華燁煤礦瓦斯監控系統分站與環網鏈路傳輸技術改進

武 奴 順

（1.山西臨縣華燁煤業有限公司,山西 呂梁033200；2.呂梁學院，山西 呂梁033200）

0 引言

針對山西臨縣華燁煤業有限公司安全監控系統的現狀和需求，針對改造前山西臨縣華燁煤業有限公司面臨問題：安全監控系統傳輸光纜與礦井巷道范圍內所控制的安全監控分站進行單鏈路串聯傳輸，這種單鏈路串聯傳輸的方式，如果有一點傳輸鏈路故障或者增加刪除監控分站，就會導致整個數據傳輸鏈路中斷，保障整個鏈路不出現故障點是非常困難的，導致這種單鏈路串聯方式可靠性低，系統不穩定。

1 華燁概況及監控系統分站與環網鏈路傳輸技改沿革

山西臨縣華燁煤業有限公司位于臨縣林家坪鎮滴水局村南，北距臨縣縣城57km，行政區劃屬臨縣林家坪鎮管轄。礦區臨近有離（石）-磧（口）公路通過，礦區距離石市區30km，于離石市區附近與臨（縣）-太（原）干線公路連接。礦井井田南北寬3.75km，東西長2.38km，井田面積6.971km2。煤礦產能：120萬t/a；瓦斯等級：高瓦斯。

華燁煤礦目前在用的安全監控系統為中煤科工集團重慶研究院有限公司生產的K J90S型安全監控系統。系統自2018升級以后，全部設備防護等級已達到I P65，實現數字化傳輸，并具有融合人員定位系統與廣播系統的接口，但目前分站之間串聯傳輸，任何一點故障都會導致系統癱瘓，系統穩定性很差。目前系統數據采用光纜傳輸符合《煤礦安全監控系統升級改造技術方案（煤安監函[2016]5號）》通知要求的主干傳輸采用環網傳輸的要求。

華燁煤業有限公司根據國家能源局、國家礦山安全監察局有關智能化煤礦建設的有關要求[1～2]，中華人民共和國應急管理部4號令《煤礦重大事故隱患判定標準》及《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》的通知煤安監函〔2016〕5號文的要求，在2021年對礦井安全監控系統進行了全面環網傳輸方式技術改進。滿足了2016年版《煤礦安全規程》[3]和相關安全生產行業標準[4～5]對煤礦安全監控系統的相關要求。

2 技術改進方法的實施

2.1 技術改進前監控數據傳輸模式

在改造前期，延用了傳統安全監控系統的環網設備進行數據傳輸。井下環網交換機到安全監控分站之間采用RS485傳輸光纜傳輸方式，一條光纜連接多臺分站。傳輸光纜一旦發生故障或者增加刪除監控分站，將影響多臺安全監控分站數據傳輸。

在井下3個變電所設置了3臺重慶煤科院生產的K JJ103型環網交換機，3臺環網交換機互相通過光纜連接，再由中央變電所環網交換機支出2條光纜從不同井口傳輸至地面中心站，從而形成井下安全監控環網。井下環網交換機通過RS485轉換模塊，利用傳輸光纜與區域內每臺安全監控分站進行單鏈路串聯傳輸。在實際使用中發現，這種傳輸方式存在可靠性低的弊端，雖然井下3臺環網交換機中可以實現某一交換機斷開不影響實際數據傳輸，但是采用RS485單鏈路串聯傳輸的安全監控分站，只要其中一段傳輸光纜出現或者增加刪除監控分站，那么故障光纜后面所接的全部安全監控分站就處于中斷傳輸狀態。這就造成了各類傳感器將實時數據不能及時上傳到地面中心站，不僅影響范圍大、還不能及時掌握井下各類傳感器的實時數據，從而不能保證煤礦的安全生產。在這種狀況下，就必須解決這單一故障而影響多臺瓦斯監控分站正常傳輸的問題。在確保數據傳輸穩定的前提下，打破這種局限性，大膽的對井下安全監控系統分站與環網傳輸方式進行了技術改進。

