坪上煤業安全監控系統的研究

張 峰， 王 堯

（山西晉煤集團沁秀公司坪上煤業， 山西 晉城 048000）

引言

山西晉煤集團坪上煤業有限公司位于沁水縣端氏鎮曲堤村，為資源整合礦井，是由山西晉煤集團寺河礦北區瓦斯抽放工程井和沁水縣坪上煤業有限公司整合而成的兼并重組整合礦井。礦井年設計生產能力90萬t，屬煤與瓦斯突出礦井，對煤礦井下通風系統的安全性和穩定性要求較高。該礦最初采用了KJ90NB煤礦安全監控系統，該監控系統具有結構簡單的優點，但隨著綜采作業的進行，綜采作業過程中的瓦斯溢出量不斷增加，給煤礦井下的綜采作業帶來了嚴重的影響，現有的監控系統已經無法滿足日益增加的通風安全性需求，因此提出建立KJ90X煤礦安全監控系統的方案，該煤礦安全監控系統采用了先進的分布式處理模式，能充分發揮各部分設備的性能優勢，具有智能程度高、抗干擾能量強、穩定性好的優點，極大地提升了煤礦井下綜采作業的安全性。

1 KJ90X煤礦安全監控系統的結構設計

坪上煤業有限公司的安全監控系統以工業數據總線系統為核心，將地面上的監控中心、數據信息存儲系統、數據信息查詢及分析系統之間實現互聯互通，同時將煤礦井下的瓦斯監控分站、通風監控分站、排水監控分站等進行連接，實現了井下和地面數據的有機互聯，滿足了在各種工況下的數據監控準確性和連續性的監控需求，確保了對井下安全生產環境的實時監控[1]。

為了便于對煤礦安全的監控，提升監控效率和數據傳輸的速度，該煤礦井下安全監控系統首次采用了少層級監控結構，整個結構分為三層數據處理結構，極大地提升了數據傳輸和分析的準確性，特別是采用了分布式的數據處理方法，能有效提升數據處理速度和監控穩定性，發揮了監控設備和系統的優點，具有結構簡潔、可操作性強的優點，系統主干連接為樹型結構，安裝擴展簡單，該安全監控系統的整體結構如圖1所示。

圖1 KJ90X煤礦安全監控系統結構示意圖

由圖1可知，該控制系統的“大腦”是煤礦安全監控系統的地面監控中心，作為整個系統最關鍵的部分，主要用于對整個監控系統監測數據的分析、存儲、顯示等，同時還具有遠程監測和控制功能，實現在地面上對井下各設備運行情況的靈活調控，滿足煤礦井下運行安全性的需求。監控中心的顯示器用于直觀顯示出各類數據信息，該類型的數據信息均通過簡化的圖表形式進行顯示，便于監控人員對井下運行狀態的監控，具有準確性和及時性。

該煤礦安全監控系統的網絡架構為工業以太環網，采用了高速光纖傳輸系統，具有數據傳輸能力大、數據傳輸速度快、穩定性高、抗干擾能力強的優點，工業以太網和各類設備之間采用了標準協議接口，滿足了通用化和標準化的數據傳輸需求，同時便于進行模塊的拓展。

煤礦井下監控分站是該安全監控系統的“眼睛”，能夠實時針對監控區域內的各類設備的運行情況及井下環境情況，實現各類數據采集、數據處理、報警等，是井下安全監控系統的基礎。

2 煤礦安全監控系統的硬件設計

為了確保地面監控中心對監控結果顯示的精確性，在地面監控中心內設置2臺IPC-810E作為系統主備機，安裝KJ90X監控軟件、雙機熱備軟件，2臺x3650°M5服務器，作為SQL數據庫軟件、網管軟件及系統融合服務器；為了確保系統運行的穩定性，在系統上設置了千兆防火墻，用于實施病毒防護，確保系統的運行安全性。

地面中心站設置1臺KJJ220地面輸出本安型交換機，井下6臺礦用KJJ15(A)交換機分別安裝于井下中央變電所、盤區變電所（一），盤區變電所（二），23011巷口、東軌七橫川、西膠九橫川，通過5 km光纜和地面機房KJJ220核心環網交換機構成主干工業以太環網，確保系統內數據傳輸的穩定性和精確性。

監控分站采用了KJ90-F16(B)型礦用本安分站，分站采用了可模擬量/開關量互換的傳感器輸入端口，所采用的智能控制輸入端口具有8組智能開關量，能同時控制8組智能信號的輸出。系統內設置以太網電口1路、以太網光口2個，標準通訊端口設置8組。為了確保系統運行的穩定性，在該監控系統中還設置有不間斷電源，用于確保緊急情況下的連續供電需求，滿足井下監控安全[2]。

傳感器采用KJ90-F16（B）型分站配套的KG9701B型低濃度甲烷傳感器、GQQ5型煙霧傳感器和GFK30型礦用風筒風量開關傳感器等。斷電器采用 KJ90-F16（B）型分站配套的 KDG0.35/660K（A）型（適用于660V）井下遠程饋電斷電器。

3 煤礦安全監控系統的系統功能及應用效果

KJ90X安全監控系統的控制程序內設置了5級報警功能[3]，不同的級別采用了不同的顏色進行區分。當煤礦井下巷道內瓦斯濃度發生變化時，系統自動進行識別并報警，將不同濃度的瓦斯進行標識，形成文件報表，直觀顯示在監控屏幕上。控制程序具有良好的編輯功能，能夠授權操作者進行一定情況下數據的編輯和修改，實現監控系統的不斷完善。

該系統中采用了新的邏輯控制算法，使智能傳感器實現了類型識別，當接入系統的傳感器類別和系統內定義的傳感器類別不一致時，系統自動對其進行屏蔽處理，系統自動報警并刪除監測到的異常數據[4]。系統具有區域管理功能，并實現了對不同通風類型區域內傳感器類型、數量和參數設置是否符合規范的檢查提醒功能，從而最大程度上確保了煤礦安全監控系統的工作可靠性，該監控系統功能界面結構如圖2所示。

圖2 煤礦安全監控系統結構示意圖

該監控系統應用以來，將系統的巡檢周期由27 s降低為13 s，降低了51.9%，異地斷電時間由最初的60 s降低到目前的24 s，降低了60%，系統的能耗降低50%以上，同時系統在數據傳輸過程中其模擬量傳輸誤差由最初的1.6%降低到目前的0.4%，顯著提升了坪上煤業綜采作業的安全性和穩定性。

4 結論

1）礦井安全監控系統采用了扁平化的分層結構，具有先進的分布式處理模式，能有效提升數據處理速度和監控穩定性，分發揮各部分設備的性能優勢，具有結構簡潔、可操作性強的優點；

2）KJ90X安全監控系統的控制程序內設置了5級報警功能，不同的級別采用了不同的顏色進行區分，同時具有瓦斯異常變化識別及篩選功能；

3）該監控系統能夠將巡檢周期降低51.9%，異地斷電時間降低60%，系統的能耗降低50%以上，同時系統在數據傳輸過程中其模擬量傳輸誤差由最初的1.6%降低到目前的0.4%，顯著提升了坪上煤業綜采作業的安全性和穩定性。