東灘煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造及應用

夏 偉 翟大臣 馮清喜

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

東灘煤礦原使用的KJ31N安全監(jiān)控系統(tǒng)是北京康斯培克環(huán)保系統(tǒng)設備有限公司在2006年對KJ75安全監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造的系統(tǒng)，整個系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，為東灘煤礦的安全生產發(fā)揮了重要作用。東灘煤礦根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）、《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案實施標準》（魯煤監(jiān)技裝〔2017〕70號）等相關文件要求，將原KJ31N安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造為江蘇三恒科技股份有限公司生產的KJ70X型安全監(jiān)控系統(tǒng)。截至2018年8月底已完成新系統(tǒng)升級改造工作。

1 原有監(jiān)控系統(tǒng)的狀況

原有監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心站、干線擴展器、備用電源箱、區(qū)域控制器、各種傳感器、監(jiān)控器等設備組成，并于2013年對安全監(jiān)控中心站設備及軟件進行升級改造。目前系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，共分北風井、西風井、洗煤廠、一采區(qū)、三采區(qū)、十四采區(qū)、六采區(qū)（包括四采區(qū)）七條干線。地面中心站位于調度指揮中心，主要包括主機、備機、服務器、終端機、打印機、錄音電話、UPS電源、干線轉換分配器、網絡交換機等設備。

2 改造的必要性

東灘煤礦原采用KJ31N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，已累計運行11年。系統(tǒng)總體運行穩(wěn)定，能夠滿足煤礦的安全需要，但與《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）、《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案實施標準》（魯煤監(jiān)技裝〔2017〕70號）的通知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，但防護等級達不到IP65要求；

（2）系統(tǒng)具有預警、報警功能，但未達到分級報警要求；

（3）系統(tǒng)未實現(xiàn)與人員位置監(jiān)測、應急廣播等系統(tǒng)的融合；

（4）部分性能指標不滿足要求；

（5）異地斷電時間不超過60s，不能滿足不超過斷電40s的要求；

（6）系統(tǒng)巡檢周期小于30s，不能滿足小于巡檢周期20s的要求；

（7）備用電源能維持斷電后正常供電時間2h，不能滿足供電4h的指標要求；

（8）無存儲加密功能；

（9）系統(tǒng)主干網未采用工業(yè)以太網；

（10）未使用低功耗激光甲烷傳感器。

3 系統(tǒng)升級改造主要內容

此次系統(tǒng)升級改造所包含的內容，圍繞國家總局的指導性文件，共有13條主要功能。

3.1 傳輸數(shù)字化

東灘煤礦使用的KJ70X監(jiān)控系統(tǒng)不僅所有模擬量傳感器實現(xiàn)數(shù)字化傳輸（RS485），開停、風門、煙霧等開關量傳感器也實現(xiàn)數(shù)字化傳輸（RS485）。

3.2 增強抗電磁干擾能力

KJ70X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通過檢驗機構EMC相關檢驗，滿足相關抗電磁干擾要求。

3.3 推廣應用先進技術及裝備

在幾個重點工作面都安裝了激光甲烷傳感器，井下避險硐室安裝了多參數(shù)傳感器。傳感器至中心站網絡層級為3層：傳感器→ 分站 → 中心站。

3.4 提升傳感器防護等級

東灘煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)所有模擬量傳感器防護等級均為IP65。

3.5 完善報警、斷電等控制功能

（1）東灘礦安全監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件都實現(xiàn)分級報警，甲烷及一氧化碳傳感器報警根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮?、超限持續(xù)時間、瓦斯超限范圍等分為四級報警。

（2）目前甲烷及一氧化碳傳感器已按要求實現(xiàn)四級聲光報警，系統(tǒng)已在部分區(qū)域按照巷道布置實現(xiàn)邏輯報警。

（3）系統(tǒng)本地異地斷電已經測試完成。系統(tǒng)具備區(qū)域斷電功能，可以在地面中心站配置區(qū)域，本區(qū)域內的任意甲烷傳感器報警都可以斷開區(qū)域內的所有開關。如圖1所示。

圖1 區(qū)域斷電功能顯示頁面

3.6 支持多網多系統(tǒng)融合

多系統(tǒng)的融合采用地面方式，在地面統(tǒng)一平臺上和調度通信系統(tǒng)、應急廣播系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測系統(tǒng)進行融合。目前已經完成監(jiān)控系統(tǒng)與各系統(tǒng)的融合。

3.7 格式規(guī)范化

（1）系統(tǒng)主干線以及分站均采用專用工業(yè)以太網進行通訊。東灘礦監(jiān)控系統(tǒng)布置了獨立工業(yè)環(huán)網。分別在井下南翼、東翼、北翼組成三個環(huán)型網絡，地面中心站機房配備了兩臺核心交換機。

