KJ90NB監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在蔣莊煤礦中的應(yīng)用

趙 濱 陳 偉

（1.棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 通防處，山東 棗莊 277519；2.棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519）

1 引言

目前我國煤礦安全生產(chǎn)形勢十分嚴(yán)峻， 以2008年百萬噸死亡率（每生產(chǎn)一百萬噸煤死亡人數(shù)）為例：美國為0.028，印度為0.154，俄羅斯為0.19，南非為0.0798，波蘭為0.29，而我國為1.182。 為保障煤礦安全生產(chǎn)，通過研究國外監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)并結(jié)合我國煤礦的實(shí)際情況， 國內(nèi)先后研制出KJ101、KJ4-2000、KJ95、KJ70、KJ31、KJ65、KJ66、KJ15、KJ80、KJ92、KJ2000 等著名監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)[1-2]。 國內(nèi)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)均可用于環(huán)境安全監(jiān)測和生產(chǎn)工況監(jiān)測，不同的是系統(tǒng)的中心站、分站、軟件設(shè)計(jì)和傳感器類型不同[3-5]。其中，官地礦對KJ4 系統(tǒng)升級改造成能更好地處理數(shù)據(jù)、監(jiān)測井下生產(chǎn)工況地KJ66 系統(tǒng)[4]；重慶煤科院設(shè)計(jì)的KJ90 型煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)集環(huán)境監(jiān)測、生產(chǎn)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)化管理、圖像監(jiān)視為一體，能掛接瓦斯抽放、火災(zāi)監(jiān)測等多種子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)新穎，配置靈活，工作可靠，具有很高的性能價(jià)格比[5]。

蔣莊煤礦建立了KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)， 該系統(tǒng)采用以太網(wǎng)加現(xiàn)場CAN 總線多主體系結(jié)構(gòu)， 適合煤礦監(jiān)控環(huán)境特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)升級換代；支持多主通訊，通訊方式靈活，可靠性高；通訊速率快，實(shí)時(shí)性好，無中繼傳輸距離遠(yuǎn)；嚴(yán)重故障自動(dòng)脫離總線，避免影響其它節(jié)點(diǎn)；有標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議可用，易實(shí)現(xiàn)各設(shè)備接口的統(tǒng)一；集成和擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)方便，容易接入各種子系統(tǒng)。 特別是以太網(wǎng)加現(xiàn)場CAN 總線多主體系結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)場應(yīng)用時(shí)已規(guī)劃為光纖冗余環(huán)網(wǎng)工作模式加分站星型布局， 徹底解決了傳輸距離短的問題，系統(tǒng)強(qiáng)壯性也得到了很大的提高。目前該系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，有效地提高了監(jiān)測監(jiān)控的數(shù)字化管理水平。

2 蔣莊煤礦概況

蔣莊煤礦地處山東省滕州市境內(nèi)，隸屬于棗莊礦業(yè)集團(tuán)公司，是一座年生產(chǎn)能力為275 萬噸的現(xiàn)代化礦井。 煤礦現(xiàn)有4 個(gè)采區(qū)，-320 水平有北六采區(qū)、南七采區(qū)和南九采區(qū)，-430 有163采區(qū)。 北六采區(qū)距離下井口約500 米，南七采區(qū)距離下井口約2 500 米， 南九采區(qū)距離下井口約3 500 米，163 采區(qū)距離-430水平變電所約1500 米，-320 水平和-430 水平通過軌道暗斜井、皮帶暗斜井和回風(fēng)暗斜井連通；4 個(gè)采煤工作面、1 個(gè)備用面和9個(gè)掘進(jìn)工作面，其中北六采區(qū)2 個(gè)掘進(jìn)工作面，南七采區(qū)1 個(gè)采煤工作面、3 個(gè)掘進(jìn)工作面，南九采區(qū)2 個(gè)采煤工作面、1 個(gè)備用工作面、2 個(gè)掘進(jìn)工作面，163 采區(qū)1 個(gè)采煤工作面，-430 水平還有1 個(gè)開拓巷道和一個(gè)泄水巷。

