榆樹井煤礦安全監控系統升級改造經驗介紹

胡順倉 孫海洋

（內蒙古上海廟礦業公司榆樹井煤礦，內蒙古 鄂托克前旗 016100）

1 礦井概況

榆樹井煤礦地處內蒙古明長城以北的毛烏素沙漠邊緣地帶、鄂托克前旗境內。井田面積24.56km2，地質儲量3.86億t，可采儲量2.45億t。礦井設計生產能力3.0Mt/a。2007年8月開工建設，2010年7月建成試生產。

2 煤礦安全監控系統升級前狀況

2.1 監控系統狀況

榆樹井煤礦安全監控系統于2010年4月安裝，采用KJ90N系統，主要用來監測井上、下的各類環境參數和皮帶、水泵開停等主要生產參數。系統能夠監測的信號種類有：瓦斯、一氧化碳、風速、溫度、開停、水位、饋電狀態、風門、風壓、料位等。具有自動、手動斷電功能，可實現本地、異地斷電。在系統進行數據采集的同時，完成記錄、顯示、超限報警控制、繪制圖形和曲線、打印各種報表等任務。同時KJ90N系統還實現了主機、副機雙機熱備、監測數據的網上共享、數據聯網上傳等功能。

監測監控主機設置在調度室，有值班人員24h值班。

榆樹井煤礦共安裝了12套監控分站，分兩種型號：四開四模互換的中分站4套，8開8模互換的大分站8套。信號傳輸方式為：

（1）分站與工業環網，采用RS485信號傳輸。

（2）環網與監控主機，實現了以太網傳輸。

（3）傳感器與分站，采用200～1000Hz模擬信號、電流信號和RS485（智能開停傳感器）信號傳輸。

（4）甲烷傳感器和一氧化碳傳感器全部采用了熱催化元件作為工作媒體。

2.2 監控系統存在的問題

在使用過程中，整套系統幾年來運行正常，但是由于技術的原因，表現出的固有缺點也很明顯：

（1）分站采用了專用接口端子線的方式，導致分站附近眾多接線盒聚集，無法實現標準布線，也容易造成線路故障的發生。

（2）傳感器容易受外部環境影響冒大數，沒有專業儀器無法找到故障產生的原因，是因受到變頻器的影響還是音頻電話影響較難判斷和處理。

（3）傳感器受淋水影響較大，較容易損壞。

（4）更換傳感器時插錯接口會發生人為制造傳感器“報警”的現象，傳感器與各自的線路必須對號入座。

（5）在回采工作面下隅角，傳感器隨著工作面推進而后撤，過程中造成線路頻繁斷線，維護難度大。

（6）采用熱催化元件的傳感器每月需要標校兩次，造成工作量增加。

（7）分站可以遠距離通信，而傳感器卻很難實現遠距離供電和通信，距離在2km左右，容易出現“斷線”故障。

（8）監控系統可以為其他平臺提供數據，卻不能融合其他系統的數據，產生了信息“孤島”。

3 煤礦安全監控系統升級改造進程及工作經驗

榆樹井煤礦自2018年6月開始對監控系統進行升級改造，因KJ90N系統已取得了新的煤礦安全標志升級為KJ90X，技術比較成熟，該礦仍采用原廠家監控系統。目前已完成了服務器及軟件的升級、9套新監控分站及60多臺總線型傳感器的更換。在升級過程中，總結經驗如下：

（1）升級后，結構布置較為簡單，實現了主機(以太網)-分站-傳感器的較少層次布置。下一步分站采用以太網連接后，可以實現主機（分站）-傳感器的更少層次傳輸；系統布線明顯減少，一條線纜可以帶四路傳感器，大大方便了維護。

（2）分站后備電池由2h變成4h，分站通信中斷時間明顯減少。因為一般的供電故障在4h內都會得到解決，系統不間斷運行有保障。

（3）分站布置更加優化。需要安裝少量傳感器的地點可以布置一條線路就能解決，不用單獨安裝1臺分站；使用多參數傳感器的地點，傳感器數量減少了；回采工作面下隅角的傳感器采用無線傳感器以后，方便了挪移和維護，故障率較低。

（4）榆樹井煤礦目前施工的巷道，長距離的設計有3000多米，平常使用的分站無法實現遠距離本安供電。升級前在長距離巷道中部，使用分站“接力”的方式實現信號傳輸，但是在超限斷電時會將第二臺分站的電源斷掉，這明顯不符合要求。而本次國家煤礦安全監察總局要求監控系統生產廠家應提供本安供電分級較高的分站，供電距離最遠可達6km的選擇條件。

（5）目前，榆樹井煤礦的監控分站與工業環網間多采用了RS485進行傳輸，在十三五末前，有足夠的時間可以適時增加工業環網布置密度，方便用以太網或光纜取代RS485傳輸方式。

（6）在多系統融合方面，榆樹井煤礦采用了地面系統融合，已布置了多臺融合專用服務器。

（7）人員定位系統融合后，遠距離巷道必須加大讀卡器的布置密度。升級前識別卡只有定位節點和門禁的功能，而現在使用的雙向卡提供了報警等互動功能，所以必須減少信號盲區的存在。

（8）榆樹井煤礦的應急廣播升級前使用的品牌，協議不統一不利于系統融合，該礦采用新的同一廠家的設備進行逐步更換，便于融合。

（9）分站至傳感器的信號連接，一般采用單芯0.43mm2或0.52mm2截面積的監控電纜，在距離超過1km以后，往往會出現電源供給不足現象，導致信號“斷線”。這時必須加大導線的截面，采用“并線”的方式來解決，使用該分站的本安傳輸距離不小于2km的1.5mm2截面積的電纜來實現。

（10）掘進工作面的傳感器必須布置在風筒的另一側，而風筒傳感器宜放置在風筒的末端，所以建議廠家開發無線風筒傳感器，便于布線和現場使用。

4 結束語

監測監控技術人員一般重在對傳感器“弱信號”的處理進行研究，但隨著《煤礦安全規程》對煤礦安全監控系統專網的開放，各系統的融合已經全面展開，對軟件方面和機電方面人才的需求更加強烈，部門間的配合也將更加密切。這些要求和需求必將有力推動榆樹井煤礦監測監控和智能化礦山建設更進一步發展。