趙樓煤礦安全監控系統升級改造初探

王會強 孔德君 周忠橋

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274900）

為滿足煤礦安全生產的要求，提高礦井安全預測預警能力，實現安全監測監控信息的綜合利用，提高安全監控系統在煤礦安全生產中的重要作用與應用水平，本文針對趙樓煤礦安全監控系統應用中存在的問題，提出了煤礦安全監控系統升級改造具體的方案。

1 趙樓煤礦及其安全監控系統現狀

兗煤菏澤能化公司趙樓煤礦是兗礦集團本部安全穩、成本低、效益好的主力礦井之一。礦井采用單一水平立井開拓方式，綜采放頂煤回采工藝，中央并列式通風。

趙樓煤礦目前在用安全監控系統為天地（常州）自動化股份有限公司生產的KJ95N煤礦安全監控系統，其設備主要有：KJF16B通用分站56臺，模擬量和開關量傳感器389臺。礦井已安裝的系統主要有安全監控系統、人員定位管理系統、應急廣播系統、無線通訊系統等。

2 安全監控系統存在的問題

趙樓煤礦KJ95N煤礦安全監控系統已累計運行8年，系統總體使用穩定，能夠滿足煤礦的安全需要，但在實際使用過程存在以下問題：

（1）監控信號傳輸距離不能滿足長距離工作面應用需求。

趙樓煤礦部分礦井采掘工作面回風巷長度普遍超過2000m，部分回風巷超過2500m。當傳感器到監控分站的信號傳輸距離超過2000m時，只能將監控分站設在回風巷，違反了 《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》（AQ1029-2007），雖然可以利用增加多路電源、增大電纜截面積等措施，但效果不佳。

（2）傳感器不能適應趙樓礦溫度高、濕度大的采掘工作面應用場所，防護等級達不到IP65要求，經常由于濕度大等原因而引發誤報警。

（3）系統具有預警、報警功能，但未達到升級改造方案所要求的分級報警要求。

（4）系統可接入瓦斯抽放、礦井壓力監測、采空區監測等系統，但多網、多系統融合程度低，未實現井下多系統設備共纜通信，即井下設備級數據融合。

（5）部分性能指標不滿足要求：異地斷電時間為2倍巡檢周期，在煤與瓦斯突出等極端情況下不能快速斷電，無法滿足煤礦安全生產要求。

3 安全監控系統與國家標準存在的差距

趙樓煤礦安全監控系統軟硬件現狀與《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）差距較大。系統沒有使用自診斷型傳感器、無線傳感器；支持多網、多系統融合方面，該方案要求融合GIS系統，至少井上融合應急廣播系統、人員定位系統，但沒有實現井下融合；格式規范化方面，該方案要求分站至主干網采用以太網傳輸，目前該礦還沒有采用以太網，未實現數字化傳輸；數據應用分析方面，部分系統實現了偽數據標注及異常數據分析，沒有系統實現預測及大數據分析；應急聯動方面，該礦的安全監控系統還未實現與人員定位系統、應急廣播系統、通信系統的聯動。

4 安全監控系統升級改造設計

（1）系統傳輸采用典型工業環網+現場總線傳輸架構，采用目前煤礦應用比較成熟的RS485總線，網絡拓撲符合煤礦現場應用，地面部分采用天地（常州）1臺MT8000數據傳輸接口（內置MOXA EDS-408A交換機），安裝在機房，方便主備機、服務器等設備的接入。同時內置2個KJJ14A模塊（含智能網關），方便地面洗煤廠、通風機房等監控分站的接入。趙樓煤礦安全監控工業環網拓撲圖如圖1所示。

井下部分采用天地（常州）4臺KJJ32交換機，該交換機內置2路百兆光口，2路百兆電口與2路智能網關接口復用。分別安裝在中央變電所、南部中央變電所、七采1#變電所、南部11#配電點。井上下設備組成一套百兆環網，保證數據傳輸穩定。分站和傳感器、交換機和分站全部采用數字傳輸。

圖1 趙樓煤礦安全監控工業環網拓撲圖

（2）分站為數據處理單元，在主干傳輸網絡出現問題的情況下，實現數據的存儲、瓦斯電和風電閉鎖功能及傳輸恢復正常后完成斷點續傳。滿足井下分站最大供電距離及井下融合要求。此次升級改造為智能分站，實現分站級、鏈路級及數據級3個層次的融合。功能實現了：① 在井下發生危機需撤人的情況下，自動實現應急聯動，能夠做到第一時間通知井下作業人員，同時快速響應把信息傳到地面系統。② 分站具有體積小、本質安全、質量輕的特點。內部模塊化插槽，可接入人員定位、應急廣播、視頻監控、無線通信等系統，根據功能與傳感器數量進行擴展。③ 分站和傳感器、交換機和分站全部采用數字傳輸。

（3）在系統軟件方面，為防止煤礦安全監控數據被篡改，影響礦井安全生產，對數據應進行加密存儲，使數據無法被破解篡改實現數據安全加密功能。采用基于WEB的矢量圖形與GIS技術，將安全監測監控、人員定位、語音廣播、井下通訊等系統有機融合在礦圖上，實現了“一張圖”展示。系統軟件通過統一的接口協議，將采集的地面、井下各系統數據進行統一存儲、分析、處理，實現多系統信息融合功能，實現全礦井數據的查詢與分析功能，同時提供基礎數據平臺和訪問接口。在數據綜合分析方面應用大數據分析技術，實現分級、分區域預警和報警，最大限度防止事故發生和誤報警。當某區域有故障和危險時，實現與工業電視、應急廣播、人員定位、無線通信等系統聯動，并在第一時間通知相關人員，提高應急響應時間。

5 應用結論

系統自2018年8月安裝完成并投入使用以來總體運行穩定、可靠。與原有系統相比：（1）系統巡檢周期和異地斷電時間縮短，趙樓煤礦52個分站運行情況下，異地斷電時間實測在2s以內；（2）當系統發生故障，可以自動分析通信故障、供電電壓偏低、檢測元件故障、零點線性偏移、通信質量診斷、設備重啟等，在該礦實際使用過程中大大方便了故障排除，縮短了井下勞動時間；（3）新的傳感器采用“二次儀表+變送器”結構，傳感器即插即用、地址重復智能提醒等功能，減少了設備維護費用，在該礦實際使用過程中，設備安裝更簡單，更智能化，降低了系統的故障率；傳感器功耗降低，電源布置數量減少；降低了勞動強度；（4）新系統巡檢速度快，分站具有存儲功能，有效保證了監控系統的數據完整性并實現無主異地斷電。