趙樓煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造初探

王會強(qiáng) 孔德君 周忠橋

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274900）

為滿足煤礦安全生產(chǎn)的要求，提高礦井安全預(yù)測預(yù)警能力，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控信息的綜合利用，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)在煤礦安全生產(chǎn)中的重要作用與應(yīng)用水平，本文針對趙樓煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題，提出了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造具體的方案。

1 趙樓煤礦及其安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

兗煤菏澤能化公司趙樓煤礦是兗礦集團(tuán)本部安全穩(wěn)、成本低、效益好的主力礦井之一。礦井采用單一水平立井開拓方式，綜采放頂煤回采工藝，中央并列式通風(fēng)。

趙樓煤礦目前在用安全監(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)，其設(shè)備主要有：KJF16B通用分站56臺，模擬量和開關(guān)量傳感器389臺。礦井已安裝的系統(tǒng)主要有安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位管理系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)等。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

趙樓煤礦KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已累計運(yùn)行8年，系統(tǒng)總體使用穩(wěn)定，能夠滿足煤礦的安全需要，但在實(shí)際使用過程存在以下問題：

（1）監(jiān)控信號傳輸距離不能滿足長距離工作面應(yīng)用需求。

趙樓煤礦部分礦井采掘工作面回風(fēng)巷長度普遍超過2000m，部分回風(fēng)巷超過2500m。當(dāng)傳感器到監(jiān)控分站的信號傳輸距離超過2000m時，只能將監(jiān)控分站設(shè)在回風(fēng)巷，違反了 《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》（AQ1029-2007），雖然可以利用增加多路電源、增大電纜截面積等措施，但效果不佳。

（2）傳感器不能適應(yīng)趙樓礦溫度高、濕度大的采掘工作面應(yīng)用場所，防護(hù)等級達(dá)不到IP65要求，經(jīng)常由于濕度大等原因而引發(fā)誤報警。

（3）系統(tǒng)具有預(yù)警、報警功能，但未達(dá)到升級改造方案所要求的分級報警要求。

（4）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(shí)現(xiàn)井下多系統(tǒng)設(shè)備共纜通信，即井下設(shè)備級數(shù)據(jù)融合。

（5）部分性能指標(biāo)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。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)與國家標(biāo)準(zhǔn)存在的差距

趙樓煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件現(xiàn)狀與《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）差距較大。系統(tǒng)沒有使用自診斷型傳感器、無線傳感器；支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合方面，該方案要求融合GIS系統(tǒng)，至少井上融合應(yīng)急廣播系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)，但沒有實(shí)現(xiàn)井下融合；格式規(guī)范化方面，該方案要求分站至主干網(wǎng)采用以太網(wǎng)傳輸，目前該礦還沒有采用以太網(wǎng)，未實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸；數(shù)據(jù)應(yīng)用分析方面，部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了偽數(shù)據(jù)標(biāo)注及異常數(shù)據(jù)分析，沒有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)測及大數(shù)據(jù)分析；應(yīng)急聯(lián)動方面，該礦的安全監(jiān)控系統(tǒng)還未實(shí)現(xiàn)與人員定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)、通信系統(tǒng)的聯(lián)動。

4 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造設(shè)計

（1）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(gòu)，采用目前煤礦應(yīng)用比較成熟的RS485總線，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞厦旱V現(xiàn)場應(yīng)用，地面部分采用天地（常州）1臺MT8000數(shù)據(jù)傳輸接口（內(nèi)置MOXA EDS-408A交換機(jī)），安裝在機(jī)房，方便主備機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備的接入。同時內(nèi)置2個KJJ14A模塊（含智能網(wǎng)關(guān)），方便地面洗煤廠、通風(fēng)機(jī)房等監(jiān)控分站的接入。趙樓煤礦安全監(jiān)控工業(yè)環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

