孫村煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造及應(yīng)用

王 彬 劉建峰

（孫村煤礦，山東 泰安 271000）

1 孫村煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介

孫村煤礦已安裝了淄博瑞安特自控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的KJ76N型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，安裝監(jiān)控分站43臺，配備各類傳感器共計242臺。其中，甲烷傳感器60臺，溫度傳感器23臺，粉塵傳感器10臺，風(fēng)速傳感器11臺，一氧化碳傳感器20臺，風(fēng)筒傳感器8臺，風(fēng)門傳感器40臺，開停傳感器25臺，饋電傳感器13臺，負(fù)壓傳感器2臺，氧氣傳感器6臺，二氧化碳傳感器5臺，煙霧傳感器10臺，高低濃度甲烷傳感器4臺，流量傳感器2臺，液位傳感器3臺，從2003年5月系統(tǒng)安裝使用至今。

2 孫村煤礦監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的背景

《國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）文件和《關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)國家煤礦安監(jiān)局〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案〉的通知》（魯煤監(jiān)技裝〔2017〕13號）等文件中指出：促進(jìn)安全監(jiān)測監(jiān)控新技術(shù)新裝備的推廣應(yīng)用，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性，適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需要。2017年4月初在常州召開的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造宣貫會中，明確提出，新一代的安全監(jiān)控系統(tǒng)在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)符合《升級改造技術(shù)方案要求》。

2.1 現(xiàn)用煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控存在的主要問題

（1）安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備數(shù)字化程度不高，尤其是傳感器及執(zhí)行器采用模擬傳輸技術(shù)，不能實(shí)現(xiàn)傳感器及執(zhí)行器的工作狀態(tài)識別及故障自診斷，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性差；

（2）目前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)抗電磁干擾性較弱。井下電磁環(huán)境惡劣，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備經(jīng)常受到強(qiáng)電磁干擾，而監(jiān)控設(shè)備普遍不具備抗電磁干擾能力，極易使數(shù)據(jù)混亂；

（3）目前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)傳感器防護(hù)等級為IP54，礦井皮帶機(jī)頭、綜采工作面、掘進(jìn)工作面粉塵濃度較大，噴水除塵、清洗現(xiàn)象普遍，經(jīng)常造成傳感器故障和數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，傳感器的防護(hù)等級也亟需提高；

（4）安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均為有線傳輸，受生產(chǎn)環(huán)境條件影響，在采掘面等生產(chǎn)條件有限的區(qū)域，布線困難，線纜極易受到損壞；

（5）目前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)配套的甲烷傳感器敏感元件多為載體催化原件，使用壽命有限，測量量程僅為4%，標(biāo)校周期短，維護(hù)管理難度較大；

（6）電源后備電池（2h）的續(xù)航能力有待提升。

2.2 實(shí)施示范工程的必要性

為貫徹國家煤監(jiān)局相關(guān)文件要求，通過自查，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)存在較多的安全隱患，針對隱患及存在的問題，提出了一系列的整改措施。為確保礦井的安全生產(chǎn)，礦井進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)安全改造是必然的。

通過新技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)融合、構(gòu)建統(tǒng)一的監(jiān)測平臺，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的全數(shù)字化，構(gòu)建多主并發(fā)、對等通信高速率、冗余數(shù)據(jù)傳輸平臺，提升安全監(jiān)控系統(tǒng)的抗電磁干擾能力，增強(qiáng)大數(shù)據(jù)的分析、挖掘、應(yīng)用，提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，促進(jìn)了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級換代，可以解決一直以來制約監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的瓶頸問題。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)作為保障煤礦安全生產(chǎn)的重要組成部分，通過系統(tǒng)改造可以大大提高監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。為充分發(fā)揮安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要作用，提升煤礦安全保障能力，有必要對安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行改造升級。

