煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸技術(shù)改造及應(yīng)用

郝明耀

（山西潞安礦業(yè)集團(tuán)慈林山煤業(yè)有限公司 夏店煤礦，山西 長(zhǎng)治 046000）

0 引 言

安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大”系統(tǒng)之一，該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測(cè)煤礦井下各作業(yè)地點(diǎn)、巷道硐室內(nèi)及需要監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的甲烷濃度、CO 濃度、風(fēng)速、風(fēng)壓、溫度、煙霧、饋電狀態(tài)、風(fēng)門(mén)狀態(tài)、風(fēng)筒狀態(tài)、局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)停，并實(shí)現(xiàn)甲烷、CO 超限報(bào)警、斷電和甲烷風(fēng)電閉鎖控制功能，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要作用，主要由傳感器、監(jiān)控分站、主站、電源箱、傳輸光纜、主機(jī)、系統(tǒng)軟件等部分組成[1-2]。夏店煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)前存在的主要問(wèn)題是系統(tǒng)傳輸光纜與井下巷道內(nèi)各監(jiān)控分站采用的是單鏈路串聯(lián)鏈接傳輸，該鏈接傳輸方式容易出現(xiàn)一個(gè)傳輸點(diǎn)發(fā)生故障或增減監(jiān)測(cè)分站時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)傳輸鏈路中斷數(shù)據(jù)傳輸[3-6]。因井下作業(yè)地點(diǎn)多，安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控分站和鏈路也非常多，受井下復(fù)雜作業(yè)環(huán)境影響，安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)線路及分站也容易發(fā)生故障，若采用單鏈路串聯(lián)方式進(jìn)行鏈接傳輸，經(jīng)常容易發(fā)生監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中斷現(xiàn)象，從而降低了系統(tǒng)的安全可靠性。

1 監(jiān)控系統(tǒng)概況

夏店煤礦現(xiàn)使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)為北京鑫源九鼎科技有限公司生產(chǎn)的KJ209N 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)分站之間采用串聯(lián)傳輸，在日常使用過(guò)程中，任何一個(gè)監(jiān)測(cè)分站發(fā)生故障，整個(gè)監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中斷，系統(tǒng)整體穩(wěn)定性較差。為此，根據(jù)國(guó)家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》及相關(guān)規(guī)定及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，在2021 年組織對(duì)礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，并達(dá)到了《煤礦安全規(guī)程》及相關(guān)煤礦安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求。

2 系統(tǒng)升級(jí)改造及實(shí)施方法

2.1 系統(tǒng)升級(jí)改造前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸模式

在系統(tǒng)升級(jí)改造前，該礦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸采用的是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)設(shè)備。在井下3 個(gè)變電所各安裝了1 臺(tái)KJJ103 型環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，它們之間通過(guò)一條傳輸光纜進(jìn)行相互連接，然后從中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機(jī)上引出2 條光纜，通過(guò)各個(gè)井口與地面中心站進(jìn)行連接，從而組成該礦井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控環(huán)網(wǎng)。3 臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)RS485 轉(zhuǎn)換模塊與各監(jiān)測(cè)分站之間利用傳輸光纜進(jìn)行單鏈路串聯(lián)鏈接和數(shù)據(jù)傳輸。改造前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸模式如圖1 所示。

圖1 改造前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸模式Fig.1 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system before reconstruction

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際使用單鏈路串聯(lián)傳輸模式進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸時(shí)，雖然井下安裝的3臺(tái)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)能夠保證其中1 臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障或斷開(kāi)不會(huì)影響井下監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，但各監(jiān)測(cè)分站利用RS485 單鏈路串聯(lián)模式，通過(guò)一條光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，當(dāng)光纜或連接的某個(gè)分站出現(xiàn)故障或在光纜中間增加或拆除分站時(shí)，將會(huì)對(duì)該趟光纜上連接的所有監(jiān)測(cè)分站的數(shù)據(jù)傳輸都造成影響，處于中斷狀態(tài)，從而導(dǎo)致井下傳感器不能實(shí)時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，造成地面監(jiān)控中心不能及時(shí)掌握井下各作業(yè)地點(diǎn)傳感器監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)不能起到有效安全保障。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

2.2.1 技術(shù)路線

將礦井原安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)井上下環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與各監(jiān)測(cè)監(jiān)控分站之間單鏈路串聯(lián)連接傳輸方式改換成采用雙鏈路連接傳輸模式。改造后的傳輸模式共使用2 種型號(hào)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，分別為KJ90-F16（B） 型和KJJ18（A） 型，其中KJJ18（A） 型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)主干網(wǎng)采用的是千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)，其與各分站組網(wǎng)連接采用的是百兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)；KJ90-F16（B）型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與各監(jiān)測(cè)分站組網(wǎng)傳輸采用的同樣是百兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸。

2.2.2 改造方案

在地面監(jiān)控中心安裝了2 臺(tái)交換機(jī)，在井下中央變電所安裝2 臺(tái)交換機(jī)，在夏店煤礦11 采區(qū)和13 采區(qū)變電所各安裝1 臺(tái)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的型號(hào)為KJJ18（A） 型，這6 臺(tái)交換機(jī)均是通過(guò)光纜進(jìn)行相互連接，然后從中央變電所安裝的2臺(tái)交換機(jī)上引出2 條光纜，從不同井口延伸出來(lái)到地面，與地面監(jiān)控中心連接，組成井上下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)。系統(tǒng)改造后其傳輸系統(tǒng)如圖2 所示。

圖2 改造后礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸模式Fig.2 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system after reconstruction

