南屯煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級與應用

董祥武 呂 飛 劉 賓

（山東兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 鄒城 273515）

1 礦井概況

兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦位于山東省鄒城市西部，北宿、太平、城關和中心店境內(nèi)。礦井設計生產(chǎn)能力為240萬t/a，2013年礦井核定生產(chǎn)能力為300萬t/a。

目前在用安全監(jiān)控系統(tǒng)為天地（常州）自動化股份有限公司生產(chǎn)的KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控分站48臺，監(jiān)測監(jiān)控測點420個。系統(tǒng)累計運行12年，系統(tǒng)總體使用穩(wěn)定，能夠滿足煤礦的安全需要，但與《國家煤礦安監(jiān)局關于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號文）的要求相比尚存在如下不足：

（1）傳感器能夠適用于采掘工作面應用場所，防護等級達不到IP65要求；

（2）系統(tǒng)具有預警、報警功能，但未達到升級改造方案所要求的分級報警要求；

（3）系統(tǒng)可接入瓦斯抽放、礦井壓力監(jiān)測、采空區(qū)監(jiān)測等系統(tǒng)，但多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合程度低，未實現(xiàn)井下多系統(tǒng)設備共纜通信，即井下設備級數(shù)據(jù)融合；

（4）無存儲加密功能；

（5）部分性能指標不滿足要求：異地斷電時間為2倍巡檢周期，在煤與瓦斯突出等極端情況下不能快速斷電，無法滿足煤礦安全生產(chǎn)要求；備用電源能維持斷電后正常供電時間2h，不滿足4h的指標要求；模擬量傳輸處理誤差不超過1%，不滿足不超過0.5%的指標要求。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級原則

KJ95X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)本著架構簡單、穩(wěn)定可靠、低成本、低維護為出發(fā)點，以高水準、高質(zhì)量、高性能價格比為目標，根據(jù)國家升級改造要求、煤礦實際使用需求和未來發(fā)展趨勢進行設計。

2.1 整體性原則

安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造是一個系統(tǒng)性的工程，上至井上的系統(tǒng)主機，下至井下的傳感器、執(zhí)行器，各個設備在系統(tǒng)內(nèi)相互配合、協(xié)調(diào)工作，從而完成系統(tǒng)的功能及指標。同時需要考慮整個礦井的安全類監(jiān)測系統(tǒng)在地面、井下的數(shù)據(jù)融合，即升級改造要有全局意識，要遵循整體性原則。

2.2 先進性原則

系統(tǒng)構成采用簡單、成熟，具有國內(nèi)外先進水平，并符合國際發(fā)展趨勢的技術、軟件產(chǎn)品和設備，并且系統(tǒng)應遵守國內(nèi)、國際上的規(guī)范、標準，以保證系統(tǒng)具有較長的生命力和擴展能力。

2.3 針對性原則

此次監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的內(nèi)容較多，在滿足國家升級改造方案及相關標準要求的前提下，不同的系統(tǒng)提出了高于國家標準的性能指標，完成了多于國家標準的功能。高指標、多功能，是針對自身不同的需求而設計的。煤礦現(xiàn)場的升級改造需要針對自身的需求，有選擇性的升級附加功能及指標。

2.4 有效性原則

監(jiān)控系統(tǒng)升級改造是為了提高安全監(jiān)測監(jiān)控新技術、新裝備在煤礦現(xiàn)場的應用范圍，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術性能和安全可靠性，適應煤礦安全生產(chǎn)的需要，所以升級改造后的監(jiān)控系統(tǒng)要確保有效，提高其在煤礦安全生產(chǎn)過程中的作用，確保監(jiān)測準確、控制可靠。在保證系統(tǒng)有效性的同時，保證升級改造投資的有效性。

2.5 易操作性原則

針對煤礦工作人員的技術特點，提供先進且易于維護的人機界面功能，提供信息共享與交流、信息資源查詢與檢索等快速工具。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級方案

圖1 安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)傳輸采用典型工業(yè)環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線傳輸架構（如圖1），采用目前煤礦應用比較成熟的RS485總線，該總線抗干擾能力強，網(wǎng)絡拓撲符合煤礦現(xiàn)場應用，系統(tǒng)工作原理采用多主結構、事件主動上傳、傳輸壓縮算法機制，縮短系統(tǒng)的巡檢周期和異地斷電時間，實現(xiàn)窄帶優(yōu)先傳輸和斷線續(xù)傳。開發(fā)無線信號轉(zhuǎn)換器，接收人員定位信號，無線傳輸后自動接入系統(tǒng)，以實現(xiàn)多系統(tǒng)井下的鏈路融合。在部分采掘工作面、回風流及總回風處安裝激光甲烷傳感器，滿足煤礦對新設備應用的要求，傳感器防護等級提高到IP65，提高傳感器工作穩(wěn)定性與可靠性。

