亭南煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造應(yīng)用實踐

陳足章 尹經(jīng)梅 沈建廷

（陜西長武亭南煤業(yè)有限責任公司，陜西 咸陽 712000）

1 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)介紹

礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是運用專用的網(wǎng)絡(luò)進行信號傳輸，通過傳感器進行信號轉(zhuǎn)換，對井下的CH4濃度、CO濃度、CO2濃度、H2S濃度、礦塵濃度、風速、風壓、濕度、溫度、饋電狀態(tài)、風機狀態(tài)等進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)超限聲光報警、斷電和甲烷風電閉鎖等功能的系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)處理，在調(diào)度指揮終端顯示測量參數(shù)、數(shù)據(jù)報表、曲線顯示、圖形生成以及故障統(tǒng)計和報告，為管理人員掌握生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的情況提供了方便，科學地指導管理人員去消除安全隱患，為礦井安全提供保障[1-2]。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對煤礦的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。例如對井下CH4、CO等氣體的監(jiān)測，可以方便掌握井下的CH4濃度、煤層的自燃情況，指導煤礦進行災害防治，降低發(fā)生礦難的風險；通過對井下作業(yè)人員實時監(jiān)控，可以掌握現(xiàn)場工作人員的狀態(tài)和位置，為礦工的生命安全提供保障。

2 煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

中國煤礦安全監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用較晚，最早從英國、美國引進礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)存在價格過高、體積較大、技術(shù)上相對不成熟等問題，不能滿足中國礦井實際生產(chǎn)需要。中國科研人員通過借鑒國外安全監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)并結(jié)合中國煤礦現(xiàn)場實際，先后研制出了KJ2、KJ4、K92等安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，又相繼研制出了KJ2000、KJG2000安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)以及MSNM、WEBGIS等綜合數(shù)字化安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、微電子的不斷發(fā)展，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)將向信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展[3]。

圖1 煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)圖

隨著我國煤礦不斷向信息化、智能化方向發(fā)展，目前使用的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)將無法滿足礦井實際生產(chǎn)要求，因此需要對安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造。本文以亭南煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的升級和改造為背景，闡述煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控升級改造的必要性以及成功經(jīng)驗，為其他礦井提供借鑒。

3 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷及改造方案

3.1 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷

亭南煤礦采用KJ76N煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，隨著使用時間的延長以及科學技術(shù)的發(fā)展，其非數(shù)字化、抗干擾能力弱、傳感裝備落后、報警和斷電分級響應(yīng)功能不靈敏、異常數(shù)據(jù)判斷弱等缺點越來越明顯，不能滿足礦井大型化、安全化、信息化的要求，其主要問題具體表現(xiàn)在以下方面：

（1）CO、CH4等傳感器工作穩(wěn)定性差，調(diào)教頻繁，分級報警不靈敏，當濃度過高時會出現(xiàn)靈敏度飄移的問題，在礦井的潮濕環(huán)境中，往往會造成供電不足、異常斷電等問題，給礦井安全生產(chǎn)埋下隱患。

（2）傳感器防護等級和抗干擾能力嚴重不足，在井下靜電場、力場、電磁波場等復雜的環(huán)境下，容易發(fā)生故障，造成監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)偏差。

（3）分站與中心站之間的數(shù)據(jù)傳輸采用模擬量，需要更多專業(yè)的人士進行圖表、曲線分析，數(shù)據(jù)的存儲和識別功能也比較弱，對異常數(shù)據(jù)檢測不夠準確和全面。

（4）系統(tǒng)資源沒有得到全部的整合和共享，現(xiàn)場設(shè)備故障較多，記錄功能不強，無法對設(shè)備進行遠程操作。在系統(tǒng)發(fā)生故障時，不能準確判斷故障位置、類別，無法安排人員迅速進行故障排除。

3.2 改造方案

亭南煤礦響應(yīng)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》的要求，對KJ76N煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行了升級改造。

亭南煤礦在KJ76N煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的過程中，綜合考慮礦井現(xiàn)場實際情況，委托淄博瑞安特自控設(shè)備有限公司對KJ76N煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造，其配備設(shè)備清單如表1所示。

