煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性技術(shù)研究與實踐

孟凡倫 張 乾 曹躍飛

（山東能源集團(tuán)棗礦集團(tuán)付煤公司，山東 棗莊 277000）

1 科學(xué)規(guī)劃助力全面實施

付煤公司煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造由地面和井下兩部分組成。地面主要包括調(diào)度室安全監(jiān)控主備機的更換以及主備機軟件的更新，洗煤廠、北風(fēng)井、南風(fēng)井各類傳感器、智能監(jiān)測分站、智能電源的更換；井下主要包括8個供風(fēng)掘進(jìn)工作面、兩個采煤工作面和一個備用工作面更換各類監(jiān)測設(shè)備傳感器、智能監(jiān)測分站、隔爆智能電源共計296臺，在2個采煤工作面回風(fēng)隅角、工作面切眼、回風(fēng)巷和4個掘進(jìn)工作面及回風(fēng)流等地點安裝使用甲醛傳感器14臺，在安全避險硐室安裝使用多參數(shù)傳感器2臺、紅外線二氧化碳傳感器6臺，在采掘工作面回風(fēng)巷安裝使用粉塵傳感器進(jìn)行實時監(jiān)測。

安全監(jiān)控系統(tǒng)升級后傳感器的防護(hù)等級均達(dá)到IP65。安全監(jiān)控系統(tǒng)可通過主備機實時顯示模擬量傳感器、控制器、電源箱等設(shè)備的工作狀態(tài)，通過地面主備機軟件和井下傳感器采集數(shù)據(jù)信息聯(lián)動實現(xiàn)報警、斷電等控制功能。

2 局部優(yōu)化確保系統(tǒng)穩(wěn)定

2.1 風(fēng)筒傳感器改造

利用電磁感應(yīng)原理，將磁體和干簧開關(guān)組件分別裝在兩個離合支架上，當(dāng)風(fēng)筒有風(fēng)時，磁體組件緊靠干簧開關(guān)組件，由磁力產(chǎn)生的磁場使干簧開關(guān)組件維持閉合狀態(tài)，輸出閉合信號給地面中心站顯示風(fēng)筒 “有風(fēng)”狀態(tài)；當(dāng)風(fēng)筒無風(fēng)時，磁體組件離開了干簧開關(guān)組件，即輸出斷開信號給地面中心站顯示風(fēng)筒“無風(fēng)”狀態(tài)。改造后傳感器運行可靠，故障率低，有效解決了機械觸點式風(fēng)筒傳感器在風(fēng)機切換試驗、延接風(fēng)筒、放炮震動時出現(xiàn)誤報警，導(dǎo)致迎頭斷電，影響掘進(jìn)生產(chǎn)的現(xiàn)象，提升了安全監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 采空區(qū)密閉實時監(jiān)測技術(shù)

采用GD7多參數(shù)傳感器，可同時完成多個環(huán)境參數(shù)測量，用于連續(xù)監(jiān)測采空區(qū)密閉前甲烷、一氧化碳、二氧化碳及溫度、氧氣、及密閉內(nèi)負(fù)壓，通過監(jiān)測系統(tǒng)實時上傳，便于及時發(fā)現(xiàn)氣體采集地點的隱患，并根據(jù)氣體變化情況制定科學(xué)的治理方案，采取有效措施做好采空區(qū)治理，及時消除隱患，為實現(xiàn)采空區(qū)管理可防、可控、科學(xué)、有效提供了有力保障。

2.3 風(fēng)門語音提示優(yōu)化改造

井下風(fēng)門多為一處兩道，主要通車行人風(fēng)門需安設(shè)語音報警裝置，風(fēng)門語音提示裝置由風(fēng)門磁控開關(guān)、語音報警裝置組成，原系統(tǒng)每處風(fēng)門需2臺語音報警裝置和2套磁控開關(guān)，通過改進(jìn)接線方式，加設(shè)三通線盒，實現(xiàn)了2套風(fēng)門磁控開關(guān)接入1臺風(fēng)門語音提示，并具備打開風(fēng)門語音報警的功能。節(jié)約了設(shè)備投入，使整個語音報警系統(tǒng)維護(hù)方便，對煤礦安全生產(chǎn)起到了積極作用。

