基于煤礦安全監控系統的升級改造技術研究

秦 凱

（潞安集團潞寧煤業有限責任公司，山西 忻州 036706）

1 原系統存在的主要問題

潞寧煤礦的原有安全監控系統存在的主要問題[1-2]：

（1）系統經常出現日常報表錯誤，并且系統巡查周期較長，造成井下各站點的監測數據無法及時有效傳送至控制中心。系統負壓和氧氣傳感器所設定的下限報警值不準，井下各站點監測數據記錄不準且存在重復記錄的現象，系統數據庫龐大，在查詢歷史數據時經常出現死機的現象。

（2）系統上傳軟件在更換傳感器設備后無法實現同步，通常需要手動重啟方可恢復上傳功能。

（3）個別分站和傳感器出現通訊中斷故障的現象較為頻繁，并且長期以來未得到有效解決。

（4）對于長距離監控設備系統無法實現數據的傳輸。系統斷電器經常出現無故自行斷電的情況，導致故障閉鎖無法設置的情況未得到解決。

2 安全監控系統的升級改造技術

針對潞寧煤礦原有安全監控系統存在的問題，在遵循功能完善、技術先進、成本低等原則的基礎上對原系統掘進工作面、綜采工作面以及其他設備進行了全面的升級改造[3]。最終確定將原系統改進升級為KJ83X(A)型系統，如圖1所示。由此從根本上解決了安全監控系統存在的不足和缺陷。

圖1 改進后的KJ83X(A)系統

2.1 設備的安裝改進

2.1.1 井下設備

副井調度新機房、中央變電所、采區變電所、中央2#變電所、中央3#變電所安裝環網交換機；監控中心機房至井下采用光纜布置工業環網主干線路，主、副井筒各一根。采用12芯光纖到井下各變電所形成環路。分站布置地面：筒倉、風機房。井下：204口、專用行人巷、中央變電所、采區變電所、22永久避難硐室、西擴皮帶巷機頭、中央2#變電所、22116風巷、22116運巷、22117風巷、22117運巷、七聯巷、中央3#變電所。以上地點安裝監控分站、傳感器、電源等設備。

2.1.2 地面與展示設備

安裝調試地面監控軟件，并對軟件中分站和傳感器的參數進行定義，設置閉鎖控制口。系統廠家在新調度機房安裝設備展示平臺，對風電、瓦斯電閉鎖，以及多系統應急聯動等功能進行展示。

2.2 監控設備的布置方法及報警范圍

2.2.1 工作面專供電源的監控

在監控專供電源處，安裝監控分站便于人員觀察、調試、檢驗，安裝時監控分站及電源箱置于專用分站架上，距地板不小于300mm。供電電源取自監控專供電源，電源的連接由機電部門配合完成。

2.2.2 傳感器的布置

井下各類傳感器較多，本文主要介紹了風速、溫度、CO、CH4傳感器的布置方法和報警值。

（1）甲烷傳感器

在掘進巷道距工作面煤壁小于5m的范圍內，掘進巷道回風口10～15m處，巷道長度超過1000m時的巷道中部等范圍各安裝一臺激光甲烷傳感器，甲烷傳感器如圖2所示，主要技術參數如表1所示。

圖2 甲烷傳感器示意圖

表1 甲烷傳感器參數

（2）一氧化碳與溫度傳感器

此類傳感器通常布置工作面煤壁小于5m的范圍內以及回風口10～15m區間范圍，并且在滾筒下風兩側也應各安裝一臺。溫度傳感器與CO傳感器的安裝布置位置相同。CO報警值為大于24ppm，溫度傳感器為大于26℃。

（3）風速傳感器

在掘進巷道測風站處，各安裝一臺風速傳感器（煤巷風速正常范圍在0.25～4m/區間；巖巷風速正常區間在0.15～4m/s之間）。

（4）斷路器的布置

在22116綜采配電點高防開關處，安裝饋電傳感器（斷電控制器），控制綜采配電點3臺高防開關，并由機電部門配合完成。

2.3 井下其他地點監控設備

2.3.1 變電站及監控

各變電所均安裝1臺監控分站便于人員觀察、調試、檢驗，安裝時監控分站及電源箱放置在設備架上，距地板不小于300mm。供電電源取自相應的中央變電所監控綜保電源，電源的連接由機電部門配合完成，變電所設置采區1#、2#硐室溫度傳感器。

2.3.2 地面煤倉的監控

在地面煤倉配電室內，安裝1臺監控分站便于人員觀察、調試、檢驗，安裝時監控分站及電源箱懸掛室內墻上，距地板不小于30mm。供電電源取自抽放站配電柜，電源的連接由機電部門配合完成。

2.3.3 連接盒的連接

接線盒的連接：分站處的連接，按照線路順序從分站喇叭口從上到下依次進行連接。中間線路的接線盒（包括安裝傳感器處連接傳感器小線的接線盒）按標準進行連接（電纜外套伸入接線盒內5～15mm，4根線必須顏色對顏色，全部進行連接，線頭必須連接堅固，不得出現虛接、毛刺、搭接等現象）。接線盒兩頭喇叭口按規定進行堅固，接線盒連接完畢后把入井檢驗合格證、五小電器管理牌、完好牌、防爆檢驗合格證、電纜指向牌（指向牌要按實際地點進行填寫，具體寫清楚每根線的用途、去向，以后在檢查線路時便于查找）粘貼齊全。

2.3.4 穿墻管的安置

電纜布置完畢后，及時對穿墻管進行封泥，并對穿墻兩側的電纜及時粘貼電纜指向牌。設備安設完成后，必須固定牢固，按規定進行懸掛，并便于檢修和人員進行觀察。巷道過高的地點必須上繩管理，以保證數據的正常、穩定上傳。

3 應用效果

3.1 安全效益

升級改造后的系統從傳感器、分站、后備電源、中心站全部采用數字化方式傳輸，并且開放傳感器至分站間的數據傳輸協議，可顯著提升系統的開放性。與此同時，監控系統更加智能化，所包含的分站、傳感器、傳輸接口、電源箱等設備均具備自識別、自診斷功能，安裝時無需設置，直接上電便可以正常工作，操作簡便快捷，并且在后期維護時，所有設備均可以主動上傳工作狀態信息和故障信息，方便隱患排查，提高了煤礦生產的安全性能。

3.2 經濟效益

目前，潞寧煤礦運行升級改造后的KJ83X(A)系統整體較為穩定，能夠對礦井下各個站點的溫度、CO、甲烷等環境做到準確的監測、報警、顯示和儲存，有效解決了原系統存在的不足，系統運行至今各項功能測試正常，為煤礦的安全生產提供了可靠的保障[4]。

改造后的監控系統不僅擴大了系統安全監測的范圍，而且明顯降低了系統日常維護所需的各項費用，降低了系統投入成本近100萬元。長期的實踐應用表明，改進后的系統表現出良好的經濟效益和社會效益，在礦井安全監控方面具有廣闊的應用前景。

4 結論

升級改進后的KJ83X(A)不僅具有較高的可靠性、更強大的功能和先進的技術，而且在實際應用中表現出良好的適用性等。該監測系統在潞寧煤礦安全生產中發揮著重要作用，避免了因決策失誤而造成的安全事故和財產損失，在保障煤礦安全方面具有不可替代的作用。