安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造研究

李新建

摘 要：煤礦生產(chǎn)安全是煤炭行業(yè)的重中之重，人們必須確保煤炭生產(chǎn)安全、高效。在這個過程中，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮重要作用，能夠有效保障井下作業(yè)人員的生命安全。目前，該系統(tǒng)仍存在一些問題。本文全面分析了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和問題，并提出相應(yīng)的升級改造措施。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)控系統(tǒng);改造;方案;煤礦;生產(chǎn)安全

中圖分類號：TD76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）06-0093-04

Research on Upgrading and Reforming of Safety Monitoring System

LI Xinjian

（Quanping Quarry，Lengshuijiang Hunan 417500）

Abstract： The safety of coal production is the top priority of the coal industry， and people must ensure that coal production is safe and efficient. In this process， the coal mine safety monitoring system plays an important role， which can effectively protect the life safety of underground workers. At present， there are still some problems with this system. This paper comprehensively analyzed the application status and problems of coal mine safety monitoring system， and proposed corresponding upgrade and transformation measures.

Keywords： safety monitoring system;transformation;plan;coal mine;production safety

上陡巖煤礦位于冷水江市中連鄉(xiāng)，核定生產(chǎn)能力為15萬t/a。該礦采用斜井開拓方式，布置有3個井筒，即主井、副井和風(fēng)井（平硐）。上陡巖煤礦劃分為1個水平，布置有5個采區(qū)，即13采區(qū)、23采區(qū)（生產(chǎn)采區(qū)）、24采區(qū)（準(zhǔn)備采區(qū)）。該礦采用走向長壁后退式采煤法，運用爆破落煤，使用全部垮落法管理頂板[1-3]。巖巷掘進采用錨網(wǎng)噴或料石砌碹支護，煤巷掘進采用木支架支護。上陡巖煤礦正常涌水量為20 m3/h，最大涌水量為46 m3/h，礦井水倉容量為550 m3，水文地質(zhì)條件中等。

1 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

上陡巖煤礦現(xiàn)有的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)為KJ90N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝時使用關(guān)聯(lián)的KJF75和KJ90N型分站、重慶梅安森科技股份有限公司生產(chǎn)的GJ40A型甲烷傳感器、煤炭科學(xué)研究總院生產(chǎn)的GJ4/40G型瓦斯傳感器。井下各采掘工作面、主要機電硐室、各回風(fēng)上山以及重點機房布置了分站和傳感器，主要通風(fēng)大巷安裝了風(fēng)速傳感器，以監(jiān)控巷道風(fēng)速。上陡巖煤礦共設(shè)置12個分站，安裝瓦斯傳感器48個、二氧化碳傳感器10臺、風(fēng)速傳感器11個、設(shè)備開停傳感器17個、水位傳感器4個、負(fù)壓傳感器5個。礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式是傳感器通過專用的信號電纜以200～100 Hz的頻率或1～5 mA的電流將信號傳輸?shù)椒终静⒃诜终旧巷@示出來。分站經(jīng)二芯的主通信電纜將各種傳感器的信息傳輸給地面的中控站，其間采用RS485通信方式。

2 現(xiàn)有礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)分析，上陡巖煤礦現(xiàn)有的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)（KJ90N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)）存在諸多問題，如表1所示。

3 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造方案

當(dāng)前，上陡巖煤礦需要將現(xiàn)有的KJ90N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造為KJ95（A）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。礦井所有模擬量傳感器被升級改造為具備抗干擾能力、IP65防護等級和數(shù)字通信功能的傳感器，針對不具備IP65防護等級和抗干擾能力的傳感器，采取更換的方式，保證傳感器滿足性能要求[4-7]。

3.1 高低濃度甲烷傳感器

上陡巖煤礦需要購置48臺GJG100J型高低濃度甲烷傳感器，用于取代現(xiàn)在使用的甲烷傳感器，如表2所示。

3.2 風(fēng)速風(fēng)向傳感器

上陡巖煤礦需要購置11臺GFW15型風(fēng)速風(fēng)向傳感器，用于取代現(xiàn)在使用的風(fēng)速風(fēng)向傳感器，如表3所示。

3.3 二氧化碳傳感器

上陡巖煤礦需要購置10臺GRG5H（B）型二氧化碳傳感器，用于取代現(xiàn)在使用的二氧化碳傳感器，如表4所示。

3.4 風(fēng)門語音傳感器

上陡巖煤礦需要購置17套GFK60型風(fēng)門語音傳感器，用于取代現(xiàn)在使用的風(fēng)門語音傳感器，如表5所示。

3.5 開停水位傳感器

上陡巖煤礦需要購置4臺GKT5L型開停水位傳感器，用于取代現(xiàn)在使用的開停水位傳感器，如表6所示。

上陡巖煤礦需要購置11臺KDG1/127型饋電傳感器，用于取代現(xiàn)在使用的饋電傳感器，如表7所示。

4 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造實現(xiàn)的功能

一是傳輸數(shù)字信號。在改造升級方案中，KJ95（A）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的模擬量傳感器、開關(guān)量傳感器、斷電執(zhí)行器和電源箱全部采用CAN2.0B數(shù)字總線傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)于升級改造要求。

