安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，增強煤礦安全保障能力

王依磊 岳茂莊

（山東唐口煤業(yè)有限公司，山東 濟寧 272055）

為提高礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)準確性、靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性和易維護性，以安全發(fā)展、科學發(fā)展為目標，深化信息化與安全生產(chǎn)業(yè)務融合，推動信息技術應用和信息資源開發(fā)共享，進一步發(fā)揮科學技術的保障作用，提升事故防控預警和應急處置能力。山東唐口煤業(yè)有限公司與生產(chǎn)廠家淄博瑞安特自控技術有限公司進行了深入的研究，結合2013年系統(tǒng)以太網(wǎng)升級改造的實際情況，針對系統(tǒng)升級改造工作總體要求、工作目標、領導組織、技術標準、措施保障等方面作了詳細部署，完善、調(diào)整系統(tǒng)各項功能，完成多網(wǎng)融合的協(xié)調(diào)試驗，順利完成升級改造，增強了煤礦安全保障能力。

1 概況

唐口煤業(yè)公司裝備的安全監(jiān)控系統(tǒng)，由淄博瑞安特自控設備有限公司生產(chǎn)，2005年正式投入運行，型號為KJ76N。2013年9月，唐口煤業(yè)公司對系統(tǒng)進行了雙回路以太網(wǎng)改造，實現(xiàn)了主干、主要支路以太網(wǎng)傳輸，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度和巡檢速度。中心站服務器（型號Intel E5620）實現(xiàn)了雙回路供電和雙服務器熱備。該系統(tǒng)設備性能完好，運行正常，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。

2 升級改造基礎及詳細開展情況

2.1 前期基礎及準備工作

唐口礦各項管理工作扎實有效，注重科技進步，提倡科技興礦，近年來實施科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新戰(zhàn)略，每年都有大量的新技術、新工藝、新設備投入生產(chǎn)，取得了較好的經(jīng)濟效益，積累了豐富的管理方法和實踐經(jīng)驗。公司配備了通訊、監(jiān)測、機電、通防、運輸?shù)葘I(yè)化隊伍，制定了示范工程項目保障制度。為保障系統(tǒng)改造的順利實施，公司成立了由通防部、信息中心、工區(qū)等部門人員組成的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造領導小組，進一步明確了人員責任。

2.2 優(yōu)化組織過程

一是及時編制總體指導方案。二是公司認真研究，編制系統(tǒng)升級改造詳細方案，并及時進行系統(tǒng)評估，切實掌握系統(tǒng)情況。三是各項保障措施到位，為確保項目資金投入，合理調(diào)整年度安全費用計劃，優(yōu)先保證安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造的資金投入，保證改造順利進行。

2.3 升級改造前準備工作

（1）備齊安裝所用工具、儀器、儀表以及設備說明書和圖紙。

（2）備齊安裝所需分站、斷電器、各種傳感器、監(jiān)控電纜、傳感器標校用設備等。

（3）對準備安裝的分站、斷電儀、傳感器等設備及時檢查，確保符合《GB3836.1-1983爆炸性環(huán)境用防爆電器設備》的要求。保證儀器外形無嚴重損傷變形，觀察窗、指示燈罩應完整無缺，所有緊固件不得有松動和失落。

（4）明確使用安裝順序：儀器檢查—登記—地面熱機試驗—檢查質(zhì)量（合格）—井下安裝調(diào)試—記錄臺賬。

3 總體實施方案

3.1 地面中心站

將原有監(jiān)控主備機軟件升級為最新系統(tǒng)軟件，完善監(jiān)控系統(tǒng)軟件分級報警、斷電等控制功能、多網(wǎng)和多系統(tǒng)融合功能、自診斷和自評估功能、數(shù)據(jù)分析功能等。對監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行升級，增加關鍵數(shù)據(jù)加密功能。監(jiān)控通過軟件接口與人員定位、廣播等系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動和數(shù)據(jù)交換。升級上傳程序，具備多路數(shù)據(jù)同時上傳，保證上傳數(shù)據(jù)的安全可靠。

3.2 傳輸系統(tǒng)

傳輸系統(tǒng)從主井、副井各設置一路光纜，與大巷主傳輸融合為雙回路工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)模式光纜傳輸。

3.3 分站、傳感器 、信號轉換器

為實現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)字化，將采掘工作面分站全部更換升級為數(shù)字傳輸?shù)腒J76N-F4分站（為節(jié)約成本，部分避難硐室及風門開停分站未進行更換，繼續(xù)使用原監(jiān)控分站進行傳輸），將現(xiàn)有的模擬量傳感器按規(guī)定更換防護等級達到IP65，采用數(shù)字傳輸?shù)膫鞲衅?，提升抗干擾能力，避免傳輸環(huán)節(jié)造成的監(jiān)測數(shù)據(jù)誤報警問題，有效過濾傳輸環(huán)節(jié)中的偽數(shù)據(jù)。

3.4 甲烷傳感器

所有設置甲烷傳感器的地點，實現(xiàn)甲烷超限斷電功能，其斷電范圍符合《煤礦安全規(guī)程》的有關規(guī)定。根據(jù)安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案，確定安裝設備的種類、數(shù)量、安裝位置、動力開關和被控開關的安設地點、控制電纜和電源電纜的敷設、控制區(qū)域等。本次監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，全礦井實現(xiàn)了數(shù)字式傳輸方式。

