泊里煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)巡檢周期研究

翟巨良

（陽泉煤業(yè)集團 泊里煤礦有限公司，山西 晉中 032700）

1 概 況

山西省作為煤炭資源大省，煤層及地質條件多樣化，隨著智能化礦井的普及，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是智能化礦井建設的一項重要環(huán)節(jié)。安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測著井下各類有毒有害危險性氣體濃度及相關設備運行的狀態(tài)，主要包括甲烷濃度、瓦斯電閉鎖、風電閉鎖、故障閉鎖等。因此，鑒于安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，要嚴格規(guī)范安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)，日常監(jiān)測系統(tǒng)遇到同類型故障及故障的處理辦法進行歸納，其中監(jiān)控系統(tǒng)最大巡檢周期是監(jiān)測系統(tǒng)運行是否正常的標志。本文以陽泉煤業(yè)集團泊里煤礦為研究對象，針對該礦最大巡檢周期存在的問題進行分析研究。

1.1 礦井概述

陽泉煤業(yè)集團泊里煤礦井田面積137 km2，地質儲量11.66 億t，均為優(yōu)質煤，生產(chǎn)能力為500萬t/a，是煤與瓦斯突出礦井，主采3、8、9、15號煤層，僅有8 號煤層為非突出煤層，15 號煤層屬II 類自燃煤層。

1.2 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

KJ90X 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)依據(jù)中心站軟件程序設定或通過控制，依托交換機為媒介進行環(huán)網(wǎng)傳輸。各類傳感器依托環(huán)網(wǎng)傳輸把全礦井需要實時監(jiān)測的各種有毒、有害氣體濃度、通風設施、各種設備的開停狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行采集并傳輸?shù)街行恼?，實現(xiàn)自動報警、斷電。

KJ90X 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是由地面和井下2 部分構成。井上部分由地面中心站監(jiān)控服務器雙機熱備組成，運行監(jiān)測主軟件，定義、控制系統(tǒng)，分析顯示井下被測量數(shù)據(jù)等，同時配備陣列控制柜和UPS 不間斷電源、網(wǎng)絡交換機、打印機等終端附屬設備，主控信息通過WEB 服務器實時上傳至礦調度及礦綜合信息平臺網(wǎng)絡；井下部分包由7 臺網(wǎng)絡交換機組成的以太環(huán)網(wǎng)、下級監(jiān)測分站和各類傳感器控制執(zhí)行器等，根據(jù)中心站定義實時監(jiān)測監(jiān)控井下環(huán)境參數(shù)，對超限區(qū)域自動發(fā)出控制指令，并把監(jiān)測參數(shù)傳回地面中心站主控服務機。安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)布置如圖1 所示。

圖1 安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)布置Fig.1 Layout of safety monitoring system

2 存在的問題及分析

泊里煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控中心站值班人員在日常工作當中發(fā)現(xiàn)個別監(jiān)測監(jiān)控傳感器最大巡檢周期大于《煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范（AQ1029-2019）》 中規(guī)定的20 s，這會導致監(jiān)測系統(tǒng)不能及時反饋各類傳感器的運行情況。

經(jīng)過查找資料分析，并與重慶煤科院技術人員交流探討，猜測導致最大巡檢周期異常與鏈路攜帶的監(jiān)測分站數(shù)量有較大關系。經(jīng)過篩查所有最大巡檢周期正常和異常的傳感器數(shù)據(jù)并進行分類歸納發(fā)現(xiàn)，最大巡檢周期異常的傳感器所在鏈路上攜帶的監(jiān)測分站均超過6 臺，例如鏈路192.168.0.79 和192.168.0.63 分別攜帶監(jiān)測分站數(shù)量為7 臺和11 臺（圖2）；而最大巡檢周期正常的傳感器所在鏈路上攜帶的監(jiān)測分站均未超過6 臺，例如鏈路192.168.0.94 和192.168.0.103 分別攜帶監(jiān)測分站數(shù)量為5 臺和6 臺（圖3）。由此可假設最大巡檢周期異常是否由于傳感器所在鏈路攜帶的監(jiān)測分站數(shù)量超過6 臺造成的。

圖2 最大巡檢周期異常鏈路Fig.2 Maximum inspection cycle abnormal link

圖3 最大巡檢周期正常鏈路Fig.3 Maximum inspection cycle normal link

當然，除了鏈路數(shù)量，還有可能是監(jiān)測分站與傳感器傳輸距離導致，以及交換機、監(jiān)測分站、傳感器故障導致，因此需要對這些猜測進行實驗驗證。

3 最大巡檢周期異常因素研究

為驗證上述猜測是否正確，此次以泊里煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配備的甲烷傳感器為例進行研究。

3.1 檢測方法

選取泊里煤礦井下工作面中任意甲烷傳感器，通過甲烷傳感器配備的遙控器調節(jié)甲烷傳感器的顯示數(shù)值，把顯示數(shù)值調節(jié)到報警值，并記錄調節(jié)的時間，保持3 min 后恢復正常工作狀態(tài)，3 min 后再一次調節(jié)甲烷傳感器的顯示數(shù)值，重復3 次；上井后在安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中心站找到被測試甲烷傳感器3 次調節(jié)到報警值的時刻，對應井下記錄3 次報警值的時刻，計算出3 個井上時刻與井下時刻的差值，取最大值為巡檢周期。巡檢周期超過20 s，為不合格。