二是增強抗電磁干擾能力。在下陡巖煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的改造升級方案中，地面設(shè)備靜電抗擾度試驗等級為3級B、電磁輻射抗擾度試驗等級為3級B，脈沖群抗擾度試驗等級為3級B。在浪涌沖擊抗擾度試驗中，交流電源端口等級為3級B、直流電源與信號端口等級為3級B。

三是整體提升傳感器的防護等級。在KJ95（A）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)中，所有傳感器及分站的外殼防護等級為IP65，優(yōu)于升級改造要求。

5 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的檢驗

5.1 設(shè)置分級報警參數(shù)

人們要分別設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)報警值、分級倍數(shù)和持續(xù)時間。若監(jiān)測值高于標(biāo)準(zhǔn)報警值與Ⅳ級倍數(shù)的乘積時，則觸發(fā)四級報警。KJ95（A）煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)具有三種邏輯報警模型，采用多測點變化模型。當(dāng)相互關(guān)聯(lián)的一組測點的監(jiān)測值均大于報警上限，持續(xù)時間超過設(shè)定值時，有違正常邏輯，觸發(fā)邏輯報警。

5.2 檢測就地斷電功能

將新增加的斷電器測點20401D與甲烷傳感器關(guān)聯(lián)，當(dāng)甲烷傳感器的監(jiān)測值達到設(shè)置的斷電值時，斷電器斷電;當(dāng)甲烷傳感器的監(jiān)測值低于復(fù)電值時，斷電器復(fù)電。

5.3 檢測區(qū)域斷電功能

人們要添加斷電區(qū)域，關(guān)聯(lián)一組斷電器。其間需要添加分級報警區(qū)域，關(guān)聯(lián)一組傳感器，同時關(guān)聯(lián)相應(yīng)的斷電區(qū)域。當(dāng)分級報警區(qū)域任一傳感器的監(jiān)測值高于斷電區(qū)域設(shè)置的斷電啟動值時，斷電器斷電。

5.4 檢測KJ95（A）數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

GIS平臺可以通過數(shù)據(jù)接口獲取人員定位系統(tǒng)區(qū)域（讀卡機位置）的人員/車輛位置信息和工作狀態(tài)，然后進行統(tǒng)計顯示。KJ95（A）數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以融合人員（車輛）定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。其間可以選取系統(tǒng)地面數(shù)據(jù)融合方法，采用基于XML+HTTP的WebServices開發(fā)平臺。通過制定標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議函數(shù)，人們可以實現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)請求和獲取，KJ95（A）數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)融合GIS平臺的架構(gòu)如圖1所示。

KJ95（A）數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)融合GIS平臺后，其可以通過多圖層疊加設(shè)計實現(xiàn)集成展示。KJ95（A）數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)可以存儲其他系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)之間的互動做好準(zhǔn)備。GIS平臺集成了應(yīng)急廣播和人員定位系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，KJ95（A）數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)融合GIS平臺的展示如圖2所示。

5.5 井下設(shè)備改造

本次升級改造將分站安裝在新鮮風(fēng)流且無明顯淋水處，根據(jù)上陡巖煤礦現(xiàn)場實際用量，需要將KJ75N、KJF90分站更換為KJ95N分站，本次設(shè)計更換33臺。光纜由地面機房交換機經(jīng)主平硐下井進入21上車場交換機，本次工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)設(shè)計預(yù)計使用8芯光纜13 km。礦井所有模擬量傳感器被升級改造為具備抗干擾能力、IP65防護等級和數(shù)字通信功能的傳感器，若傳感器不具備IP65防護等級和抗干擾能力，則采取更換的方式，保證其滿足性能要求。

6 結(jié)語

上陡巖煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)改造適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需要，可以提高系統(tǒng)的技術(shù)性能和安全可靠性，促進安全監(jiān)控多元融合和信息共享，提高礦井安全預(yù)測預(yù)警水平，實現(xiàn)安全監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用。當(dāng)前，煤礦企業(yè)要合理使用安全監(jiān)控系統(tǒng)，充分發(fā)揮其在煤礦安全生產(chǎn)中的重要作用，提升井下日常安全生產(chǎn)的技術(shù)保障水平。

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