東灘煤礦安全監控系統升級改造及應用

夏 偉 翟大臣 馮清喜

（兗州煤業股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

東灘煤礦原使用的KJ31N安全監控系統是北京康斯培克環保系統設備有限公司在2006年對KJ75安全監控系統進行升級改造的系統，整個系統運行基本穩定，為東灘煤礦的安全生產發揮了重要作用。東灘煤礦根據《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）、《山東煤礦安全監控系統升級改造技術方案實施標準》（魯煤監技裝〔2017〕70號）等相關文件要求，將原KJ31N安全監控系統升級改造為江蘇三恒科技股份有限公司生產的KJ70X型安全監控系統。截至2018年8月底已完成新系統升級改造工作。

1 原有監控系統的狀況

原有監控系統由地面中心站、干線擴展器、備用電源箱、區域控制器、各種傳感器、監控器等設備組成，并于2013年對安全監控中心站設備及軟件進行升級改造。目前系統運行穩定可靠，共分北風井、西風井、洗煤廠、一采區、三采區、十四采區、六采區（包括四采區）七條干線。地面中心站位于調度指揮中心，主要包括主機、備機、服務器、終端機、打印機、錄音電話、UPS電源、干線轉換分配器、網絡交換機等設備。

2 改造的必要性

東灘煤礦原采用KJ31N煤礦安全監控系統，已累計運行11年。系統總體運行穩定，能夠滿足煤礦的安全需要，但與《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）、《山東煤礦安全監控系統升級改造技術方案實施標準》（魯煤監技裝〔2017〕70號）的通知要求相比尚存在如下不足：

（1）傳感器能夠適用于采掘工作面應用場所，但防護等級達不到IP65要求；

（2）系統具有預警、報警功能，但未達到分級報警要求；

（3）系統未實現與人員位置監測、應急廣播等系統的融合；

（4）部分性能指標不滿足要求；

（5）異地斷電時間不超過60s，不能滿足不超過斷電40s的要求；

（6）系統巡檢周期小于30s，不能滿足小于巡檢周期20s的要求；

（7）備用電源能維持斷電后正常供電時間2h，不能滿足供電4h的指標要求；

（8）無存儲加密功能；

（9）系統主干網未采用工業以太網；

（10）未使用低功耗激光甲烷傳感器。

3 系統升級改造主要內容

此次系統升級改造所包含的內容，圍繞國家總局的指導性文件，共有13條主要功能。

3.1 傳輸數字化

東灘煤礦使用的KJ70X監控系統不僅所有模擬量傳感器實現數字化傳輸（RS485），開停、風門、煙霧等開關量傳感器也實現數字化傳輸（RS485）。

3.2 增強抗電磁干擾能力

KJ70X煤礦安全監控系統通過檢驗機構EMC相關檢驗，滿足相關抗電磁干擾要求。

3.3 推廣應用先進技術及裝備

在幾個重點工作面都安裝了激光甲烷傳感器，井下避險硐室安裝了多參數傳感器。傳感器至中心站網絡層級為3層：傳感器→ 分站 → 中心站。

3.4 提升傳感器防護等級

東灘煤礦安全監控系統所有模擬量傳感器防護等級均為IP65。

3.5 完善報警、斷電等控制功能

（1）東灘礦安全監控系統軟硬件都實現分級報警，甲烷及一氧化碳傳感器報警根據瓦斯濃度大小、超限持續時間、瓦斯超限范圍等分為四級報警。

（2）目前甲烷及一氧化碳傳感器已按要求實現四級聲光報警，系統已在部分區域按照巷道布置實現邏輯報警。

（3）系統本地異地斷電已經測試完成。系統具備區域斷電功能，可以在地面中心站配置區域，本區域內的任意甲烷傳感器報警都可以斷開區域內的所有開關。如圖1所示。

圖1 區域斷電功能顯示頁面

3.6 支持多網多系統融合

多系統的融合采用地面方式，在地面統一平臺上和調度通信系統、應急廣播系統、人員位置監測系統進行融合。目前已經完成監控系統與各系統的融合。

3.7 格式規范化

（1）系統主干線以及分站均采用專用工業以太網進行通訊。東灘礦監控系統布置了獨立工業環網。分別在井下南翼、東翼、北翼組成三個環型網絡，地面中心站機房配備了兩臺核心交換機。

