基于多系統(tǒng)融合的煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造研究

王晉鋒

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)裕興煤業(yè)，山西 高平 048403）

1 煤礦現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)評(píng)估

裕興煤業(yè)有限公司核定生產(chǎn)能力為90 萬t/年，現(xiàn)有一套KJ340 型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，主要用來檢測甲烷、一氧化碳、風(fēng)速、負(fù)壓、溫度以及局部通風(fēng)機(jī)、皮帶和水泵的開停狀態(tài)等。礦井于2011 年安設(shè)一套井下人員定位考勤管理系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由主備機(jī)、傳輸接口、定位分站、讀卡器、識(shí)別卡等組成。同時(shí)，礦井安設(shè)有HL-TKB19 型有線通信系統(tǒng)、KT338 型語音廣播系統(tǒng)、KT105A 型無線通信系統(tǒng)。在升級(jí)改造之前對(duì)礦井現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)估，現(xiàn)有的系統(tǒng)存在以下問題：

（1）現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合，專網(wǎng)運(yùn)行，信息孤島，預(yù)警弱，系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)不足，海量數(shù)據(jù)未充分利用。如：監(jiān)控系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、人員定位、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)測等系統(tǒng)的融合，不支持系統(tǒng)之間的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。

（2）信息傳輸抗電磁干擾能力差，穩(wěn)定性、可靠性不高，易受到水、塵的影響，抗人為干擾能力差?，F(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)部分分站、傳感器未通過抗電磁干擾能力實(shí)驗(yàn)，且未取得抗干擾實(shí)驗(yàn)相關(guān)的安標(biāo)認(rèn)證。

（3）系統(tǒng)功能不完善?，F(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)就地?cái)嚯?、?bào)警和異地?cái)嚯姽δ?，具備區(qū)域斷電功能，不具備分級(jí)報(bào)警和邏輯報(bào)警功能；具備部分自診斷、自評(píng)估功能，但傳感器設(shè)置與定義檢查、井下監(jiān)控設(shè)備故障自診斷、軟件故障自診斷等功能達(dá)不到新標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）數(shù)據(jù)傳輸及系統(tǒng)性能指標(biāo)不達(dá)標(biāo)?，F(xiàn)有系統(tǒng)傳感器采用頻率或電流信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，未建立工業(yè)以太網(wǎng)及實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化，模擬量傳感器與分站之間采用頻率信號(hào)傳輸方式。

2 升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)

升級(jí)改造的前提是搭建一套煤礦安全監(jiān)控多系統(tǒng)融合平臺(tái)，將安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、應(yīng)急廣播通訊系統(tǒng)在地面集成、匯聚到融合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)集中監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享。多系統(tǒng)融合平臺(tái)架構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)格式/協(xié)議的接入，包括TXT、OPC、API 等格式，并可為其他相關(guān)系統(tǒng)提供所需數(shù)據(jù)。

圖1 安全監(jiān)控多系統(tǒng)融合平臺(tái)的搭建

在搭建多系統(tǒng)融合平臺(tái)的前提下，依據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》要求：系統(tǒng)主干網(wǎng)應(yīng)采用工業(yè)以太網(wǎng)，傳輸數(shù)字化，支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合，因此，為實(shí)現(xiàn)升級(jí)改造必須為煤礦建設(shè)一個(gè)安全監(jiān)控專用的工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸線路：采用MGTSV-12B 光纜，光纜從調(diào)度機(jī)房核心交換機(jī)經(jīng)副井至中央變電所KJJ18 礦用本安型千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，從中央變電所沿軌道運(yùn)輸大巷至二采區(qū)配電點(diǎn)KJJ18 礦用本安型千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，從二采區(qū)沿膠帶運(yùn)輸大巷經(jīng)主井口至地面洗煤廠KJJ18 礦用本安型千兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，最后從地面洗煤廠至調(diào)度機(jī)房核心交換機(jī)，形成工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。然后以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)為媒介，將業(yè)務(wù)終端、顯示終端、數(shù)據(jù)中心、移動(dòng)應(yīng)用、井下各監(jiān)測分站、各系統(tǒng)模塊整合，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測、人員定位、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)測等系統(tǒng)的融合，達(dá)到系統(tǒng)之間的信息共享及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。

