華燁煤礦瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)分站與環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸技術改進

武 奴 順

（1.山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司,山西 呂梁033200；2.呂梁學院，山西 呂梁033200）

0 引言

針對山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司安全監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和需求，針對改造前山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司面臨問題：安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸光纜與礦井巷道范圍內所控制的安全監(jiān)控分站進行單鏈路串聯(lián)傳輸，這種單鏈路串聯(lián)傳輸?shù)姆绞?，如果有一點傳輸鏈路故障或者增加刪除監(jiān)控分站，就會導致整個數(shù)據(jù)傳輸鏈路中斷，保障整個鏈路不出現(xiàn)故障點是非常困難的，導致這種單鏈路串聯(lián)方式可靠性低，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

1 華燁概況及監(jiān)控系統(tǒng)分站與環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸技改沿革

山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司位于臨縣林家坪鎮(zhèn)滴水局村南，北距臨縣縣城57km，行政區(qū)劃屬臨縣林家坪鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)臨近有離（石）-磧（口）公路通過，礦區(qū)距離石市區(qū)30km，于離石市區(qū)附近與臨（縣）-太（原）干線公路連接。礦井井田南北寬3.75km，東西長2.38km，井田面積6.971km2。煤礦產(chǎn)能：120萬t/a；瓦斯等級：高瓦斯。

華燁煤礦目前在用的安全監(jiān)控系統(tǒng)為中煤科工集團重慶研究院有限公司生產(chǎn)的K J90S型安全監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)自2018升級以后，全部設備防護等級已達到I P65，實現(xiàn)數(shù)字化傳輸，并具有融合人員定位系統(tǒng)與廣播系統(tǒng)的接口，但目前分站之間串聯(lián)傳輸，任何一點故障都會導致系統(tǒng)癱瘓，系統(tǒng)穩(wěn)定性很差。目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)采用光纜傳輸符合《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）》通知要求的主干傳輸采用環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)囊蟆?/p>

華燁煤業(yè)有限公司根據(jù)國家能源局、國家礦山安全監(jiān)察局有關智能化煤礦建設的有關要求[1～2]，中華人民共和國應急管理部4號令《煤礦重大事故隱患判定標準》及《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案》的通知煤安監(jiān)函〔2016〕5號文的要求，在2021年對礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)進行了全面環(huán)網(wǎng)傳輸方式技術改進。滿足了2016年版《煤礦安全規(guī)程》[3]和相關安全生產(chǎn)行業(yè)標準[4～5]對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的相關要求。

2 技術改進方法的實施

2.1 技術改進前監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸模式

在改造前期，延用了傳統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)設備進行數(shù)據(jù)傳輸。井下環(huán)網(wǎng)交換機到安全監(jiān)控分站之間采用RS485傳輸光纜傳輸方式，一條光纜連接多臺分站。傳輸光纜一旦發(fā)生故障或者增加刪除監(jiān)控分站，將影響多臺安全監(jiān)控分站數(shù)據(jù)傳輸。

在井下3個變電所設置了3臺重慶煤科院生產(chǎn)的K JJ103型環(huán)網(wǎng)交換機，3臺環(huán)網(wǎng)交換機互相通過光纜連接，再由中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機支出2條光纜從不同井口傳輸至地面中心站，從而形成井下安全監(jiān)控環(huán)網(wǎng)。井下環(huán)網(wǎng)交換機通過RS485轉換模塊，利用傳輸光纜與區(qū)域內每臺安全監(jiān)控分站進行單鏈路串聯(lián)傳輸。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，這種傳輸方式存在可靠性低的弊端，雖然井下3臺環(huán)網(wǎng)交換機中可以實現(xiàn)某一交換機斷開不影響實際數(shù)據(jù)傳輸，但是采用RS485單鏈路串聯(lián)傳輸?shù)陌踩O(jiān)控分站，只要其中一段傳輸光纜出現(xiàn)或者增加刪除監(jiān)控分站，那么故障光纜后面所接的全部安全監(jiān)控分站就處于中斷傳輸狀態(tài)。這就造成了各類傳感器將實時數(shù)據(jù)不能及時上傳到地面中心站，不僅影響范圍大、還不能及時掌握井下各類傳感器的實時數(shù)據(jù)，從而不能保證煤礦的安全生產(chǎn)。在這種狀況下，就必須解決這單一故障而影響多臺瓦斯監(jiān)控分站正常傳輸?shù)膯栴}。在確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的前提下，打破這種局限性，大膽的對井下安全監(jiān)控系統(tǒng)分站與環(huán)網(wǎng)傳輸方式進行了技術改進。

改進前：井下環(huán)網(wǎng)交換機到安全監(jiān)控分站之間采用RS485傳輸光纜傳輸方式，一條光纜連接多臺分站，具體傳輸系統(tǒng)見圖1所示。傳輸光纜一旦發(fā)生故障或者增加減少分站時，將影響多臺安全監(jiān)控分站數(shù)據(jù)傳輸。