（2）所有傳感器至分站的有線傳輸采用RS485進行傳輸。

（3）東灘煤礦安全監控系統升級改造后，滿足全省煤礦安全生產信息數據聯網要求，可以按統一的數據格式將數據進行上傳。如圖2所示。

圖2 工業以太環網示意圖

3.8 增加自診斷、自評估功能

（1）系統已實現傳感器、控制器的設置以及定義診斷和評估，當檢測到傳感器報警、斷電、復電門限設置不滿足相關標準及規定時能發出報警信息提示。

（2）系統已按要求設置甲烷、一氧化碳傳感器標校提醒功能，軟件上有報警信息提示。

（3）系統能夠實現井下各監測點的所有類型的傳感器以及分站、電源箱的狀態檢測和故障信息上傳功能。系統數據庫密碼不正常、數據庫連接失敗、軟件模塊異常關閉以及工作異常時系統能發出異常信息提示。

3.9 加強數據應用分析

（1）系統已實現傳感器標校期間的數據分析功能和異常數據分析功能。

（2）系統能提供瓦斯涌出量預測預警功能，火災按照一氧化碳傳感器及溫度傳感器進行配置；瓦斯涌出按照瓦斯濃度和風速及巷道橫截面積進行配置。

在多系統融合平臺的基礎上實現應急聯動功能。在緊急情況下自動與應急廣播、人員位置、調度通信等系統應急聯動。目前已經完成人員位置監測系統的融合，應急廣播和調度通信的聯動正在調試。

3.10 應急聯動

在多系統融合平臺的基礎上實現應急聯動功能。在緊急情況下自動與應急廣播、人員位置、調度通信等系統應急聯動。目前已經完成監控系統與各系統的融合。如圖3所示。

圖3 應急聯動功能顯示頁面

3.11 提升系統性能指標

（1）系統巡檢周期不超過10s。

（2）異地斷電時間最短縮至5s。

（3）電源電池能維持斷電后正常供電4h/8h。

（4）系統具有雙機熱備自動切換功能，切換時間小于30s。

（5）模擬量傳輸處理誤差不超過0.5%。

（6）可實現6km遠距離本安供電，不加中繼。

（7）系統及分站具有斷線續傳功能。

（8）目前系統電源續航能力明顯提高，所有分站電源的續航能力不低于4h。

（9）目前所有分站都具備斷線續傳功能。

3.12 增加加密存儲要求

系統采用RSA加密法進行加密，后臺運行。確保數據無法被破解篡改。

如圖4所示。

圖4 加密存儲控制頁面

3.13 方便用戶使用、維護、培訓

目前軟件界面友好，方便調用，方便數據篩選、查詢。按要求各軟件操作、查詢界面與主體軟件布局一致。能實現數據列表自定義頁面和供具體用戶對其最關注的數據進行定制化顯示等。

4 升級改造效果

目前，新系統已經完成全部設備、線纜的安裝和敷設工作，共計安裝環網交換機10臺，分站48臺，各類傳感器445臺，敷設、調整線纜6萬余米，全部實現了采掘工作面、重點部位實時動態監測。新系統主干線采用專用工業以太網進行通訊，實現了傳輸數字化，增強了抗電磁干擾能力，分站、傳感器、電源箱、環網交換機具備狀態監測功能，分站具有斷線續傳功能，所有傳感器防護等級均由IP54提升到IP65，傳感器具備井下就地分級報警，具備邏輯報警等功能；系統多網多系統融合及三維立體顯示功能已融合完畢，并符合各項標準。

5 結語

東灘煤礦對安全監控系統進行升級改造后，提高了安全監管技術水平。系統所提供的精確數據為礦井領導分析決策提供了重要依據，提高了礦井安全預測預警水平，實現了安全監控信息的深度分析和綜合利用，充分發揮了安全監控系統在煤礦安全生產中的重要作用。