煤礦安全監控系統環網鏈路傳輸技術改造及應用

郝明耀

（山西潞安礦業集團慈林山煤業有限公司 夏店煤礦，山西 長治 046000）

0 引 言

安全監測監控系統是煤礦井下安全避險“六大”系統之一，該系統主要用于監測煤礦井下各作業地點、巷道硐室內及需要監測地點的甲烷濃度、CO 濃度、風速、風壓、溫度、煙霧、饋電狀態、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停，并實現甲烷、CO 超限報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制功能，對煤礦安全生產起著至關重要作用，主要由傳感器、監控分站、主站、電源箱、傳輸光纜、主機、系統軟件等部分組成[1-2]。夏店煤礦安全監測監控系統當前存在的主要問題是系統傳輸光纜與井下巷道內各監控分站采用的是單鏈路串聯鏈接傳輸，該鏈接傳輸方式容易出現一個傳輸點發生故障或增減監測分站時，就會導致整個系統傳輸鏈路中斷數據傳輸[3-6]。因井下作業地點多，安全監測監控分站和鏈路也非常多，受井下復雜作業環境影響，安全監測監控系統線路及分站也容易發生故障，若采用單鏈路串聯方式進行鏈接傳輸，經常容易發生監測監控系統數據傳輸中斷現象，從而降低了系統的安全可靠性。

1 監控系統概況

夏店煤礦現使用的安全監控系統為北京鑫源九鼎科技有限公司生產的KJ209N 煤礦安全監控系統，該系統各監測分站之間采用串聯傳輸，在日常使用過程中，任何一個監測分站發生故障，整個監測監控系統都會發生監測數據傳輸中斷，系統整體穩定性較差。為此，根據國家煤礦安監局印發的《安全監控系統升級改造技術方案》及相關規定及技術標準要求，在2021 年組織對礦井安全監測監控系統進行升級改造，并達到了《煤礦安全規程》及相關煤礦安全生產行業標準相關技術要求。

2 系統升級改造及實施方法

2.1 系統升級改造前監測數據傳輸模式

在系統升級改造前，該礦監測數據傳輸采用的是傳統監控系統的環網設備。在井下3 個變電所各安裝了1 臺KJJ103 型環網交換機，它們之間通過一條傳輸光纜進行相互連接，然后從中央變電所環網交換機上引出2 條光纜，通過各個井口與地面中心站進行連接，從而組成該礦井下安全監測監控環網。3 臺環網交換機通過RS485 轉換模塊與各監測分站之間利用傳輸光纜進行單鏈路串聯鏈接和數據傳輸。改造前礦井安全監控系統監測監控數據傳輸模式如圖1 所示。

圖1 改造前礦井安全監控系統監測監控數據傳輸模式Fig.1 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system before reconstruction

礦井安全監控系統在實際使用單鏈路串聯傳輸模式進行監測監控數據傳輸時，雖然井下安裝的3臺環網交換機能夠保證其中1 臺交換機出現故障或斷開不會影響井下監測數據傳輸，但各監測分站利用RS485 單鏈路串聯模式，通過一條光纜進行數據傳輸時，當光纜或連接的某個分站出現故障或在光纜中間增加或拆除分站時，將會對該趟光纜上連接的所有監測分站的數據傳輸都造成影響，處于中斷狀態，從而導致井下傳感器不能實時將監測數據傳輸到地面監控中心，造成地面監控中心不能及時掌握井下各作業地點傳感器監測的實時數據，對煤礦安全生產不能起到有效安全保障。

2.2 監控系統改造方案

2.2.1 技術路線

將礦井原安全監測監控系統井上下環網交換機與各監測監控分站之間單鏈路串聯連接傳輸方式改換成采用雙鏈路連接傳輸模式。改造后的傳輸模式共使用2 種型號的網絡交換機，分別為KJ90-F16（B） 型和KJJ18（A） 型，其中KJJ18（A） 型網絡交換機主干網采用的是千兆工業環網，其與各分站組網連接采用的是百兆工業環網；KJ90-F16（B）型網絡交換機與各監測分站組網傳輸采用的同樣是百兆工業環網傳輸。

2.2.2 改造方案

在地面監控中心安裝了2 臺交換機，在井下中央變電所安裝2 臺交換機，在夏店煤礦11 采區和13 采區變電所各安裝1 臺交換機，網絡交換機的型號為KJJ18（A） 型，這6 臺交換機均是通過光纜進行相互連接，然后從中央變電所安裝的2臺交換機上引出2 條光纜，從不同井口延伸出來到地面，與地面監控中心連接，組成井上下安全監測監控系統環網。系統改造后其傳輸系統如圖2 所示。

圖2 改造后礦井安全監控系統監測監控數據傳輸模式Fig.2 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system after reconstruction

11 采區各個工作面安裝的各個瓦斯監測分站距離相對較近且集中，它們是由11 采區變電所內安裝的1 臺KJJ18（A） 型交換機上引出一條網線與變電所內的KJJ90-F16（B） 型監測分站進行連接，再由該監測分站上引出一條光纜從11 采區軌道運輸巷內鋪設過來與采區內各個工作面進風巷和回風巷各監測分站采用“手拉手”方式進行連接，然后光纜從11 采區膠帶運輸巷延伸到中央變電所，與中央變電所內的KJJ18A 型網絡交換機進行連接，形成采區小環網互聯互通。

13 采區內各個工作面安裝的各個瓦斯監測分站距離相對較遠而且比較分散，它們是由13 采區變電所內的KJJ18（A） 型網絡交換機通過光纜與13 采區變電所內的KJJ90-F16（B） 型監測分站進行連接，再由KJJ90-F16（B） 分站引出一條光纜從13 采區膠帶運輸巷鋪設出來后與13 采區工作面各個作業地點、硐室、水倉等地點的監測分站采用“手拉手”式進行連接，再從13 采區軌道巷回到13 采區變電所KJJ18（A） 網絡交換機上，形成采區小型網絡互聯互通。

采用改造連接傳輸方式時，如果其中任意一條鏈路或分站點出現故障，其他分站監測數據從備用鏈路傳輸到地面監控中心，從而確保監測數據傳輸的連續性和實時性。

3 系統改造情況及應用效果分析

3.1 系統改造情況

升級后的安全監控系統配備監控系統軟件服務器2 臺、監控數據庫存儲服務器2 臺、瓦斯抽采服務器2 臺、上傳服務器2 臺、融合服務器1 臺、組網交換機2 臺、核心交換機2 臺、UPS 電源1 套及配套設施，井上下鋪設光纖18 660 m，安裝交換機10 臺。監控系統服務器安裝有雙機熱備份軟件，具有雙機自動切換功能。

該系統設計最大容量可配裝分站255 臺，目前井下共計安裝監測分站39 臺，甲烷傳感器115 臺，風速傳感器30 臺，CO 傳感器62 臺，溫度傳感器21 臺，以及其他如風向、饋電、風筒風量、煙霧等各類傳感器累計180 臺，對井下各種氣體參數及局扇開停等進行實時監測。在地面監控中心安裝監控顯示終端2 臺，將監控系統各種參數集中顯示在調度大廳內，供監控值班人員進行參數設置等各種操作。

安全監控系統軟、硬件設備嚴格按照《煤礦安全規程》、國家煤礦安監局印發的《安全監控系統升級改造技術方案》、《煤礦安全監控系統通用技術要求》 （AQ6201—2006） 的規定，進行設備安裝和參數設置，系統升級后在數字化傳輸、防護等級、抗干擾性、自診斷和自評估功能等方面符合相關規定及技術標準要求，監控數據傳輸穩定，斷電功能靈敏可靠，滿足礦井安全生產需要。

3.2 應用效果分析

礦井安全監測監控系統改造后，經過近半年投入使用，通過與改造前的系統進行對比，取得的效果主要有3 個方面。

（1） 改造后安全監控系統網絡連接采用環形式連接，解決了傳統網絡連接中易發生的“一點斷全網斷”弊端，為安全監控系統監測數據穩定傳輸提供了可靠的網絡保障。

（2） 井下瓦斯監測分站監測數據傳輸模式由單鏈路串聯傳輸改換為環形式雙鏈路網絡鏈接傳輸，完全解決了單鏈路傳輸時易發生的一個監測分站或一處監測線路發生故障或增減分站時，整個監控系統數據傳輸都會中斷的問題，實現井下地點傳感器監測數據的實時穩定傳輸，為井下安全生產提供了保障。

（3） 抗干擾能力顯著增強。經過升級改造的傳感器和分站均實現數字化傳輸，有效解決了運行不穩定的問題。

4 結 語

夏店煤礦通過對井下安全監測監控系統環網鏈路傳輸及監測分站進行升級改造，解決傳統單鏈路傳輸系統容易出現監測數據傳輸中斷的弊端，使井下各作業地點傳感器能夠及時連續穩定性的上傳監測數據，不僅為地面監控中心能夠實時掌握井下各地點安全生產信息，而且能夠為處理井下發生異常情況制定處置方案時提供科學有效的依據，確保礦井安全生產，具有極大的推廣應用價值。