安全監控系統升級改造在安全生產中的實踐與應用

李步明 燕太喜 楊 緒

（臨沂安泰能源有限公司，山東 臨沂 276000）

根據國家煤監局《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》（煤安監函〔2016〕5號）和山東煤監局《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〔2016〕70號）文件，2017年12月公司對原安全監控系統進行了升級改造，建成了千兆工業以太環網，由原來模擬傳輸升級為數字傳輸，經過半年多的運行，穩定性和可靠性進一步提升，杜絕了監測數據不準確的現象，為礦井的安全生產奠定了可靠的技術基礎。

1 監測監控系統的基本情況

臨沂安泰能源有限公司2002年2月安裝KJ70安全監控系統，2007年10月升級為KJ70N安全監控系統，該系統采用電纜傳輸，抗干擾性差，傳感器采用催化元件，敏感度低，誤差較大，維護工程量較大，但該系統自安裝運行以來基本穩定可靠，為礦井的安全生產提供了有力的安全保障。

2016年國家煤監局印發了《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》，2017年山東煤監局制定了《山東煤礦安全監控系統升級改造技術方案實施標準》，根據國家、省局的要求，公司對照標準請有關廠家就如何對礦井安全監控系統升級改造工作進行了研究分析，會同廠家制定出了安全監控系統升級改造技術方案。2017年12月開始對安全監控系統進行全面徹底升級改造，由KJ70N升級為KJ70X系統。2018年4月安全監控系統升級改造工作全部完成。

2 監控系統改造后性能及地面配置

升級改造后的安全監控系統選用先進成熟的高級編程軟件，操作簡單，功能強大，界面美觀，并具有語音報警功能。實現全數字化傳輸，具有自診斷、突出報警功能，能夠實現數據融合、應急聯動，監控系統設備具備抗干擾能力，運行更加穩定可靠。全面升級后的KJ70X，以工業以太環網加現場總線作為系統的信息傳輸平臺，系統利用工業以太網平臺的快速通道實現多主并發通訊技術，使系統在設備抗干擾、實時性、可靠性、穩定性、擴展性、數字化、數據分析應用、數據融合、新技術應用等方面技術水平進一步提升。

2.1 工業以太環網傳輸

礦井建有千兆工業以太環網，在地面機房安設核心交換機、井下安裝KJJ63環網交換機4臺，井上下敷設光纖6000余米，形成了千兆工業以太環網。礦井工業以太環網的應用，實現了安全監控系統、人員定位系統和數字廣播系統傳輸一體化，提升了傳輸速度和抗干擾能力。

2.2 地面機房配置

地面機房是監控系統的信息處理中心。

地面機房配置監控主機5臺，通過工業以太環網與地面、井下監控分站、定位分站、廣播分站通信，負責系統的運行，參數的設置和控制，實時采集處理數據、顯示、編輯、存儲、查詢和打印等任務。

地面機房配置服務器，由監控主機將監控數據傳輸到服務器，實現多網系統的融合。目前融合的系統有安全監控、人員定位、調度廣播和調度電話。

地面機房配備2kVA 4h UPS不間斷電源，保證在主電網停電后備用電源連續工作達到4h以上。電源具有防雷保護裝置，系統具有良好的防雷措施。

3 監控系統配置

（1）KJ70X安全監控系統配置：① 監控主機、網絡及軟件；②環網交換機、光纜和電纜；③ 供電電源及監控分站；④ 各種傳感器及執行器。

系統裝備了監控主機2臺（1用、1備）、敷設光纜6000余米、監控分站22臺（其中綜合分站9臺）、供電電源22臺、激光甲烷傳感器36臺、一氧化碳傳感器12臺、溫度傳感器15臺、負壓傳感器2臺、粉塵傳感器10臺、水位傳感器5臺、風速傳感器15臺、開停傳感器36臺、饋電傳感器16臺、斷電執行器16臺、風門傳感器18臺、多參數傳感器2臺、風筒傳感器10臺、壓力傳感器1臺、流量傳感器1臺。