改進前：井下環網交換機到安全監控分站之間采用RS485傳輸光纜傳輸方式，一條光纜連接多臺分站，具體傳輸系統見圖1所示。傳輸光纜一旦發生故障或者增加減少分站時，將影響多臺安全監控分站數據傳輸。

圖1 改進前井下監控數據傳輸示意圖

2.2 技術改進后監控數據傳輸模式

改進后：井上下環網交換機到安全監控分站之間采用雙鏈路冗余環網組網的先進傳輸模式進行數據傳輸。涉及2種交換機，分別為K J90-F16（B）和K JJ18（A），K JJ18（A）交換機主干網為千兆傳輸，K JJ18（A）交換機與分站組網為百兆傳輸，K J90-F16(B)交換機置于分站網為百兆傳輸。具體改進后井下監控數據傳輸見圖2所示。

圖2 改進后井下監控數據傳輸示意圖

3 改進后方法的實施

井上設置了2臺網絡交換機，井下中央變電所設置2臺,4#煤一采區變電所設置1臺,4#煤二采區設置1臺，K JJ18（A）型環網交換機，6臺環網交換機互相通過光纜連接，再由井下中央變電所2臺環網交換機支出2條光纜從不同井口傳輸至地面中心站，從而形成井上下安全監控系統環網。

4#煤一采區瓦斯監控分站距離比較近比較集中，由4#煤一采區變電所K JJ18A交換機引出一條網線連接變電所K JJ90-F16（B）型分站在由變電所K JJ90-F16(B)型引出一條光纜走4#煤一采區軌道巷采用'手拉手式'方式連接4105回風、4105運輸、4106運輸、4106回風走4#一采區運輸巷回到中央變電所K JJ18A交換機用網線連接組成小環網互聯互通，使用這種方式如果有任意一鏈路或者一點發生故障都會走備鏈路正常傳輸瓦斯監控實時數據，不影響網絡正常傳輸。

4#煤二采區瓦斯監控分站比較分散距離又遠，由4#二采區變電所K JJ18A交換機用光纜連接4#煤二采區K JJ90-F16（B）、再由4#煤二采區變電所K JJ90-F16（B）用光纜走4#煤二采區運輸巷采用“手拉手式”方式連接4#煤二采區水倉、5201回風、5201運輸、4#煤二采區移動救生艙回到4#煤二采區變電所K JJ18A交換機組成小環網互聯互通。使用這種方式如果有任意一鏈路或者一點發生故障都會走備鏈路正常傳輸瓦斯監控實時數據，不影響網絡正常傳輸。

4 技術改造后的優勢

1）通過以上環形式網絡連接可以規避傳統級聯式網絡連接帶來的'一點斷全網斷'的隱患，極大地提高了網絡穩定性。

2）增加了瓦斯監控分站組網的備用環網鏈路，完全杜絕了單條傳輸鏈路故障或者增加刪除監控分站時不能及時將實時數據上傳到地面中心站的問題，解決了安全監控系統運行不正常就是重大隱患的問題。

3）實現井下采掘工作面及其它地點涉及的各類傳感器實時數據持續穩定上傳，全面保障了礦井的安全生產。

4）改進安全監控環網傳輸方式后，既使用新技術又使用了新工藝，光纜保護介質穩定、不易損壞，完全杜絕了井下瓦斯監控分站因傳輸鏈路故障引起數據中斷的時間。

5 結論

華燁煤礦對瓦斯監控系統分站與環網鏈路傳輸技術改進后，保障了井下采掘工作面及其它地點涉及的各類傳感器實時數據能夠及時有效的傳輸到地面中心站，減少了因安全監控系統故障導致煤礦停產而造成的經濟損失。為井下人員安全生產提供了可靠的安全保障，另一方面保障了礦井的安全生產，減少了井下安全監控分站鏈路中斷的故障率，杜絕了因安全監控系統故障失控而引發的瓦斯爆炸事故。