蔣莊煤礦有機(jī)電峒室8 個(gè)，分別是中央變電所、大巷變電所、北一變電所、南七變電所、南九變電所、北八變電所、二水平變電所和163 變電所，這8 個(gè)機(jī)電峒室均設(shè)置在進(jìn)風(fēng)巷道中，并有獨(dú)立的回風(fēng)通道。 此外，蔣莊煤礦地面有一座洗煤廠，有原煤倉和精煤倉各一個(gè)， 井下有5 個(gè)集中煤倉；-430 水平南翼皮帶巷兼做采區(qū)回風(fēng)巷； 礦井共有6 個(gè)設(shè)置在礦井和采區(qū)主要進(jìn)回風(fēng)巷道中的主要風(fēng)門。 礦井采用混合式通風(fēng)系統(tǒng)，機(jī)械抽出式通風(fēng)方法，中央和南翼各有一個(gè)風(fēng)井。

3 KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

蔣莊煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由地面中心站、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、通信光纖、安全監(jiān)測監(jiān)控分站、監(jiān)測監(jiān)控傳感器等組成。地面主機(jī)安裝于調(diào)度室內(nèi)，主服務(wù)器配雙機(jī)熱備功能。 地面以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)1 臺、井下以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)5 臺、安全監(jiān)測監(jiān)控分站45 臺、傳感器325 個(gè)，隔爆兼本質(zhì)安全型不間斷電源45 臺，信號避雷裝置1 對。 蔣莊煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如下圖1 所示。

圖1 蔣莊煤礦KJ90NB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

3.2 系統(tǒng)主要設(shè)備

3.2.1 地面中心站

地面中心站的主要功能是集中、連續(xù)地對地面及井下各種環(huán)境參數(shù)、工況參數(shù)和監(jiān)測子系統(tǒng)的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析處理、動(dòng)態(tài)顯示、統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)、超限報(bào)警、斷電控制和統(tǒng)計(jì)報(bào)表的查詢、打印。

中心站配置IPC610 監(jiān)控主機(jī)2 臺，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器2 臺，軟件運(yùn)行平臺為WIN98/2000/2003 環(huán)境， 通過Ethernet 以太局域網(wǎng)組成全網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境，協(xié)議支持標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP 等。

3.2.2 監(jiān)測監(jiān)控分站

KJ90-F16 分站是系統(tǒng)的關(guān)鍵配套設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)對各類傳感器的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)處理、存儲(chǔ)、顯示、控制以及與地面監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信，當(dāng)傳感器監(jiān)測超限時(shí)，能自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警及斷電控制信號；當(dāng)與地面中心站失去聯(lián)絡(luò)時(shí)，可自動(dòng)存儲(chǔ)一段時(shí)間數(shù)據(jù)。 KJ90-F16 分站具有紅外遙控初始化設(shè)置功能，可獨(dú)立使用，還能實(shí)現(xiàn)瓦斯斷電儀和瓦斯風(fēng)電閉鎖裝置的全部功能。

3.2.3 KDG3K 型井下遠(yuǎn)程饋電斷電器

KDG3K 型井下遠(yuǎn)程饋電斷電器主要由一路饋電及一路斷電部分組成，饋電部分直接接線至開關(guān)負(fù)荷側(cè)，采用光敏原理來監(jiān)測開關(guān)是否帶電，饋電信號真實(shí)可靠，防止井下假斷電。 斷電部分采用了軍工級高壓繼電器，觸電方式控制，性能可靠。 以下為KDG3K 型井下遠(yuǎn)程饋電斷電器主要技術(shù)指標(biāo)：

饋電監(jiān)測電壓等級:660V AC、380V AC、220V AC；

斷電容量:36V/5A 或660V/0.5A；

斷電控制距離（分站到斷電器之間）：不小于2km。

3.2.4 井下傳感器類型及標(biāo)校周期

甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、氧氣傳感器、溫度傳感器、二氧化碳傳感器、壓差傳感器、物位傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)筒傳感器、開停傳感器、饋電斷電器、粉塵傳感器。 按照《AQ1029-2007 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測儀器使用管理規(guī)范》要求每周對傳感器進(jìn)行標(biāo)校一次。

