郭莊煤礦井下安全監控系統的升級改造研究

宋凱敏 龐旭朝 丁 棟

（山西潞安郭莊煤業有限責任公司，山西 長治 047400）

隨著國家對煤礦企業安全生產要求的不斷提高和企業自身發展的需要，為進一步加強安全生產監督管理，有效降低煤礦井下綜采作業過程中的事故，目前各煤礦均設置有專門的井下綜采安全監測控制系統，用于對井下綜采作業環境進行監測、預警，極大地提升了煤礦井下的安全生產水平和安全生產管理效率，煤礦監測監控系統在瓦斯災害的防治中也起到越來越重要的作用[1]。郭莊煤業井下安全生產監控系統投入使用時間較長，因此目前在實際生產中存在著自動化程度低、可靠性差、誤報警頻次高的問題，給煤礦井下的安全生產造成了較大的安全隱患。因此郭莊煤業引入了一套新煤礦安全監控系統，專門應用于煤礦井下環境參數、工況參數的監測與控制，從而實現對煤礦井下各類設備和環境的不間斷監測，確保第一時間發現井下的生產異常，自動對井下的工作狀態等進行監控和數據分析、記錄，有效提升煤礦井下的綜采作業效率和安全性，減少井下安全監控人員數量，實現井下安全、高效的管理。

1 安全監控系統整體結構

郭莊煤業的礦井安全監控系統的整體結構如圖1所示，其主要包括接口部分、網絡系統和上層的集成應用平臺[2]。將位于煤礦井下的各個監控分站通過標準化接口接入到安全監控系統內部，實現對各個監控分站和單元的統一管控。該安全監控系統的核心在于監控分站通訊系統及各個監控分站傳感器部分。監控分站通訊系統是網絡連接的核心，用于將各監控分站監測到的數據實時解算、傳輸和轉化，最終以圖表、曲線等形式顯示在上層應用分站的監控中心內，便于監控人員對井下各個監控分站處的狀態進行掌握和調控，及時對異常進行預警。監控分站主要是對該單元內的各類監控傳感器進行管控、數據信號的初步分析，是安全監控系統的基礎。

圖1 安全監控系統結構示意圖

2 監控分站通訊系統改造方案

郭莊煤礦現使用的分站為KJF86N(08/16)型分站，該通訊分站和各類傳感器設備之間的數據通信使用頻率/電流模式。為了滿足RS485智能傳感器的接入需求，要求設備在煤礦井下復雜電磁環境下的抗干擾性要強，能夠確保數據信息的穩定傳輸。同時順應國家新監控系統要求，該礦已將井下部分區域的KJF86N(08/16)型分站逐步升級為KJ306-F（16）礦用智能型本安型分站。分站與傳感器通信共16路，采用8路頻率/電流模式、8路數字信號通訊模式[3]。根據郭莊煤業現有井下設備運行、監測要求，現分站準備升級KJ306-F（16）H礦用全智能型本安型分站，用于進一步提升各類傳感器設備在井下復雜環境下的監測數據的通訊可靠性要求，使控制人員能夠在地面實現對各傳感器和設備的遠程控制、數據提取、修改，提升監控系統整體的數據存儲、傳輸和抗干擾性，有效降低監控過程中出現的誤報現象。監控分站通訊系統升級前后結構對比如圖2所示。

圖2 監控分站通訊系統升級前后結構對比

KJ306-F(16)H 礦用本安型分站為針對煤礦井下特殊環境研發的成果，采用基于工業現場總線的數據傳輸技術，多路總線通過對數據的多重效驗，提高分站與智能設備、分站與傳輸設備之間的傳輸可靠性。為了確保該分站在使用過程中的可靠性，需要與隔爆兼本質安全電源作為一個整體使用。本安電源用于為系統內各個傳感器提供穩定、可靠的安全電源，確保各監控設備在運行過程中的穩定性。

3 瓦斯監測傳感系統升級改造方案

郭莊礦現有的瓦斯傳感器在使用過程中無法對低濃度瓦斯進行有效監測，對突發的瓦斯濃度劇增無有效的反應時間，且監測傳感系統對監測信息的傳遞方式滯后，無法滿足井下安全生產需求。因此本次升級改造時采用了一種新的甲烷傳感器[4]，其結構如圖3所示。

圖3 新瓦斯傳感器結構示意圖

該瓦斯傳感器能夠滿足各種工況下的瓦斯濃度自動監控需求，同時能夠將監測到的瓦斯濃度值轉換為對應的電信號，通過數據傳輸系統傳遞給信息中心，能直接將監控的瓦斯濃度值顯示出來，還具有超限聲光報警等功能。該傳感器采用了新型單片微機和高集成數字化電路，具有集成度高、可靠性好的優點，便于維修與調試且增加了傳感器斷電控制功能，并可任意設定斷電點，實現了一機多用。

4 安全監控系統改造前后對比

郭莊煤業安全監控系統的升級內容及升級后的應用情況如表1所示。升級完成后整個安全監控系統的自動化和智能化程度得到了極大的提升，通過在郭莊煤業的應用，該系統的穩定性高，極大地提升了井下安全監控的可靠性。

5 結論

本文針對郭莊煤業現有安全監控系統所存在的自動化程度低、可靠性差、誤報警頻次高嚴重影響井下綜采作業安全的情況，提出了一種新的煤礦安全監控系統，對該安全監控系統的整體結構和應用情況進行了分析，結果表明：

（1）該安全監控系統主要包括接口部分、網絡系統和上層的集成應用平臺，將位于煤礦井下的各個監控分站通過標準化接口接入到安全監控系統內部，實現對各個監控分站和單元的統一管控。

（2）礦用本安型分站采用基于工業現場總線的數據傳輸技術。多路總線通過對數據的多重效驗，提高分站與智能設備、分站與傳輸設備之間的傳輸可靠性。

表1 安全監控系統的升級內容及升級后的應用情況表

（3）根據在郭莊煤業的應用表明，該系統的穩定性高，數據傳輸穩定性高，抗干擾能力強，對井下復雜地質環境適應性好，具有更加完善的報警、斷電等控制功能，而且支持多網、多系統融合。系統升級改造增強了煤礦安全監控系統的準確性、靈敏性、穩定性和易維護性，極大地提升了井下安全監控的可靠性。