3 系統(tǒng)升級改造方法及步驟

第一步，監(jiān)控環(huán)網(wǎng)的改造。組建安全監(jiān)控獨(dú)立、傳輸穩(wěn)定的環(huán)網(wǎng)，分別從副提升、皮帶井入井組建環(huán)網(wǎng)。

孫村煤礦在井下-600m副井車房、-400m泵房、-800m副井車房、后一電所、-800m井底電所、擴(kuò)大區(qū)二采變頻車房、擴(kuò)大區(qū)二采電所、-1100m泵房安裝八臺基于赫斯曼交換的礦用隔爆型交換機(jī)，在北立井通訊機(jī)房、東斜井機(jī)房安裝兩臺，三層核心交換機(jī)安裝在智慧礦山智慧中心。光纜經(jīng)副提升接入各地點(diǎn)交換機(jī)，最后經(jīng)主運(yùn)皮帶至三層核心交換機(jī)，構(gòu)建完成了完備獨(dú)立的安全監(jiān)控工業(yè)環(huán)網(wǎng)。

第二步，升級地面中心站服務(wù)器。將地面服務(wù)器配置進(jìn)行提升，運(yùn)行內(nèi)存不能小于16G，配備網(wǎng)卡不少于2個。

將中心站值班用工控機(jī)、WEB頁發(fā)布、三層核心機(jī)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理軟件、圖形站工控機(jī)進(jìn)行替換。

第三步，升級中心站系統(tǒng)軟件。能夠兼容新老系統(tǒng)傳感器的傳輸數(shù)據(jù)。

改造步驟的具體實(shí)施如下所述：

3.1 增加報警、斷電等控制功能

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分級報警，根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮　⑼咚钩蕹掷m(xù)時間、瓦斯超限范圍等，設(shè)置不同的報警級別，實(shí)施分級響應(yīng)。用戶可根據(jù)礦方實(shí)際情況配置報警值。

推行邏輯報警，根據(jù)巷道布置及瓦斯涌出等的內(nèi)在邏輯關(guān)系，實(shí)施邏輯報警，促進(jìn)各類傳感器的正確安裝、設(shè)置、維護(hù)，監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用。

完善就地斷電功能，提高斷電的可靠性，并加強(qiáng)饋電狀態(tài)監(jiān)測。推行區(qū)域斷電，可由煤礦企業(yè)根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。KJ70X實(shí)現(xiàn)在特殊情況下，可遠(yuǎn)程本地、異地區(qū)域斷電，可根據(jù)需要自行設(shè)定斷電區(qū)域。

3.2 增加支持多網(wǎng)多系統(tǒng)融合、應(yīng)急聯(lián)動

多系統(tǒng)的融合采用地面方式。在地面統(tǒng)一平臺上融合環(huán)境監(jiān)測(江蘇三恒)、人員定位（濟(jì)南新云鵬）、應(yīng)急廣播（江蘇三恒）等系統(tǒng)。在瓦斯超限斷電等需要立即撤人的緊急情況下，監(jiān)控系統(tǒng)與應(yīng)急廣播、通訊、人員定位進(jìn)行應(yīng)急聯(lián)動。

多網(wǎng)融合具體安排如下：

（1）孫村煤礦多網(wǎng)融合采用地面軟件融合。

（2）安裝新KJ70X系統(tǒng)的同時，把KJ70X融合軟件聯(lián)動協(xié)議提供給調(diào)度通訊（杭州北辰）、人員定位廠家（山東新云鵬），讓上述兩個廠家根據(jù)提供的協(xié)議進(jìn)行對應(yīng)的軟件編寫工作。

（3）在調(diào)度通訊和人員定位廠家編寫完程序后，安全監(jiān)控系統(tǒng)廠家分別將調(diào)度通訊和人員定位進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，逐步完善。