4 KJ90NB 系統(tǒng)在蔣莊煤礦中的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)功能特性

（1）系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集存儲(chǔ)間隔為1s 的數(shù)據(jù)，并通過顯示器實(shí)時(shí)多屏多畫面顯示監(jiān)測監(jiān)控的情況。

（2）系統(tǒng)具有獨(dú)特的三級斷電功能，可進(jìn)行傳感器就地?cái)嚯姟⒎终境炭財(cái)嚯姟⒅行恼臼挚財(cái)嚯姾头终局g的交叉斷電。

（3）通訊方式采用多主并發(fā)通訊技術(shù)，徹底突破了低速總線下的技術(shù)瓶頸，反應(yīng)速度顯著提高；系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)容量大大增加，突破了現(xiàn)有煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)所支持的節(jié)點(diǎn)容量的限制[6]。

（4）各安全監(jiān)測監(jiān)控分站至傳感器采用RS485 總線電纜連接，主信號電纜型號選用MHYVP1*4*7/0.52；所有監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至地面監(jiān)控主機(jī)， 礦井調(diào)度中心可實(shí)時(shí)監(jiān)測井下各設(shè)點(diǎn)的監(jiān)測數(shù)據(jù)情況。

（5）系統(tǒng)有較強(qiáng)的信息集成能力，支持COM/DCOM 組件、NETDDE、ActiveX 控件、OPC、VBA、ODBC、FTTP 等技術(shù)，無縫整合各子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和WEB 查詢。

（6）系統(tǒng)采用冗余環(huán)網(wǎng)和雙電源工作模式，某個(gè)節(jié)點(diǎn)和線路故障不影響整個(gè)平臺通訊，自恢復(fù)時(shí)間短。

（7）傳輸介質(zhì)支持光纖多模、單模、超五類雙絞線和普通雙絞線，滿足礦井巷道分支特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)靈活。

（8）系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程診斷功能，用戶可隨時(shí)查看KJ90NB 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

4.2 井下安全事故的預(yù)防和緊急處理

（1）保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，硬件設(shè)備能準(zhǔn)確采集井下生產(chǎn)工況，傳感器或井下分站的安設(shè)位置要符合有關(guān)規(guī)定。

（2）建立遠(yuǎn)程安全監(jiān)測系統(tǒng)瓦斯短信報(bào)警系統(tǒng)，所有應(yīng)接收瓦斯超限短信人員的手機(jī)24 小時(shí)不得關(guān)機(jī)。 在收到異常狀態(tài)短信后通防科管理人員向通防值班室調(diào)度員詢問， 礦井其它人員向礦調(diào)度室調(diào)度員詢問，并按要求進(jìn)行處理。

（3）每天安排1-2 名監(jiān)測工待命、處理突發(fā)故障，并且在通防值班室備齊處理故障所需的備品備件。 監(jiān)測工接到通知后必須在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)故障地點(diǎn)， 確認(rèn)監(jiān)測監(jiān)控故障設(shè)備及影響范圍并通知監(jiān)控中心，盡快將處理故障完畢。

（4）定期對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，排除系統(tǒng)故障。 定期對故障現(xiàn)象、處理情況、相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。

5 結(jié)論

（1）KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在蔣莊煤礦應(yīng)用取得明顯效果，系統(tǒng)實(shí)時(shí)對井下生產(chǎn)和環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測并反饋到控制站， 有效預(yù)防了安全事故發(fā)生。

（2）KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，能進(jìn)行功能擴(kuò)充，滿足礦上安全生產(chǎn)要求。

（3）KJ90NB 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)加現(xiàn)場CAN 總線多主體系結(jié)構(gòu)，適合蔣莊煤礦監(jiān)測監(jiān)控環(huán)境特點(diǎn)，支持多主通訊，通訊方式靈活，可靠性高。

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