2.4 安全監(jiān)控系統(tǒng)斷饋電系統(tǒng)改造

使用本身具有饋電功能的KDG1140斷電器對斷饋電系統(tǒng)進(jìn)行改造，該斷電器能夠直接接入1140V供電開關(guān)，解決了原斷饋電系統(tǒng)由于搭接饋電傳感器需敷設(shè)電纜距離較長而導(dǎo)致的饋電不準(zhǔn)確問題，能夠為地面人員準(zhǔn)確提供現(xiàn)場供電開關(guān)的供電狀態(tài)，準(zhǔn)確監(jiān)測風(fēng)機切換試驗期間及傳感器故障斷電期間供電開關(guān)的狀態(tài)，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)控系統(tǒng)可靠。

3 提前調(diào)試降低運行風(fēng)險

為確保安全監(jiān)控系統(tǒng)每臺設(shè)備在井下正常運行，設(shè)備在投入使用前首先在地面通電運行48h并調(diào)試合格后再投入使用。在系統(tǒng)升級改造期間，為了保障原有系統(tǒng)的正常運行和現(xiàn)場安全生產(chǎn)，系統(tǒng)升級改造小組與廠家多次協(xié)調(diào)溝通和模擬研究，確定了原系統(tǒng)設(shè)備與新系統(tǒng)設(shè)備同步運行的施工方案，在調(diào)度室重新安裝一套新安全監(jiān)控系統(tǒng)主備機，滿足安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的數(shù)據(jù)應(yīng)用和管理工作。待新系統(tǒng)穩(wěn)定后再將傳感器逐臺接入新系統(tǒng)，減少升級改造對監(jiān)控系統(tǒng)及生產(chǎn)的影響。

4 系統(tǒng)改造的問題和措施

4.1 開發(fā)智能總線型分站

在更新設(shè)備過程中，由于系統(tǒng)分站信號采用總線式傳輸，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集刷新傳輸速率慢，且某臺設(shè)備故障時可能引起相關(guān)設(shè)備運行不正常，影響面較廣。為克服這一技術(shù)難題，付煤公司及江蘇三恒公司組織技術(shù)骨干進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，經(jīng)過現(xiàn)場工作人員36h反復(fù)調(diào)試測試，及時開發(fā)投入了KJ770-5型智能總線型分站，有效隔離各設(shè)備，使之互不干擾，有效避免上述問題發(fā)生，提高了數(shù)據(jù)采集傳輸速率。

4.2 應(yīng)用升降式傳感器吊掛裝置

升降式傳感器吊掛裝置根據(jù)吊梁擋車器設(shè)計安裝原理，依據(jù)傳感器實際重量，使用細(xì)鋼絲繩連接，吊掛裝置，通過收緊和放開鋼絲繩實現(xiàn)傳感器的升降。升降式傳感器吊掛裝置的應(yīng)用，避免了由于傳感器吊掛較高帶來的維護(hù)、標(biāo)校、測試不便等問題，且規(guī)范了現(xiàn)場傳感器安裝，使傳感器吊掛美觀，便于讀取數(shù)據(jù)，提升了現(xiàn)場質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時實現(xiàn)了施工人員施工過程管控，從提供本質(zhì)安全的作業(yè)環(huán)境入手，從源頭抓好安全工作。

