郭莊煤礦井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造研究

宋凱敏 龐旭朝 丁 棟

（山西潞安郭莊煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 047400）

隨著國家對煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)要求的不斷提高和企業(yè)自身發(fā)展的需要，為進一步加強安全生產(chǎn)監(jiān)督管理，有效降低煤礦井下綜采作業(yè)過程中的事故，目前各煤礦均設置有專門的井下綜采安全監(jiān)測控制系統(tǒng)，用于對井下綜采作業(yè)環(huán)境進行監(jiān)測、預警，極大地提升了煤礦井下的安全生產(chǎn)水平和安全生產(chǎn)管理效率，煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在瓦斯災害的防治中也起到越來越重要的作用[1]。郭莊煤業(yè)井下安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)投入使用時間較長，因此目前在實際生產(chǎn)中存在著自動化程度低、可靠性差、誤報警頻次高的問題，給煤礦井下的安全生產(chǎn)造成了較大的安全隱患。因此郭莊煤業(yè)引入了一套新煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，專門應用于煤礦井下環(huán)境參數(shù)、工況參數(shù)的監(jiān)測與控制，從而實現(xiàn)對煤礦井下各類設備和環(huán)境的不間斷監(jiān)測，確保第一時間發(fā)現(xiàn)井下的生產(chǎn)異常，自動對井下的工作狀態(tài)等進行監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析、記錄，有效提升煤礦井下的綜采作業(yè)效率和安全性，減少井下安全監(jiān)控人員數(shù)量，實現(xiàn)井下安全、高效的管理。

1 安全監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

郭莊煤業(yè)的礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要包括接口部分、網(wǎng)絡系統(tǒng)和上層的集成應用平臺[2]。將位于煤礦井下的各個監(jiān)控分站通過標準化接口接入到安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部，實現(xiàn)對各個監(jiān)控分站和單元的統(tǒng)一管控。該安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心在于監(jiān)控分站通訊系統(tǒng)及各個監(jiān)控分站傳感器部分。監(jiān)控分站通訊系統(tǒng)是網(wǎng)絡連接的核心，用于將各監(jiān)控分站監(jiān)測到的數(shù)據(jù)實時解算、傳輸和轉(zhuǎn)化，最終以圖表、曲線等形式顯示在上層應用分站的監(jiān)控中心內(nèi)，便于監(jiān)控人員對井下各個監(jiān)控分站處的狀態(tài)進行掌握和調(diào)控，及時對異常進行預警。監(jiān)控分站主要是對該單元內(nèi)的各類監(jiān)控傳感器進行管控、數(shù)據(jù)信號的初步分析，是安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎。

圖1 安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 監(jiān)控分站通訊系統(tǒng)改造方案

郭莊煤礦現(xiàn)使用的分站為KJF86N(08/16)型分站，該通訊分站和各類傳感器設備之間的數(shù)據(jù)通信使用頻率/電流模式。為了滿足RS485智能傳感器的接入需求，要求設備在煤礦井下復雜電磁環(huán)境下的抗干擾性要強，能夠確保數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定傳輸。同時順應國家新監(jiān)控系統(tǒng)要求，該礦已將井下部分區(qū)域的KJF86N(08/16)型分站逐步升級為KJ306-F（16）礦用智能型本安型分站。分站與傳感器通信共16路，采用8路頻率/電流模式、8路數(shù)字信號通訊模式[3]。根據(jù)郭莊煤業(yè)現(xiàn)有井下設備運行、監(jiān)測要求，現(xiàn)分站準備升級KJ306-F（16）H礦用全智能型本安型分站，用于進一步提升各類傳感器設備在井下復雜環(huán)境下的監(jiān)測數(shù)據(jù)的通訊可靠性要求，使控制人員能夠在地面實現(xiàn)對各傳感器和設備的遠程控制、數(shù)據(jù)提取、修改，提升監(jiān)控系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)存儲、傳輸和抗干擾性，有效降低監(jiān)控過程中出現(xiàn)的誤報現(xiàn)象。監(jiān)控分站通訊系統(tǒng)升級前后結(jié)構(gòu)對比如圖2所示。

圖2 監(jiān)控分站通訊系統(tǒng)升級前后結(jié)構(gòu)對比

KJ306-F(16)H 礦用本安型分站為針對煤礦井下特殊環(huán)境研發(fā)的成果，采用基于工業(yè)現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，多路總線通過對數(shù)據(jù)的多重效驗，提高分站與智能設備、分站與傳輸設備之間的傳輸可靠性。為了確保該分站在使用過程中的可靠性，需要與隔爆兼本質(zhì)安全電源作為一個整體使用。本安電源用于為系統(tǒng)內(nèi)各個傳感器提供穩(wěn)定、可靠的安全電源，確保各監(jiān)控設備在運行過程中的穩(wěn)定性。

3 瓦斯監(jiān)測傳感系統(tǒng)升級改造方案

郭莊礦現(xiàn)有的瓦斯傳感器在使用過程中無法對低濃度瓦斯進行有效監(jiān)測，對突發(fā)的瓦斯?jié)舛葎≡鰺o有效的反應時間，且監(jiān)測傳感系統(tǒng)對監(jiān)測信息的傳遞方式滯后，無法滿足井下安全生產(chǎn)需求。因此本次升級改造時采用了一種新的甲烷傳感器[4]，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新瓦斯傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

該瓦斯傳感器能夠滿足各種工況下的瓦斯?jié)舛茸詣颖O(jiān)控需求，同時能夠?qū)⒈O(jiān)測到的瓦斯?jié)舛戎缔D(zhuǎn)換為對應的電信號，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳遞給信息中心，能直接將監(jiān)控的瓦斯?jié)舛戎碉@示出來，還具有超限聲光報警等功能。該傳感器采用了新型單片微機和高集成數(shù)字化電路，具有集成度高、可靠性好的優(yōu)點，便于維修與調(diào)試且增加了傳感器斷電控制功能，并可任意設定斷電點，實現(xiàn)了一機多用。

4 安全監(jiān)控系統(tǒng)改造前后對比

郭莊煤業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級內(nèi)容及升級后的應用情況如表1所示。升級完成后整個安全監(jiān)控系統(tǒng)的自動化和智能化程度得到了極大的提升，通過在郭莊煤業(yè)的應用，該系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，極大地提升了井下安全監(jiān)控的可靠性。

5 結(jié)論

本文針對郭莊煤業(yè)現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)所存在的自動化程度低、可靠性差、誤報警頻次高嚴重影響井下綜采作業(yè)安全的情況，提出了一種新的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，對該安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和應用情況進行了分析，結(jié)果表明：

（1）該安全監(jiān)控系統(tǒng)主要包括接口部分、網(wǎng)絡系統(tǒng)和上層的集成應用平臺，將位于煤礦井下的各個監(jiān)控分站通過標準化接口接入到安全監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部，實現(xiàn)對各個監(jiān)控分站和單元的統(tǒng)一管控。

（2）礦用本安型分站采用基于工業(yè)現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。多路總線通過對數(shù)據(jù)的多重效驗，提高分站與智能設備、分站與傳輸設備之間的傳輸可靠性。

表1 安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級內(nèi)容及升級后的應用情況表

（3）根據(jù)在郭莊煤業(yè)的應用表明，該系統(tǒng)的穩(wěn)定性高，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，對井下復雜地質(zhì)環(huán)境適應性好，具有更加完善的報警、斷電等控制功能，而且支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合。系統(tǒng)升級改造增強了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的準確性、靈敏性、穩(wěn)定性和易維護性，極大地提升了井下安全監(jiān)控的可靠性。