4 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后取得的效果

4.1 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字化

在分站至中心站數(shù)字化傳輸?shù)幕A上，將傳感器至分站升級為數(shù)字傳輸，分站更換為數(shù)字式分站，分站備用電源能維持斷電后正常供電時間由2h提升到4h，所有模擬量傳感器至分站的傳輸均為數(shù)字化，分站連接模擬量傳感器的接口為數(shù)字接口，實現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化。

4.2 增強抗電磁干擾能力

全數(shù)字化系統(tǒng)基于RS485總線技術，可靠性更高，誤報警、冒大數(shù)等問題大幅度減少。礦井設于地面的設備通過3級的靜電放電抗擾度試驗，符合A級判定；系統(tǒng)通過3級射頻電磁場輻射抗擾度試驗，符合A級判定；系統(tǒng)通過3級電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗，符合A級判定；系統(tǒng)通過3級浪涌（沖擊）抗擾度試驗，符合A級判定。其中電磁輻射、脈沖群、浪涌（沖擊）抗擾度為3級A，高于標準要求。

4.3 應用先進傳感技術及裝備

井下采煤工作面回風隅角、風流、回風流使用激光低功耗傳感器，部分掘進工作面風流、回風流換用激光低功耗傳感器。

4.4 傳感器的防護等級提升

礦井采掘工作面、總回風巷及其它地點模擬量傳感器更換為防護等級達到IP65的數(shù)字化智能傳感器。

4.5 礦井多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合

（1）系統(tǒng)實現(xiàn)井下傳輸網(wǎng)絡、監(jiān)測監(jiān)控與GIS技術的有機融合。

（2）系統(tǒng)基于GIS技術，在具有說明巷道、設備布置等背景圖上，將實時監(jiān)測到的開關量狀態(tài)，用相應的圖樣在相應的位置模擬顯示；將實時監(jiān)測到的模擬量數(shù)值在相應位置顯示。具有空間地理信息服務功能，支持二維動畫演示并具有漫游、縮放、拖動等功能；可直接在GIS圖上添加監(jiān)控設備點，KJ76X監(jiān)控系統(tǒng)會在傳感器列表顯示中實時添加。

（3）多系統(tǒng)的融合采用地面方式，能夠?qū)崿F(xiàn)各子系統(tǒng)之間的應急聯(lián)動，安全監(jiān)控系統(tǒng)將報警數(shù)據(jù)進行正常存儲、報警及分析。一旦達到應急聯(lián)動要求，立即產(chǎn)生聯(lián)動文件，由人員定位系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)讀取報警信息，相應地做出緊急呼叫及語音廣播任務，并且安全監(jiān)控系統(tǒng)將報警數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)管部門。軟件融合后，安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)十二大功能；KJ76X安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件人員定位系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)部分均能夠?qū)崿F(xiàn)五大功能。

4.6 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)格式規(guī)范化

（1）安全監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，將地面交換機與井下交換機進行環(huán)網(wǎng)連接。

（2）分站采取分片集中后采用工業(yè)以太網(wǎng)至主干網(wǎng)。

（3）模擬量傳感器至分站的有線傳輸采用RS485。

4.7 強化數(shù)據(jù)應用分析

軟件具有大數(shù)據(jù)分析功能，可根據(jù)采集的大量數(shù)據(jù)，通過交叉比對、邏輯判斷等方式對礦井的瓦斯涌出及火災進行預警，對偽數(shù)據(jù)及異常數(shù)據(jù)進行快速識別，同時系統(tǒng)具有與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對接數(shù)據(jù)的功能，滿足煤礦監(jiān)管監(jiān)察要求。

4.8 系統(tǒng)具備應急聯(lián)動功能

在瓦斯超限、火災、斷電等需立即撤人的緊急情況下，能夠自動與應急廣播、人員位置監(jiān)測等系統(tǒng)應急聯(lián)動。通過井下應急廣播系統(tǒng)通知危險區(qū)域人員撤離，通過人員位置監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)雙向緊急呼叫功能，自動通知危險區(qū)域人員進行撤離等。

4.9 增加加密存儲要求

采掘工作面等重點區(qū)域的瓦斯超限、報警、斷電信息實現(xiàn)加密存儲，采用RSA加密算法對數(shù)據(jù)進行加密。甲烷、溫度、風速、負壓、一氧化碳等重要測點的實時監(jiān)測值存盤記錄保存3個月以上。模擬量統(tǒng)計值，報警/解除報警時刻及狀態(tài)，斷電/復電時刻及狀態(tài)，饋電異常報警時刻及狀態(tài)，局部通風機、風筒、主要通風機、風門等狀態(tài)及變化時刻，瓦斯抽采(放)量等累計量值，設備故障/恢復正常工作時刻及狀態(tài)，以上記錄保存2年以上。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，丟失上述信息的時間長度不大于40s。

4.10 達到聯(lián)網(wǎng)要求

（1）上傳帶寬〉 20M。

（2）到中心服務器延遲≤100ms。

（3）服務質(zhì)量（QoS）≥20M。

（4）到數(shù)據(jù)中心服務器丟包率≤3‰。

（5）配套服務器設備性能符合要求，配備專用平臺訪問終端，實現(xiàn)系統(tǒng)綜合展示。

（6）實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)主機雙機熱備。

5 結論

通過監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，深化信息化與安全生產(chǎn)業(yè)務融合，推動信息技術應用和信息資源開發(fā)共享，提高了礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)準確性、靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性和易維護性，增強了煤礦安全保障能力，具有重要的社會意義和顯著的經(jīng)濟效益。