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)改造方案需更換關鍵設備如分站、電源，從而實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化傳輸。根據(jù)礦上實際情況安裝數(shù)字式傳感器，實現(xiàn)多系統(tǒng)融合。

4 安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級實施與應用

根據(jù)系統(tǒng)的特點和工作量安排，本著經(jīng)濟、穩(wěn)定、總體規(guī)劃、分步實施、最終實現(xiàn)平滑過渡的原則，分步進行系統(tǒng)升級改造，結合礦井的自身條件和特點，采用新舊兩套系統(tǒng)并行運行的方式進行升級改造。對不同的區(qū)域，逐一在規(guī)定時間內(nèi)完成升級。

第一步：為了不影響現(xiàn)有安全監(jiān)測系統(tǒng)的運行，在地面監(jiān)控室利用新工控機搭建一套新安全監(jiān)控系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)并行運行，同時開發(fā)新系統(tǒng)上傳軟件，將數(shù)據(jù)上傳至集團公司。

第二步：逐步形成井下監(jiān)控環(huán)網(wǎng)（南屯煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)無井下環(huán)網(wǎng)），要在地面機房加裝MT8000數(shù)據(jù)接口交換機，該設備內(nèi)置MOXA EDS-408A交換機可與井下交換機組成一套百兆環(huán)網(wǎng)來滿足監(jiān)控系統(tǒng)對網(wǎng)絡的要求，同時配置2臺KJJ14A（內(nèi)置）智能網(wǎng)關模塊，方便地面西風井、副井絞車房、壓風機開停房3臺分站接入。在三采東部變電所、井下變流機房、七采西部變電所、十一采區(qū)變電所、九采三分區(qū)變電所、九采變電所、中央風井、白馬河風井加裝8臺交換機，并調(diào)試專用環(huán)網(wǎng)和智能網(wǎng)關。

第三步：分階段、分主次、分重點進行分站與電源的更換升級，把現(xiàn)有分站中的傳感器接入到新分站中，對不能滿足數(shù)字化的傳感器進行更換或升級。根據(jù)升級計劃安排分階段接入新系統(tǒng)。試運行5d并由廠家人員組織相關培訓。由廠家人員協(xié)助監(jiān)測值班人員進行24h值班，直至值班人員能獨立正確使用新監(jiān)控系統(tǒng)。

第四步：根據(jù)施工計劃把壓風機開停房、副井絞車房、白馬河井、中央風井、-350m下井口、七采輔助下山上頭、十一采變電所、九采三分區(qū)變電所、七采西部變電所、一采二號變電所等12個無瓦斯傳感器且不參與斷電的分站逐個對現(xiàn)有傳感器、分站進行更換或升級，接入到新系統(tǒng)中，實現(xiàn)新老系統(tǒng)的平滑過渡，再次檢驗系統(tǒng)穩(wěn)定性。由廠家組織集中培訓，確保操作人數(shù)能夠熟練使用。

第五步：三采區(qū)作為南屯煤礦安全監(jiān)控示范點，首先在三采區(qū)形成百兆環(huán)網(wǎng)，在三采東部變電所安裝環(huán)網(wǎng)交換機，接入3304工作面、三采東區(qū)東部探巷、一采二號變電所、七采分區(qū)皮帶等監(jiān)控分站，并接入新系統(tǒng)中。

三采區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定后逐步把九采回風、九采東翼皮帶機頭、回風石門、中央變電所、西三部機頭、七采分區(qū)皮帶、混合井變電所、九采變電所、一采強力皮帶機頭、七采北部一號探巷、地面洗煤廠、-432二部皮帶中、7311煤集1、9306綜采面、9306綜采面1、9309切眼、一三采東部回風、九采二分區(qū)探巷等有瓦斯傳感器或參與斷電的分站進行更換或升級，接入到新系統(tǒng)中。并在9306工作面、3304工作面2個采煤工作面和三采東部東區(qū)探巷、九采二分區(qū)探巷、9309運順、9309工作面轉(zhuǎn)載皮帶巷等4個掘進工作面加裝激光甲烷傳感器和部分多參數(shù)傳感器來滿足國家及省局的相關要求。

第六步：匯總使用過程中存在的問題和建議，由廠家人員進行相應處理。試運行90d后無問題，根據(jù)現(xiàn)場情況申請驗收。驗收合格后正式投入使用。

5 結束語

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)全面升級，所有傳輸為數(shù)字化，大大提高了監(jiān)控系統(tǒng)抗干擾能力，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性大大增強。南屯煤礦在安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案設計基礎上，結合礦井實際，優(yōu)化設計方案，確保了安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行，為煤礦安全生產(chǎn)起到一定的作用。