井下部分采用天地（常州）4臺KJJ32交換機(jī)，該交換機(jī)內(nèi)置2路百兆光口，2路百兆電口與2路智能網(wǎng)關(guān)接口復(fù)用。分別安裝在中央變電所、南部中央變電所、七采1#變電所、南部11#配電點(diǎn)。井上下設(shè)備組成一套百兆環(huán)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。分站和傳感器、交換機(jī)和分站全部采用數(shù)字傳輸。

圖1 趙樓煤礦安全監(jiān)控工業(yè)環(huán)網(wǎng)拓?fù)鋱D

（2）分站為數(shù)據(jù)處理單元，在主干傳輸網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題的情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、瓦斯電和風(fēng)電閉鎖功能及傳輸恢復(fù)正常后完成斷點(diǎn)續(xù)傳。滿足井下分站最大供電距離及井下融合要求。此次升級改造為智能分站，實(shí)現(xiàn)分站級、鏈路級及數(shù)據(jù)級3個層次的融合。功能實(shí)現(xiàn)了：① 在井下發(fā)生危機(jī)需撤人的情況下，自動實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動，能夠做到第一時間通知井下作業(yè)人員，同時快速響應(yīng)把信息傳到地面系統(tǒng)。② 分站具有體積小、本質(zhì)安全、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。內(nèi)部模塊化插槽，可接入人員定位、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)控、無線通信等系統(tǒng)，根據(jù)功能與傳感器數(shù)量進(jìn)行擴(kuò)展。③ 分站和傳感器、交換機(jī)和分站全部采用數(shù)字傳輸。

（3）在系統(tǒng)軟件方面，為防止煤礦安全監(jiān)控數(shù)據(jù)被篡改，影響礦井安全生產(chǎn)，對數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行加密存儲，使數(shù)據(jù)無法被破解篡改實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全加密功能。采用基于WEB的矢量圖形與GIS技術(shù)，將安全監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、語音廣播、井下通訊等系統(tǒng)有機(jī)融合在礦圖上，實(shí)現(xiàn)了“一張圖”展示。系統(tǒng)軟件通過統(tǒng)一的接口協(xié)議，將采集的地面、井下各系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲、分析、處理，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)信息融合功能，實(shí)現(xiàn)全礦井?dāng)?shù)據(jù)的查詢與分析功能，同時提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺和訪問接口。在數(shù)據(jù)綜合分析方面應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分級、分區(qū)域預(yù)警和報警，最大限度防止事故發(fā)生和誤報警。當(dāng)某區(qū)域有故障和危險時，實(shí)現(xiàn)與工業(yè)電視、應(yīng)急廣播、人員定位、無線通信等系統(tǒng)聯(lián)動，并在第一時間通知相關(guān)人員，提高應(yīng)急響應(yīng)時間。

5 應(yīng)用結(jié)論

系統(tǒng)自2018年8月安裝完成并投入使用以來總體運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。與原有系統(tǒng)相比：（1）系統(tǒng)巡檢周期和異地斷電時間縮短，趙樓煤礦52個分站運(yùn)行情況下，異地斷電時間實(shí)測在2s以內(nèi)；（2）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，可以自動分析通信故障、供電電壓偏低、檢測元件故障、零點(diǎn)線性偏移、通信質(zhì)量診斷、設(shè)備重啟等，在該礦實(shí)際使用過程中大大方便了故障排除，縮短了井下勞動時間；（3）新的傳感器采用“二次儀表+變送器”結(jié)構(gòu)，傳感器即插即用、地址重復(fù)智能提醒等功能，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，在該礦實(shí)際使用過程中，設(shè)備安裝更簡單，更智能化，降低了系統(tǒng)的故障率；傳感器功耗降低，電源布置數(shù)量減少；降低了勞動強(qiáng)度；（4）新系統(tǒng)巡檢速度快，分站具有存儲功能，有效保證了監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性并實(shí)現(xiàn)無主異地斷電。