（2）所有傳感器至分站的有線傳輸采用RS485進行傳輸。

（3）東灘煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后，滿足全省煤礦安全生產信息數(shù)據(jù)聯(lián)網要求，可以按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式將數(shù)據(jù)進行上傳。如圖2所示。

圖2 工業(yè)以太環(huán)網示意圖

3.8 增加自診斷、自評估功能

（1）系統(tǒng)已實現(xiàn)傳感器、控制器的設置以及定義診斷和評估，當檢測到傳感器報警、斷電、復電門限設置不滿足相關標準及規(guī)定時能發(fā)出報警信息提示。

（2）系統(tǒng)已按要求設置甲烷、一氧化碳傳感器標校提醒功能，軟件上有報警信息提示。

（3）系統(tǒng)能夠實現(xiàn)井下各監(jiān)測點的所有類型的傳感器以及分站、電源箱的狀態(tài)檢測和故障信息上傳功能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫密碼不正常、數(shù)據(jù)庫連接失敗、軟件模塊異常關閉以及工作異常時系統(tǒng)能發(fā)出異常信息提示。

3.9 加強數(shù)據(jù)應用分析

（1）系統(tǒng)已實現(xiàn)傳感器標校期間的數(shù)據(jù)分析功能和異常數(shù)據(jù)分析功能。

（2）系統(tǒng)能提供瓦斯涌出量預測預警功能，火災按照一氧化碳傳感器及溫度傳感器進行配置；瓦斯涌出按照瓦斯?jié)舛群惋L速及巷道橫截面積進行配置。

在多系統(tǒng)融合平臺的基礎上實現(xiàn)應急聯(lián)動功能。在緊急情況下自動與應急廣播、人員位置、調度通信等系統(tǒng)應急聯(lián)動。目前已經完成人員位置監(jiān)測系統(tǒng)的融合，應急廣播和調度通信的聯(lián)動正在調試。

3.10 應急聯(lián)動

在多系統(tǒng)融合平臺的基礎上實現(xiàn)應急聯(lián)動功能。在緊急情況下自動與應急廣播、人員位置、調度通信等系統(tǒng)應急聯(lián)動。目前已經完成監(jiān)控系統(tǒng)與各系統(tǒng)的融合。如圖3所示。

圖3 應急聯(lián)動功能顯示頁面

3.11 提升系統(tǒng)性能指標

（1）系統(tǒng)巡檢周期不超過10s。

（2）異地斷電時間最短縮至5s。

（3）電源電池能維持斷電后正常供電4h/8h。

（4）系統(tǒng)具有雙機熱備自動切換功能，切換時間小于30s。

（5）模擬量傳輸處理誤差不超過0.5%。

（6）可實現(xiàn)6km遠距離本安供電，不加中繼。

（7）系統(tǒng)及分站具有斷線續(xù)傳功能。

（8）目前系統(tǒng)電源續(xù)航能力明顯提高，所有分站電源的續(xù)航能力不低于4h。

（9）目前所有分站都具備斷線續(xù)傳功能。

3.12 增加加密存儲要求

系統(tǒng)采用RSA加密法進行加密，后臺運行。確保數(shù)據(jù)無法被破解篡改。

如圖4所示。

圖4 加密存儲控制頁面

3.13 方便用戶使用、維護、培訓

目前軟件界面友好，方便調用，方便數(shù)據(jù)篩選、查詢。按要求各軟件操作、查詢界面與主體軟件布局一致。能實現(xiàn)數(shù)據(jù)列表自定義頁面和供具體用戶對其最關注的數(shù)據(jù)進行定制化顯示等。

4 升級改造效果

目前，新系統(tǒng)已經完成全部設備、線纜的安裝和敷設工作，共計安裝環(huán)網交換機10臺，分站48臺，各類傳感器445臺，敷設、調整線纜6萬余米，全部實現(xiàn)了采掘工作面、重點部位實時動態(tài)監(jiān)測。新系統(tǒng)主干線采用專用工業(yè)以太網進行通訊，實現(xiàn)了傳輸數(shù)字化，增強了抗電磁干擾能力，分站、傳感器、電源箱、環(huán)網交換機具備狀態(tài)監(jiān)測功能，分站具有斷線續(xù)傳功能，所有傳感器防護等級均由IP54提升到IP65，傳感器具備井下就地分級報警，具備邏輯報警等功能；系統(tǒng)多網多系統(tǒng)融合及三維立體顯示功能已融合完畢，并符合各項標準。

5 結語

東灘煤礦對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造后，提高了安全監(jiān)管技術水平。系統(tǒng)所提供的精確數(shù)據(jù)為礦井領導分析決策提供了重要依據(jù)，提高了礦井安全預測預警水平，實現(xiàn)了安全監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用，充分發(fā)揮了安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產中的重要作用。