4.3 優(yōu)化電路布局

激光甲烷傳感器和粉塵傳感器功耗大，接入系統(tǒng)時造成干線電壓低，易損壞電源箱供電線路板。現(xiàn)場工程技術(shù)人員連續(xù)奮戰(zhàn)兩天，對傳感器、分站、供電電源進(jìn)行逐一排查，通過反復(fù)試驗測試，最終制定出解決方法：（1）投入使用直徑為0.52mm通信電纜連接各類傳感器；（2）將分站的4路輸出端其中的兩路并聯(lián)后為功耗大的傳感器進(jìn)行供電；（3）把電源箱供電主板更換為24V主板，以實現(xiàn)一路電源同時為多臺傳感器供電的目的。目前通過前期摸索實踐，進(jìn)一步優(yōu)化了原有系統(tǒng)布局，有效減少了線纜的使用及維護(hù)工作量，降低了系統(tǒng)故障率。

4.4 建立應(yīng)急聯(lián)動平臺

在安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造過程中，對礦井各系統(tǒng)軟件進(jìn)行了統(tǒng)一協(xié)議，開放數(shù)據(jù)庫端口，建立了綜合應(yīng)急聯(lián)動平臺。利用綜合應(yīng)急聯(lián)動平臺讀取各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)自動與應(yīng)急廣播、通信聯(lián)絡(luò)、人員位置監(jiān)測等系統(tǒng)應(yīng)急聯(lián)動。當(dāng)安全監(jiān)控系統(tǒng)檢測到井下發(fā)生災(zāi)害（如瓦斯超限、瓦斯突出預(yù)警、火災(zāi)預(yù)警等重大災(zāi)害事件）需要立即撤人的情況下，安全監(jiān)控系統(tǒng)可自動實現(xiàn)與應(yīng)急廣播、通信聯(lián)絡(luò)、人員位置監(jiān)測等系統(tǒng)應(yīng)急聯(lián)動。通過井下應(yīng)急廣播系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)通知危險區(qū)域人員撤離，并利用人員位置監(jiān)測系統(tǒng)雙向緊急呼叫功能，自動通知危險區(qū)域人員進(jìn)行撤離。

5 系統(tǒng)運行實現(xiàn)預(yù)期功能

通過一系列規(guī)劃措施的穩(wěn)步推進(jìn)，以及相關(guān)技術(shù)人員不斷探究完善，升級后的安全監(jiān)控系統(tǒng)自運行以來，運行平穩(wěn)。實現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)字化傳輸，確保數(shù)據(jù)傳輸可靠性；設(shè)備防護(hù)等級提升至IP65，抗干擾等級達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，有效避免了井下復(fù)雜環(huán)境對設(shè)備穩(wěn)定運行的影響；安全監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)瓦斯?jié)舛取⒁谎趸紳舛取⒊蕹掷m(xù)時間、超限范圍等設(shè)置不同的報警級別，實現(xiàn)分級響應(yīng)報警和邏輯報警功能；系統(tǒng)推行了區(qū)域斷電，完善就地斷電功能，提高了斷電的可靠性，并加強饋電狀態(tài)監(jiān)測；系統(tǒng)能夠?qū)﹄娫茨K的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測并上傳；系統(tǒng)具有自診斷和自評估功能、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用等功能，升級上傳程序，具備多路數(shù)據(jù)上傳功能，保證上傳數(shù)據(jù)的安全可靠；系統(tǒng)采用RSA加密算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)無法被破解篡改；系統(tǒng)軟件界面友好，方便調(diào)用，強化幫助功能，方便信息查詢；系統(tǒng)具有與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對接數(shù)據(jù)，可滿足煤礦監(jiān)管監(jiān)察要求；系統(tǒng)具備多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合功能等13項規(guī)定要求。

6 結(jié)束語

付煤公司借助監(jiān)控系統(tǒng)升級，打造完善的安全監(jiān)控系統(tǒng)，在落實“以人為本”的安全發(fā)展理念上邁出新步伐。付煤公司將繼續(xù)強化安全監(jiān)控系統(tǒng)的信息化、集成化、智能化建設(shè)，積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的工作方法和管理經(jīng)驗，著力培養(yǎng)復(fù)合型工作人才，不斷提高安全監(jiān)控系統(tǒng)保障能力，努力營造穩(wěn)定可靠的安全生產(chǎn)環(huán)境，為礦井安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。