（2）KJ128A人員定位系統配置：① 監控主機、網絡及軟件； ②環網交換機、光纜和電纜；③ 供電電源、傳輸分站、讀卡分站；④ 定位標識卡。

系統裝備了綜合分站9臺、供電電源9臺、讀卡分站56臺、標識卡450張。

（3）KT425調度廣播系統配置：① 監控主機、網絡及軟件； ②環網交換機、光纜和電纜；③ 供電電源、主廣播、副廣播。

系統裝備了11臺主音箱、26臺副音箱、供電電源11臺。

4 監控系統升級改造后的技術特征

（1）傳輸數字化

礦井安全監控系統全部以工業以太環網作為系統的信息傳輸平臺，分站與分站間采用光纜傳輸，井下所有模擬量傳感器和分站之間傳輸采用全數字化，使用RS485現場總線方式通訊。

（2）增強抗電磁干擾能力（表1）

表1 改造前后抗電磁干擾能力的標準對比

（3）先進傳感器技術和裝備

升級改造后的監控系統甲烷傳感器全部選用激光甲烷傳感器（激光甲烷傳感器36臺、多參數傳感器2臺，粉塵傳感器10臺）。更換的傳感器外殼采用不飽和聚脂工程塑料，防護等級達到IP65，提升了設備的環境適應性，減少設備故障率和維護量。

（4）系統實現分級報警、邏輯報警、就地斷電、異地斷電控制

升級改造后的安全監控系統實現了分級報警，根據瓦斯濃度高低、瓦斯超限持續時間、瓦斯超限范圍等，根據不同的報警級別，實施分級響應。推行邏輯報警，系統會根據巷道布置及瓦斯涌出等的內在邏輯關系，實施邏輯報警，保證監控系統的正常使用。遠程本地、異地區域斷電，可根據礦井需要自行設定斷電區域。

（5）系統實現了多系統融合

地面實現了安全監控、人員定位、通信聯絡（應急廣播、調度電話）的融合，井下現場實現了人員定位和安全監控系統的融合，將進一步完善供電監控、工業電視錄像系統的融合。

（6）系統主干網采用工業以太網傳輸，支持聯網并按要求格式上傳。

（7）系統實現自診斷、自評估功能

① 傳感器、控制器的設置及定義；② 模擬量傳感器維護、定期未標校提醒；③ 控制器、電源箱等設備及通信網絡的工作狀態；④ 中心站軟件自診斷，包括雙機熱備、數據庫存儲、軟件模塊通信。

（8）數據應用分析

① 偽數據標注及異常數據分析；② 瓦斯涌出、火災等的預測預警；③ 大數據分析，如多系統融合條件下的綜合數據分析等；④ 可與煤礦安全監控系統檢查分析工具對接數據。

（9）應急聯動，瓦斯超限報警情況下，自動與人員定位、應急廣播、調度電話等系統的聯動。

（10）系統巡檢周期不超過20s，異地斷電不超過40s，備用電源能維持斷電后工作4h以上，雙機熱備自動切換。

（11）系統采用RSA加密算法對數據進行加密，防止數據被篡改。

5 升級改造后效果檢驗

（1）安全監控系統升級改造工作，進一步提升了礦井的裝備水平，安全監測監控系統實現了信息化、智能化、自動化、網絡化、一體化。

（2）系統以工業以太環網進行架構，安全監控系統、人員定位系統、應急廣播系統使用統一的傳輸平臺，分站級設備自帶網絡接口，傳感器更換為數字式傳感器，能夠在復雜的電磁環境中，保持數據準確穩定的上傳至地面監控主機。

（3）綜合分站、總線式傳感器的應用減少了現場重復布線的工作量，節約了材料成本。

（4）激光甲烷傳感器的投入使用，取代了催化燃燒式甲烷傳感器，抗干擾能力增強，不受井下環境因素的干擾，監測的甲烷數據更準確、可靠。

（5）實現了多網融合，三維立體圖集中顯示了人員定位、安全監控、通信聯絡系統的監測數據，實時全面掌握礦井安全生產環境變化。

（6）實現了應急聯動功能，在瓦斯超限報警情況下，通過監控主機發出報警信息與人員定位、調度廣播、調度電話實現應急聯動，有效地提升了礦井事故預警和應急處置能力。

6 結語

系統通過全面徹底的升級改造后，經過半年的運行，系統運行安全、平穩、可靠。隨著安全監控系統的升級改造、完善，安全監控系統自動化、智能化、信息化水平得到進一步提升，對預防礦井存在的安全隱患和防止煤礦事故的發生起到了重要的作用，為全面推進礦井安全生產標準化建設及礦井安全生產提供強有力的保障。