11 采區(qū)各個(gè)工作面安裝的各個(gè)瓦斯監(jiān)測(cè)分站距離相對(duì)較近且集中，它們是由11 采區(qū)變電所內(nèi)安裝的1 臺(tái)KJJ18（A） 型交換機(jī)上引出一條網(wǎng)線與變電所內(nèi)的KJJ90-F16（B） 型監(jiān)測(cè)分站進(jìn)行連接，再由該監(jiān)測(cè)分站上引出一條光纜從11 采區(qū)軌道運(yùn)輸巷內(nèi)鋪設(shè)過(guò)來(lái)與采區(qū)內(nèi)各個(gè)工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷各監(jiān)測(cè)分站采用“手拉手”方式進(jìn)行連接，然后光纜從11 采區(qū)膠帶運(yùn)輸巷延伸到中央變電所，與中央變電所內(nèi)的KJJ18A 型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，形成采區(qū)小環(huán)網(wǎng)互聯(lián)互通。

13 采區(qū)內(nèi)各個(gè)工作面安裝的各個(gè)瓦斯監(jiān)測(cè)分站距離相對(duì)較遠(yuǎn)而且比較分散，它們是由13 采區(qū)變電所內(nèi)的KJJ18（A） 型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過(guò)光纜與13 采區(qū)變電所內(nèi)的KJJ90-F16（B） 型監(jiān)測(cè)分站進(jìn)行連接，再由KJJ90-F16（B） 分站引出一條光纜從13 采區(qū)膠帶運(yùn)輸巷鋪設(shè)出來(lái)后與13 采區(qū)工作面各個(gè)作業(yè)地點(diǎn)、硐室、水倉(cāng)等地點(diǎn)的監(jiān)測(cè)分站采用“手拉手”式進(jìn)行連接，再?gòu)?3 采區(qū)軌道巷回到13 采區(qū)變電所KJJ18（A） 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上，形成采區(qū)小型網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。

采用改造連接傳輸方式時(shí)，如果其中任意一條鏈路或分站點(diǎn)出現(xiàn)故障，其他分站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)從備用鏈路傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心，從而確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和實(shí)時(shí)性。

3 系統(tǒng)改造情況及應(yīng)用效果分析

3.1 系統(tǒng)改造情況

升級(jí)后的安全監(jiān)控系統(tǒng)配備監(jiān)控系統(tǒng)軟件服務(wù)器2 臺(tái)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)服務(wù)器2 臺(tái)、瓦斯抽采服務(wù)器2 臺(tái)、上傳服務(wù)器2 臺(tái)、融合服務(wù)器1 臺(tái)、組網(wǎng)交換機(jī)2 臺(tái)、核心交換機(jī)2 臺(tái)、UPS 電源1 套及配套設(shè)施，井上下鋪設(shè)光纖18 660 m，安裝交換機(jī)10 臺(tái)。監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器安裝有雙機(jī)熱備份軟件，具有雙機(jī)自動(dòng)切換功能。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大容量可配裝分站255 臺(tái)，目前井下共計(jì)安裝監(jiān)測(cè)分站39 臺(tái)，甲烷傳感器115 臺(tái)，風(fēng)速傳感器30 臺(tái)，CO 傳感器62 臺(tái)，溫度傳感器21 臺(tái)，以及其他如風(fēng)向、饋電、風(fēng)筒風(fēng)量、煙霧等各類(lèi)傳感器累計(jì)180 臺(tái)，對(duì)井下各種氣體參數(shù)及局扇開(kāi)停等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在地面監(jiān)控中心安裝監(jiān)控顯示終端2 臺(tái)，將監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)集中顯示在調(diào)度大廳內(nèi)，供監(jiān)控值班人員進(jìn)行參數(shù)設(shè)置等各種操作。

安全監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件設(shè)備嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》、國(guó)家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》 （AQ6201—2006） 的規(guī)定，進(jìn)行設(shè)備安裝和參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)升級(jí)后在數(shù)字化傳輸、防護(hù)等級(jí)、抗干擾性、自診斷和自評(píng)估功能等方面符合相關(guān)規(guī)定及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，斷電功能靈敏可靠，滿足礦井安全生產(chǎn)需要。

3.2 應(yīng)用效果分析

礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)改造后，經(jīng)過(guò)近半年投入使用，通過(guò)與改造前的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，取得的效果主要有3 個(gè)方面。

（1） 改造后安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接采用環(huán)形式連接，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接中易發(fā)生的“一點(diǎn)斷全網(wǎng)斷”弊端，為安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸提供了可靠的網(wǎng)絡(luò)保障。

（2） 井下瓦斯監(jiān)測(cè)分站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸模式由單鏈路串聯(lián)傳輸改換為環(huán)形式雙鏈路網(wǎng)絡(luò)鏈接傳輸，完全解決了單鏈路傳輸時(shí)易發(fā)生的一個(gè)監(jiān)測(cè)分站或一處監(jiān)測(cè)線路發(fā)生故障或增減分站時(shí)，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸都會(huì)中斷的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)井下地點(diǎn)傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定傳輸，為井下安全生產(chǎn)提供了保障。

（3） 抗干擾能力顯著增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)升級(jí)改造的傳感器和分站均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸，有效解決了運(yùn)行不穩(wěn)定的問(wèn)題。

4 結(jié) 語(yǔ)

夏店煤礦通過(guò)對(duì)井下安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸及監(jiān)測(cè)分站進(jìn)行升級(jí)改造，解決傳統(tǒng)單鏈路傳輸系統(tǒng)容易出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸中斷的弊端，使井下各作業(yè)地點(diǎn)傳感器能夠及時(shí)連續(xù)穩(wěn)定性的上傳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不僅為地面監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)掌握井下各地點(diǎn)安全生產(chǎn)信息，而且能夠?yàn)樘幚砭掳l(fā)生異常情況制定處置方案時(shí)提供科學(xué)有效的依據(jù)，確保礦井安全生產(chǎn)，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。