興隆莊煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造實踐

王 磊 楊 偉

（兗礦集團興隆莊煤礦，山東 濟寧 272102）

1 前言

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)颅h(huán)境參數(shù)和設(shè)備的安全狀態(tài)進行實時監(jiān)測，對異常信息進行報警，對煤礦災(zāi)害事故監(jiān)測、辨識、預(yù)警以及隱患進行排查治理，對提升煤礦管理水平發(fā)揮著重要意義。興隆莊煤礦在用的KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，已累計運行21年，能夠滿足煤礦的安全需要,但與《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》的要求相比存在許多不足。因此，有必要對興隆莊煤礦在用安全監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造。通過新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性，適應(yīng)煤礦安全生產(chǎn)的需要，促進安全監(jiān)測監(jiān)控多元融合和信息共享，提高礦井安全預(yù)測預(yù)警水平，實現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用。

2 原有安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

隨著礦井機械化、自動化、信息化水平的提升，煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在礦井安全生產(chǎn)中的地位越來越高，但是與《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》的要求相比存在以下問題：

（1）系統(tǒng)穩(wěn)定性、準確性有待提高。抗電磁干擾能力低；防護等級低，遇淋水等誤報警；模擬信號易受傳輸線路干擾、冒大數(shù)、偽數(shù)據(jù)等。

（2）由于模擬傳輸信號不能復(fù)用，每個傳感器必須通過一條獨立電纜與分站信號傳輸，布線量大。

（3）通信協(xié)議不規(guī)范，井下各系統(tǒng)單獨布線，無融合功能，重復(fù)敷設(shè)電纜，不能共線共攬，不能進行應(yīng)急聯(lián)動。

（4）功能不完善，性能不高。智能化低不能自診斷，偽數(shù)據(jù)標注，調(diào)校提醒；容易篡改數(shù)據(jù)；備用電源時間短；模擬量傳輸誤差大；巡檢周期長顯示數(shù)據(jù)為非實時數(shù)據(jù)；異地斷電時間2倍巡檢周期。

（5）催化原件傳感器性能差，穩(wěn)定性差，標校周期短，浪費大量人力。

3 升級改造內(nèi)容

根據(jù)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的特點，本著經(jīng)濟、穩(wěn)定、總體規(guī)劃、分步實施最終實現(xiàn)平滑過渡的原則，分步進行系統(tǒng)升級改造，結(jié)合礦井的自身條件和特點，采用新舊兩套系統(tǒng)并行運行的方式進行升級改造。對不同的采區(qū)，逐一在規(guī)定時間內(nèi)完成升級。

圖1 安全監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

（1）地面部分：為了確保煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的處理時效和安全，地面部分建設(shè)一套軟件平臺和硬件平臺。主要包含監(jiān)控主備機、數(shù)據(jù)融合服務(wù)器、短信收發(fā)平臺和監(jiān)控系統(tǒng)軟件等，并安裝大容量數(shù)據(jù)庫SQL Server2012標準版。實現(xiàn)工業(yè)環(huán)網(wǎng)和辦公網(wǎng)內(nèi)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與WEB發(fā)布，組建多系統(tǒng)融合平臺、GIG展示，實現(xiàn)“一礦一圖”。軟件全面升級，實現(xiàn)系統(tǒng)自診斷、自評估、數(shù)據(jù)加密，標校提醒、分級報警等功能。

（2）傳輸部分：為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間、異地斷電時間及提高數(shù)據(jù)傳輸效率，系統(tǒng)主傳輸依靠工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場總線，傳感器、執(zhí)行器采用現(xiàn)場總線的無主采集架構(gòu)方式（如圖1）。該架構(gòu)通信方式區(qū)別于傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)由上位機作為巡檢主機的傳輸方式，采用多主結(jié)構(gòu)、事件主動上傳、傳輸壓縮算法機制，縮短系統(tǒng)的巡檢周期和異地斷電時間，實現(xiàn)窄帶優(yōu)先傳輸和斷線續(xù)傳。其特性代表了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。

（3）井下設(shè)備部分：為了滿足國家和相關(guān)行業(yè)標準、文件的要求，對井下設(shè)備實施按照時間節(jié)點分采區(qū)更換升級的原則。傳感器全部更換，實現(xiàn)數(shù)字化傳輸，提升防護等級及抗干擾能力，采用具有即插即用、在線標校、故障診斷、地址重復(fù)提醒的分體式設(shè)計智能傳感器，并在采掘頭面使用先進的低功耗激光甲烷傳感器、多參數(shù)傳感器。電源更換升級，增加在線管理功能，電壓、電流、電量實時上傳，并增加了電池容量和帶載能力，備用電源能維持斷電后正常供電時間由2h提升到4h，保證監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

4 升級改造取得效果

（1）數(shù)字式智能傳感器及低功耗激光甲烷傳感器的使用，提高了安全監(jiān)控系統(tǒng)的性能和安全可靠性，有效地解決了運行不穩(wěn)定、冒大數(shù)等問題；井下無主分布式控制策略，使分站與地面主機失聯(lián)時仍能夠異地斷電，能夠更好地適用煤礦安全生產(chǎn)的需要。

（2）傳感器數(shù)字化傳輸，一條線路可串接多個傳感器，有效地減少了井下布線數(shù)量，傳感器模塊化設(shè)計，二次儀表便于更換維修，降低了系統(tǒng)建設(shè)維護成本。

（3）傳感器、電源、分站具有故障診斷功能，能夠幫助維修人員快速判斷故障原因，縮短排查、解決問題時間、提升井下安全生產(chǎn)技術(shù)保障水平。

（4）應(yīng)急聯(lián)動平臺、短信報警平臺手機客戶端的使用，能夠有效地提升礦井事故防控預(yù)警和應(yīng)急處置能力，促進監(jiān)測監(jiān)控與預(yù)測預(yù)警的一體化發(fā)展，實現(xiàn)安全監(jiān)控數(shù)據(jù)的深度挖掘應(yīng)用。

（5）實現(xiàn)了安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)的融合。并將安全監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度通訊、人員定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過GIS實現(xiàn)“一礦一圖”信息綜合顯示，方便應(yīng)急救援指揮人員，更直觀、便捷地了解井下情況。

（6）系統(tǒng)性能提升一個臺階，巡檢周期、異地斷電時間、供電距離、后備電池帶載時間、誤碼率等系統(tǒng)主要性能大幅提升。

（7）使用維護更方便，傳感器的全數(shù)字化傳輸、電源遠程充放電維護管理、設(shè)備即插即用、在線標校、故障診斷，大大方便了設(shè)備的安裝維護，減少了系統(tǒng)維護難度。

5 結(jié)束語

根據(jù)《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》的要求，興隆莊煤礦對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行全面升級，采用全新的系統(tǒng)架構(gòu)，極大提升了系統(tǒng)性能，實現(xiàn)了安全監(jiān)控、人員位置監(jiān)測、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)控等多系統(tǒng)的融合及聯(lián)動，提升了礦井裝備水平，為其它礦井升級改造工作提供了參考經(jīng)驗，為煤炭行業(yè)安全監(jiān)測升級改造提供了現(xiàn)場應(yīng)用依據(jù)。