（1）采用雙路IntelXeonE5-2620V3 CPU，超8G內(nèi)存，硬盤容量增大至3×300G，網(wǎng)卡增加到4個以上。

（2）傳感器與分站之間增加信號轉(zhuǎn)換器，將原有模擬量傳感器的頻率信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行傳輸。使用先進的激光傳感器，實現(xiàn)了濃度分級報警，其報警等級如表2所示。將傳感器的防護等級由IP54提升到IP65，可在淋水環(huán)境下正常工作。傳感器、分站更換本著不影響數(shù)據(jù)監(jiān)測傳輸、不影響正常生產(chǎn)的原則進行，在地面對傳感器進行調(diào)試，待48h穩(wěn)定后入井。現(xiàn)場安裝時，從分站開始至工作面敷設(shè)監(jiān)測線纜，利用分站的備用電源對各傳感器進行調(diào)試，調(diào)試成功后進行入網(wǎng)調(diào)試，整個入網(wǎng)過程用時不得超過5min，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測不中斷，對生產(chǎn)無影響，達到無縫對接。

（3）實現(xiàn)多系統(tǒng)融合。安全監(jiān)控系統(tǒng)具備數(shù)字傳感器及相關(guān)顯示功能，具備開關(guān)量顯示功能，具備累計量顯示功能，具備模擬量曲線和開關(guān)狀態(tài)圖顯示功能，具備傳感器實時曲線和歷史曲線顯示功能，具備模擬動畫顯示功能，具備系統(tǒng)設(shè)備布置圖顯示功能，支持數(shù)據(jù)、開關(guān)量狀態(tài)的模擬盤顯示，支持圖形、曲線、數(shù)據(jù)的大屏幕或多屏顯示，具備報表、曲線、柱狀圖、狀態(tài)圖、模擬圖、初始化參數(shù)等召喚打印功能，具有自診斷功能，具有井下不間斷電源綜合管理功能，具有操作權(quán)限管理功能；人員定位系統(tǒng)部分具備顯示煤礦基本信息功能，顯示職工基礎(chǔ)信息功能，顯示考勤信息管理功能，呼叫查詢功能，支持地圖游覽；應(yīng)急廣播系統(tǒng)部分具備顯示系統(tǒng)基本配置功能，顯示音響狀態(tài)功能，顯示系統(tǒng)實時任務(wù)功能，顯示定時任務(wù)功能，顯示已存儲語音節(jié)目庫功能。

表1 設(shè)備清單

升級改造實現(xiàn)了井下有線和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的有機融合、監(jiān)測監(jiān)控與GIS技術(shù)的有機融合，增強了自我診斷和評估能力，同時也加強了異常數(shù)據(jù)的識別和處理能力，提升礦井安全預警機制，為礦井的安全提供強有力的保證。其性能參數(shù)如表3所示。

表2 CH4濃度分級報警

表3 升級后系統(tǒng)性能參數(shù)表

4 亭南煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)使用及管理

亭南煤礦在KJ76N煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的使用及管理中遇到了不少問題。比如，KJ76N-F2分站通電，接入傳感器后，信號無正常通訊；激光傳感器校對時無法正常觀察報警點；粉塵檢測數(shù)據(jù)與上傳數(shù)據(jù)不符。綜合分析，出現(xiàn)這些問題的原因有：

（1）井下條件比設(shè)計時預估情況更加惡劣，設(shè)備不能完全適應(yīng)井下條件，從而出現(xiàn)運行異常。

（2）設(shè)備自身存在缺陷，不能實現(xiàn)預期功能。

（3）缺少專業(yè)技術(shù)人員對系統(tǒng)進行調(diào)試和維護。

綜合分析上述三個原因，前兩個聯(lián)系廠家均能得到解決，第三個問題的解決比較繁鎖。因為設(shè)備調(diào)試和維護是監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中一直持續(xù)的工作，雖然廠家也可配專業(yè)的人員駐礦，但這樣仍是很不方便，且監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是一個集電學、物理、計算機等多學科于一體的綜合體，對技術(shù)要求比較高，許多監(jiān)測工計算機方面知識欠缺。因此需要煤礦對專業(yè)技術(shù)人員進行專業(yè)培訓，使監(jiān)測工具備一定的專業(yè)技能，從而滿足崗位要求，為企業(yè)創(chuàng)造效益[4-5]。

5 結(jié)論

（1）通過對煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行分析發(fā)現(xiàn)，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)將向信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

（2）通過對亭南煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷分析，響應(yīng)國家煤礦安監(jiān)局的要求，完成KJ76N煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)升級改造，實現(xiàn)數(shù)字化傳送、分級響應(yīng)、多系統(tǒng)融合的功能。

（3）分析了亭南煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在升級中出現(xiàn)的問題，剖析了問題原因，提出了解決方案。