3.3 增加自診斷、自評估功能

系統(tǒng)軟件增加自診斷、自評估功能，能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在安裝使用中存在的問題。自診斷程序具有以下功能：模擬量傳感器維護(hù)、定期未標(biāo)校提醒。模擬量傳感器、控制器、電源箱等設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)顯示。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)防爆電源遠(yuǎn)程監(jiān)控。中心站軟件自診斷，包括雙機(jī)熱備、數(shù)據(jù)庫存儲、軟件模塊通信。

三恒KJ70X安全監(jiān)控系統(tǒng)提供自診斷管理軟件，可以對系統(tǒng)軟件的運(yùn)行環(huán)境包括操作系統(tǒng)、雙機(jī)熱備、數(shù)據(jù)庫及必要組件等軟件環(huán)境進(jìn)行診斷，也可以對CPU內(nèi)存硬盤等硬件指標(biāo)是否達(dá)到要求進(jìn)行診斷。同時系統(tǒng)可以通過軟件對傳感器與分站的通信質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，可以分析出傳感器傳輸是否受到干擾等。

3.4 增加加強(qiáng)數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用功能，包括以下內(nèi)容：

（1）偽數(shù)據(jù)標(biāo)注及異常數(shù)據(jù)分析。三恒KJ70X安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件內(nèi)置了很多通訊異常識別代碼，分別代表不同類型的異常情況。例如，03號代碼表示分站通訊有誤碼，可以幫助快速查找及解決問題。亦可根據(jù)傳感器參數(shù)的上升速率等指標(biāo)，來判斷是否存在偽數(shù)據(jù)。當(dāng)突然傳來高數(shù)值的時候，可以在短時間內(nèi)再次巡檢該分站，確認(rèn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性等。

（2）系統(tǒng)具有瓦斯涌出、火災(zāi)預(yù)測預(yù)警專用軟件。瓦斯涌出與火災(zāi)等預(yù)測預(yù)警與安全監(jiān)控系統(tǒng)兼容?？赏ㄟ^接口與安全監(jiān)控系統(tǒng)對接，系統(tǒng)利用各項參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析。

（3）大數(shù)據(jù)分析。系統(tǒng)具有信息融合功能，根據(jù)融合的系統(tǒng)不同，可以分析出不同的信息。比如，電力監(jiān)控系統(tǒng)與產(chǎn)量結(jié)合，可以分析設(shè)備或區(qū)域的工效。通過對比井下各處的風(fēng)速、參數(shù)，結(jié)合風(fēng)系監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以對井下通風(fēng)情況進(jìn)行評估。

（4）可與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對接數(shù)據(jù)。具備數(shù)據(jù)對接接口。

3.5 增加加密存儲要求

為有利于安全監(jiān)管監(jiān)察和企業(yè)安全管理，對采掘工作面等重點(diǎn)區(qū)域的瓦斯超限、報警、斷電信息應(yīng)進(jìn)行加密存儲，KJ70X系統(tǒng)采用RSA加密算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止數(shù)據(jù)被篡改。

4 系統(tǒng)升級改造效果

安全監(jiān)控系統(tǒng)全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，傳感器必須通過浪涌（沖擊）抗擾度3級試驗，且防護(hù)等級均為IP65，可在淋水環(huán)境下正常工作。采掘地點(diǎn)（兩個回采工作面、四個掘進(jìn)工作面）應(yīng)用激光甲烷傳感器，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。實(shí)現(xiàn)分級報警、邏輯報警、區(qū)域斷電、應(yīng)急聯(lián)動功能。支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合，實(shí)現(xiàn)在地面統(tǒng)一平臺上必須融合環(huán)境監(jiān)測、人員定位、應(yīng)急廣播。孫村煤礦經(jīng)過升級改造實(shí)時監(jiān)測監(jiān)控各個地點(diǎn)，隨時調(diào)度指揮生產(chǎn)，避免和減少了安全事故的發(fā)生，同時有效促進(jìn)了孫村煤礦礦井智慧化礦山建設(shè)。