根據(jù)搭建的多系統(tǒng)融合平臺(tái)及架構(gòu)設(shè)計(jì)，選用山西陽光三極公司研發(fā)的KJ340X 型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)安全監(jiān)控多系統(tǒng)融合拓?fù)鋱D，如圖2所示。

圖2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3 KJ340X 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的安裝使用

3.1 安裝及維護(hù)

必須先完成系統(tǒng)軟件、環(huán)網(wǎng)的建設(shè)，再按片區(qū)完成分站、電源、傳感器的更換工作。具體步驟如下：第一步是建設(shè)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)專用千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)；第二步為了不中斷安全監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行及數(shù)據(jù)上傳，在監(jiān)控室搭建新的安全監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，新舊兩套軟件系統(tǒng)并列運(yùn)行，并生成數(shù)據(jù)上傳至上級(jí)監(jiān)管部門；第三步是分階段、分區(qū)域進(jìn)行分站、電源、傳感器的更換，優(yōu)先改造不具有斷電控制功能區(qū)域的分站及傳感器，再改造采掘工作面的分站、電源、傳感器，逐步接入新系統(tǒng)；第四步是對(duì)接人員管理系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的融合及聯(lián)動(dòng)；第五步是貫穿整個(gè)安裝過程的調(diào)試、校核及維護(hù)管理工作。

3.2 升級(jí)后的使用效果

升級(jí)后的系統(tǒng)符合《煤礦安全規(guī)程》及國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。系統(tǒng)具有融合功能，實(shí)現(xiàn)人員定位、廣播、通訊、視頻監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控及電力監(jiān)控等系統(tǒng)的融合交互，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)關(guān)系可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“一礦一圖”功能，集成煤礦安全環(huán)境狀況各方面的信息于一個(gè)界面，直觀展示煤礦安全生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及變化趨勢(shì)，滿足安全管理需要。

系統(tǒng)可接入分站數(shù)量最大255 臺(tái)，每臺(tái)分站可配接傳感器最大32 個(gè)，系統(tǒng)最大測點(diǎn)數(shù)8160 點(diǎn)；系統(tǒng)巡檢周期小于10s，本地?cái)嚯姇r(shí)間小于2s，異地?cái)嚯姇r(shí)間小于20s；分站具有遠(yuǎn)距離供電功能，最大距離不小于6km；系統(tǒng)采用全數(shù)字傳輸方式，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高，抗干擾能力強(qiáng)，有線支持以太網(wǎng)、RS485、CAN 傳輸方式，無線支持Zigbee；系統(tǒng)已通過抗電磁干擾試驗(yàn)；系統(tǒng)具有分級(jí)報(bào)警和邏輯報(bào)警功能；具有就地?cái)嚯姽δ芎彤惖財(cái)嚯姽δ?，并加?qiáng)了饋電狀態(tài)監(jiān)測，提高斷電的可靠性；系統(tǒng)具備定期的自診斷、自評(píng)估功能，具備分級(jí)報(bào)警、邏輯報(bào)警、就地?cái)嚯姟惖財(cái)嚯姷裙δ堋?/p>

4 結(jié)語

安全監(jiān)控系統(tǒng)作為煤礦信息化的基礎(chǔ)將得到越來越多的關(guān)注和重視。一些老舊礦井現(xiàn)有的安全監(jiān)控系統(tǒng)不達(dá)標(biāo)，推倒重建的成本高、工期長。裕興煤業(yè)有限公司對(duì)原有的安全監(jiān)控系統(tǒng)等進(jìn)行多系統(tǒng)融合，利用新技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造，取得了良好的應(yīng)用效果，同時(shí)控制了成本，縮短了工期，為礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化改造提供了新的思路及成功經(jīng)驗(yàn)。