3.2 實驗過程

3.2.1 傳輸距離實驗

利用采集到的數(shù)據(jù)，當相關參數(shù)發(fā)生變化時，研究系統(tǒng)的EER是如何變化的，并且在分析測試結果的工作中，將相鄰時間段內波動比較大的數(shù)據(jù)剔除掉。為了盡量避免其他條件的影響，選擇機組運行正常2017年6月27日的數(shù)據(jù)進行分析。

使用傳輸線1 m，在監(jiān)測分站上直接安裝傳感器，待傳感器運行穩(wěn)定后，采用上述檢測方法進行評判，最終得出最大巡檢周期依然超過20 s，因此排除此故障原因。

3.2.2 設備故障實驗

針對傳感器最大巡檢周期異常所在的監(jiān)測分站、交換機、傳感器依次進行更換，每次更換其他變量不動，更換單一變量后采用上述檢測方法進行評判，最終得出最大巡檢周期依然超過20 s，因此排除此故障原因。

3.2.3 鏈路數(shù)量實驗

選取泊里煤礦3217 輔助進風分風口甲烷傳感器，其鏈路攜帶8 臺監(jiān)測分站，采用上述檢測方法進行最大巡檢周期計算；若最大巡檢周期大于20 s，則依次遞減鏈路攜帶的監(jiān)測分站數(shù)量，直至最大巡檢周期小于20 s，并查看此時鏈路攜帶的監(jiān)測分站數(shù)量，實驗結束。具體實驗過程情況如下。

（1） 當鏈路攜帶8 臺監(jiān)測分站時檢測數(shù)據(jù)見表1。第1 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到0.80%，記錄其時刻為15:05:10；第2 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到1.20%，記錄其時刻為15:14:10；第3 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到1.6%，記錄其時刻為15:25:10。

表1 鏈路攜帶8 臺監(jiān)測分站時檢測數(shù)據(jù)Table 1 Detection data when the link carries 8 monitoring substations

在地面監(jiān)控系統(tǒng)軟件中找到該測點的3 次報警值時刻，第1 次為15:05:42；第2 次為15:14:44；第3 次為15:25:39。

計算3 次地面與井下報警時刻的差值，第1 次差值32 s，第2 次差值34 s，第3 次差值29 s，取最大值34 s 為巡檢周期。

（2） 當鏈路攜帶7 臺監(jiān)測分站時檢測數(shù)據(jù)見表2。第1 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到0.80%，記錄其時刻為15:36:15；第2 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到1.20%，記錄其時刻為15:50:15；第3 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到1.6%，記錄其時刻為16:00:15。

表2 鏈路攜帶7 臺監(jiān)測分站時檢測數(shù)據(jù)Table 2 Detection data when the link carries 7 monitoring substations

在地面監(jiān)控系統(tǒng)軟件中找到該測點的3 次報警值時刻，第1 次為15:36:40；第2 次為15:50:38；第3 次為16:00:39。

計算3 次地面與井下報警時刻的差值，第1 次差值25 s，第2 次差值23 s，第3 次差值24 s，取最大值25 s 為巡檢周期。

（3） 當鏈路攜帶6 臺監(jiān)測分站時檢測數(shù)據(jù)見表3。第1 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到0.80%，記錄其時刻為16:29:05；第2 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到1.20%，記錄其時刻為16:41:05；第3 次使用遙控調整傳感器數(shù)值達到1.6%，記錄其時刻為16:52:05。

表3 鏈路攜帶6 臺監(jiān)測分站時檢測數(shù)據(jù)Table 3 Detection data when the link carries 6 monitoring substations

在地面監(jiān)控系統(tǒng)軟件中找到該測點的3 次報警值時刻，第1 次為16:29:17；第2 次為16:41:20；第3 次為16:52:18；

計算3 次地面與井下報警時刻的差值，第1 次差值12 s，第2 次差值15 s，第3 次差值13 s，取最大值15 s 為巡檢周期。

3.3 分析與結論

根據(jù)上述實驗分析可以得出，泊里煤礦井下工作面?zhèn)鞲衅髯畲笱矙z周期異常的原因是鏈路攜帶監(jiān)測分站數(shù)量過多，超過6 臺時即會造成最大巡檢周期超過規(guī)定的20 s；排除了監(jiān)測分站與傳感器傳輸距離，以及交換機、監(jiān)測分站、傳感器故障導致最大巡檢周期異常的可能。

4 結 語

本文對泊里煤礦井下安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)部分傳感器最大巡檢周期異常的問題展開分析研究，并猜測可能是由于鏈路攜帶的監(jiān)測分站數(shù)量、監(jiān)測分站與傳感器傳輸距離以及相關設備故障導致的。為了確定真實原因，進行了實地實驗，最終實驗排除了傳輸距離和設備故障的原因，查明是由于鏈路攜帶監(jiān)測分站數(shù)量過多導致的，當鏈路攜帶監(jiān)測分站超過6 臺時即會造成最大巡檢周期超過規(guī)定的20 s，產(chǎn)生異常。此次實驗分析幫助泊里煤礦查清了傳感器最大巡檢周期異常的原因，保證了安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的正常運行。