗。