監(jiān)控系統(tǒng)井下融合技術(shù)的應(yīng)用

張 鵬 趙青山 劉 賓

（兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦煤礦，山東 濟(jì)寧 272072）

《國(guó)家煤礦安監(jiān)局關(guān)于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號(hào)）主要內(nèi)容中第六條規(guī)定：多系統(tǒng)的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式，鼓勵(lì)新安裝的安全監(jiān)控系統(tǒng)采用井下融合方式。濟(jì)寧二號(hào)煤礦原有各系統(tǒng)并存且相互獨(dú)立，由此帶來成本、管理、數(shù)據(jù)共享等多方面的問題。為解決這些問題，濟(jì)寧二號(hào)煤礦監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造采用井下融合方式，將安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)及應(yīng)急廣播系統(tǒng)進(jìn)行分站級(jí)融合。本文通過回顧系統(tǒng)融合、改造過程，提出了監(jiān)控系統(tǒng)井下融合技術(shù)應(yīng)用方法，并通過具體實(shí)施驗(yàn)證了該方法能夠?qū)崿F(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享與聯(lián)動(dòng)。

1 系統(tǒng)概況

濟(jì)寧二號(hào)煤礦是國(guó)家“八五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，于1993年12月建設(shè)，2000年12月投產(chǎn)，井田面積約87.1km2，核定生產(chǎn)能力420萬t/a。礦井原安全監(jiān)控系統(tǒng)為天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的KJ95N型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過井下專用監(jiān)測(cè)電纜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和環(huán)境、工礦參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)總體運(yùn)行穩(wěn)定，但與國(guó)家和省煤監(jiān)局的最新要求還有一定差距。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造情況

為了實(shí)現(xiàn)真正的井下多系統(tǒng)本質(zhì)上融合，濟(jì)寧二號(hào)煤礦采用具有多種現(xiàn)場(chǎng)總線接口、高速以太網(wǎng)接口的綜合分站。根據(jù)使用場(chǎng)合選用不同的通信接口，就近接入監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)及應(yīng)急廣播系統(tǒng)的傳感器、執(zhí)行器，運(yùn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集控制業(yè)務(wù)。不同系統(tǒng)中現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)各系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理程序處理后，通過以太網(wǎng)接口發(fā)送至各自系統(tǒng)地面監(jiān)控主機(jī)。井下分站及融合方式減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜、無線接口設(shè)備數(shù)量，降低了系統(tǒng)成本。

通過組建安全監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng),更換綜合監(jiān)控分站、電源和傳感器等設(shè)備，對(duì)支持總線的傳感器進(jìn)行程序更新，系統(tǒng)軟件進(jìn)行全新升級(jí)，使系統(tǒng)具有更高的安全性、可靠性。項(xiàng)目自2017年8月份開始進(jìn)行調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、方案審批、現(xiàn)場(chǎng)施工等工作，截至2018年10月10日已完成井下、地面獨(dú)立監(jiān)測(cè)環(huán)網(wǎng)的組建、所有地點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造工作，井下實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測(cè)、人員定位、應(yīng)急廣播的三系統(tǒng)融合，地面實(shí)現(xiàn)了與視頻監(jiān)測(cè)的聯(lián)動(dòng)。

3 主要工作組織

（1）加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)。為保障安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造工作順利實(shí)施，成立由礦長(zhǎng)任組長(zhǎng)，總工程師、分管副礦長(zhǎng)和安監(jiān)處長(zhǎng)為副組長(zhǎng)，機(jī)電、通防副總工程師和調(diào)度信息中心、通防科、機(jī)電環(huán)?？?、安全監(jiān)察處、采掘區(qū)隊(duì)等單位主要負(fù)責(zé)人為成員的領(lǐng)導(dǎo)小組，全面負(fù)責(zé)升級(jí)改造項(xiàng)目的協(xié)調(diào)、推進(jìn)、保障等工作。

（2）超前組織培訓(xùn)。外出學(xué)習(xí)調(diào)研，安排專業(yè)人員到廠家和示范礦井學(xué)習(xí)交流；建立微信交流群，及時(shí)發(fā)布學(xué)習(xí)交流信息；建立新系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，在地面機(jī)房搭建新安全監(jiān)控系統(tǒng)，接入安全監(jiān)控設(shè)備，對(duì)礦井安全儀器監(jiān)測(cè)工進(jìn)行操作培訓(xùn)。