圖1 改進前井下監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.2 技術改進后監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸模式

改進后：井上下環(huán)網(wǎng)交換機到安全監(jiān)控分站之間采用雙鏈路冗余環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)的先進傳輸模式進行數(shù)據(jù)傳輸。涉及2種交換機，分別為K J90-F16（B）和K JJ18（A），K JJ18（A）交換機主干網(wǎng)為千兆傳輸，K JJ18（A）交換機與分站組網(wǎng)為百兆傳輸，K J90-F16(B)交換機置于分站網(wǎng)為百兆傳輸。具體改進后井下監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸見圖2所示。

圖2 改進后井下監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸示意圖

3 改進后方法的實施

井上設置了2臺網(wǎng)絡交換機，井下中央變電所設置2臺,4#煤一采區(qū)變電所設置1臺,4#煤二采區(qū)設置1臺，K JJ18（A）型環(huán)網(wǎng)交換機，6臺環(huán)網(wǎng)交換機互相通過光纜連接，再由井下中央變電所2臺環(huán)網(wǎng)交換機支出2條光纜從不同井口傳輸至地面中心站，從而形成井上下安全監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)。

4#煤一采區(qū)瓦斯監(jiān)控分站距離比較近比較集中，由4#煤一采區(qū)變電所K JJ18A交換機引出一條網(wǎng)線連接變電所K JJ90-F16（B）型分站在由變電所K JJ90-F16(B)型引出一條光纜走4#煤一采區(qū)軌道巷采用'手拉手式'方式連接4105回風、4105運輸、4106運輸、4106回風走4#一采區(qū)運輸巷回到中央變電所K JJ18A交換機用網(wǎng)線連接組成小環(huán)網(wǎng)互聯(lián)互通，使用這種方式如果有任意一鏈路或者一點發(fā)生故障都會走備鏈路正常傳輸瓦斯監(jiān)控實時數(shù)據(jù)，不影響網(wǎng)絡正常傳輸。

4#煤二采區(qū)瓦斯監(jiān)控分站比較分散距離又遠，由4#二采區(qū)變電所K JJ18A交換機用光纜連接4#煤二采區(qū)K JJ90-F16（B）、再由4#煤二采區(qū)變電所K JJ90-F16（B）用光纜走4#煤二采區(qū)運輸巷采用“手拉手式”方式連接4#煤二采區(qū)水倉、5201回風、5201運輸、4#煤二采區(qū)移動救生艙回到4#煤二采區(qū)變電所K JJ18A交換機組成小環(huán)網(wǎng)互聯(lián)互通。使用這種方式如果有任意一鏈路或者一點發(fā)生故障都會走備鏈路正常傳輸瓦斯監(jiān)控實時數(shù)據(jù)，不影響網(wǎng)絡正常傳輸。

4 技術改造后的優(yōu)勢

1）通過以上環(huán)形式網(wǎng)絡連接可以規(guī)避傳統(tǒng)級聯(lián)式網(wǎng)絡連接帶來的'一點斷全網(wǎng)斷'的隱患，極大地提高了網(wǎng)絡穩(wěn)定性。

2）增加了瓦斯監(jiān)控分站組網(wǎng)的備用環(huán)網(wǎng)鏈路，完全杜絕了單條傳輸鏈路故障或者增加刪除監(jiān)控分站時不能及時將實時數(shù)據(jù)上傳到地面中心站的問題，解決了安全監(jiān)控系統(tǒng)運行不正常就是重大隱患的問題。

3）實現(xiàn)井下采掘工作面及其它地點涉及的各類傳感器實時數(shù)據(jù)持續(xù)穩(wěn)定上傳，全面保障了礦井的安全生產(chǎn)。

4）改進安全監(jiān)控環(huán)網(wǎng)傳輸方式后，既使用新技術又使用了新工藝，光纜保護介質穩(wěn)定、不易損壞，完全杜絕了井下瓦斯監(jiān)控分站因傳輸鏈路故障引起數(shù)據(jù)中斷的時間。

5 結論

華燁煤礦對瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)分站與環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸技術改進后，保障了井下采掘工作面及其它地點涉及的各類傳感器實時數(shù)據(jù)能夠及時有效的傳輸?shù)降孛嬷行恼荆瑴p少了因安全監(jiān)控系統(tǒng)故障導致煤礦停產(chǎn)而造成的經(jīng)濟損失。為井下人員安全生產(chǎn)提供了可靠的安全保障，另一方面保障了礦井的安全生產(chǎn)，減少了井下安全監(jiān)控分站鏈路中斷的故障率，杜絕了因安全監(jiān)控系統(tǒng)故障失控而引發(fā)的瓦斯爆炸事故。