（3）精細(xì)組織實(shí)施。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合示范礦井的成功經(jīng)驗(yàn)和礦井實(shí)際，科學(xué)編制《濟(jì)寧二號(hào)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)融合技術(shù)方案》和《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)措施》。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)和工作量安排，本著系統(tǒng)穩(wěn)定、安全可靠、分布實(shí)施的原則，精細(xì)排定系統(tǒng)升級(jí)改造進(jìn)度，采用新舊兩套系統(tǒng)并列運(yùn)行的方式，分采區(qū)、分地點(diǎn)進(jìn)行更換，嚴(yán)格按照要求，實(shí)施系統(tǒng)升級(jí)改造工作，確保新舊系統(tǒng)升級(jí)改造期間的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）嚴(yán)抓過程控制。制定安裝流程圖，通防、調(diào)度、機(jī)電等部門協(xié)同作戰(zhàn)，按采區(qū)進(jìn)行分工，明確安裝工期及負(fù)責(zé)人，優(yōu)化安裝路線，加快安裝進(jìn)度，減少故障率。前期堅(jiān)持每周例會(huì)制度，后期堅(jiān)持每天碰頭制度，及時(shí)研究處理制約升級(jí)改造的問題和解決辦法。建立微信工作群，動(dòng)態(tài)通報(bào)系統(tǒng)出現(xiàn)的情況，確保項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度及質(zhì)量。截至目前，安裝環(huán)網(wǎng)交換機(jī)10臺(tái)，其中在南翼1#變電所、南翼軌道下山變電所、南翼3#變電所、南翼4#變電所、南翼5#變電所、主井裝載變電所、一水平水廠、二采2#變電所安裝8臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，地面安裝2臺(tái)，全礦累計(jì)敷設(shè)光纜26300m，形成安全監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立環(huán)網(wǎng)；更換了井下綜合監(jiān)控分站35臺(tái)，電源27臺(tái)，各類傳感器518臺(tái)（其中激光甲烷傳感器14臺(tái)，多參數(shù)傳感器2臺(tái)）；安裝人員定位接收器63臺(tái)；形成了井下的安全監(jiān)測(cè)、人員定位、應(yīng)急廣播等數(shù)據(jù)融合及聯(lián)動(dòng)。

（5）突出應(yīng)急管理。強(qiáng)化安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造期間風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控，成立以總工程師為組長(zhǎng)的應(yīng)急小組，制定了《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造應(yīng)急預(yù)案》。安全監(jiān)控值班人員嚴(yán)格執(zhí)行雙崗值班制度，廠家技術(shù)人員24h駐礦，提供技術(shù)支持，及時(shí)處理故障。明確各類報(bào)警處置程序，做到閉環(huán)管理。

4 新系統(tǒng)運(yùn)行情況

（1）提升了災(zāi)害應(yīng)急處置能力。通過綜合分站提供高速的網(wǎng)絡(luò)傳輸接口，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下安全監(jiān)測(cè)、人員定位系統(tǒng)和應(yīng)急廣播的融合，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了視頻監(jiān)測(cè)的地面融合及數(shù)據(jù)共享，利用GIS平臺(tái)對(duì)融合的各子系統(tǒng)進(jìn)行綜合展示，提升了災(zāi)害應(yīng)急處置能力。

（2）節(jié)約了系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)等成本。設(shè)備共纜通信（同一根電纜），實(shí)現(xiàn)井下設(shè)備級(jí)數(shù)據(jù)及信息融合，節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)成本，減輕系統(tǒng)維護(hù)；升級(jí)改造前安全監(jiān)控分站數(shù)量為42臺(tái)，人員定位分站為21臺(tái)，升級(jí)改造后分站數(shù)量為37臺(tái)（其中人員定位通用分站2臺(tái)），減少分站26臺(tái)。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器實(shí)現(xiàn)智能化、數(shù)字化。所有傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，包括模擬量和開關(guān)量；傳感器、電源等設(shè)備即插即用、智能識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了傳感器地址重復(fù)檢測(cè)，簡(jiǎn)化了設(shè)備安裝調(diào)試過程。

（4）實(shí)現(xiàn)多級(jí)報(bào)警。根據(jù)礦井瓦斯?jié)舛群兔簩影l(fā)火等情況，按照濃度大小、超限持續(xù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)瓦斯、一氧化碳四級(jí)報(bào)警。

（5）異地?cái)嚯姇r(shí)間大幅縮短。異地?cái)嚯姴捎梅植际娇刂品椒?，無需系統(tǒng)主備機(jī)參與實(shí)現(xiàn)可靠異地?cái)嚯姡蠓s短斷電控制時(shí)間，原系統(tǒng)異地?cái)嚯姇r(shí)間為26s，現(xiàn)在斷電時(shí)間為1.6s。

（6）系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。所有采煤工作面和部分掘進(jìn)工作面使用低功耗激光甲烷傳感器，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)變化采集，傳感器周期穩(wěn)定性更長(zhǎng)；高溫高濕等復(fù)雜環(huán)境下，誤報(bào)警頻次大幅降低。

5 結(jié)語

綜合分站具有高速網(wǎng)絡(luò)傳輸接口，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，通過分站級(jí)井下融合方法，實(shí)現(xiàn)了煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)及應(yīng)急廣播系統(tǒng)的統(tǒng)一傳輸、各系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享及融合，降低了系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)成本。井下多系統(tǒng)融合實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間數(shù)據(jù)的底層交互與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，打破了以前各系統(tǒng)使用過程中形成的“孤島現(xiàn)象”，系統(tǒng)部分性能及功能指標(biāo)高于國(guó)家要求和行業(yè)水平，滿足未來“數(shù)字化”礦山的發(fā)展需要。