現階段煤礦安全監測監控系統應用探討

張瀚超

(晉能集團 三元石窟煤業有限公司，山西 長治 047500)

我國煤炭資源豐富，礦井遍布大江南北。近幾年，煤礦安全監測監控系統的普及、推廣、應用得到了長足發展，國家也推出了相應的行業標準和升級改造技術方案。但由于各礦條件不盡相同，在實際使用過程中，監控系統存在各種各樣的問題。本文以《煤礦安全監控系統升級改造技術方案》(煤安監函〔2016〕5號)為標準，對目前煤礦安全監控系統進行分析。

1 安全監控系統概況

煤礦安全監控系統是安全生產的保障，是現代化煤礦井下安全管理的重要手段，主要作用是對煤礦的瓦斯、一氧化碳、風速、煙霧、溫度等環境參數和礦井生產、運輸、提升、排水等環節的機電設備工作狀態進行采集、監測和控制，用計算機分析處理取得的數據進行規范管理。為各級生產管理者和業務部門提供環境參數和設備動態信息，為生產指揮調度提供第一手資料。

通過對被測參數的比較和分析，為預防災害事故提供技術數據，及時實現自動報警、斷電和閉鎖，便于提前采取防范措施，制止事故的發生或擴大；在發生事故的情況下，能及時指示最佳救災和避災路線，為搶救和疏散人員、器材提供決策信息[1]。

2 安全監控系統在安裝、使用、維護中出現的問題

1) 信號傳輸方面?，F有安全監控系統主要采用地面中心站—信號傳輸介質—井下分站—信號傳輸介質—傳感器(斷電控制器)—進行參數采集(接入被控開關，使開關介入閉鎖)。安裝過程中，地面中心站與井下分站間的信號傳輸介質采用光纖，安全監控系統新版技術方案要求井下分站間數據傳輸使用環網進行，但在實際運用過程中，由于井下環境惡劣，對于經常需要移動的分站，光纖傳輸的后期維護工作繁雜：光纖熔接在井下的成功率較地面降低許多，且光纖材質較硬，無法以小圈纏盤打理，不能大角度拉、扭，另外，光纖裁剪成較短段后失去使用價值，出現故障后排查故障工作量大；如使用網線，則需再增加交換機等連接設備，畢竟網線傳輸有最多100 m的傳輸距離上限；如使用RS485傳輸信號，又達不到傳輸規范的要求。

2) 傳感器使用方面。新規范中要求傳輸數字化，在提升系統整體抗干擾等級以外，減少井下傳感器線纜布置。RS485通信協議下只要并聯電源和信號正負極，就可以讓多臺傳感器共用一根通信線纜，但在實際使用過程中由于各種傳感器互相存在功率差異，且井下分站、線纜使用環境較復雜，電路之中并聯的存在勢必導致電流下降，如果生產廠家對傳感器的設計優化沒有經過足夠的測試，就會出現一根通信線纜上能接入的傳感器達不到廠家宣稱或負荷計算得出的數量。

另外在傳感器使用中，會出現由于強電磁干擾尤其是井下變頻器、無功補償器等產生的電磁干擾導致傳感器數據失真。在強電磁干擾下，之前規范使用的頻率性模擬量傳感器傳回地面中心站的數據會出現放大、無序升降、“漂負”等異常現象[2]。系統升級改造后，經過RS485傳輸制式的普及系統整體抗干擾等級提升，這種現象暫時沒有出現。

3) 系統維護方面。由于國家對安全監控系統的網絡環境及數據安全要求較高，因此在煤礦，對安全監控系統的數據、網絡設置都有一定偏向，以盡量簡單的網絡結構來保障系統穩定運行、數據安全。

目前，山西省內煤礦使用的安全監控系統數據主要向市(縣)級能源局(或主體企業總部)、安全監管執法與決策支持系統、自動化集成系統等上級數據采集系統上傳數據；在數據規范方面主要采用山西省地方標準《山西省信息化工程安全建設規范》DB14協議、沈陽新元科技有限公司等數據采集協議、FTP協議進行數據采集。

新規范要求實現多系統融合，在數據傳輸規范及網絡安全方面提出了一個新課題。安全監控系統在保證自身數據正常上傳的同時，要采集其他系統的數據進行融合，數據采集的過程會破壞安全監控系統網絡環境的穩定，由于采集數據方向和傳輸數據方向涉及不同的組網，安全監控系統經常會通過主備機增加網卡、設置多個IP地址等方式實現數據多向采集和傳輸，而煤礦往往缺乏專業網絡安全工作人員，在網閘、防火墻、殺毒軟件等軟硬件設備購置、使用、更新上也缺乏專業參考意見，導致專網與專網、互聯網與專網、局域網與互聯網、專網之間病毒傳播屢有發生，經常會出現“一個攜帶病毒的優盤破壞整個集團公司網絡”等極端個例。

而這些尚是網絡環境這單一方面，還沒有涉及到數據格式轉換、數據庫端口開放等其他會令系統抗風險能力進一步下降的隱患。

3 優化建議

針對這些問題，參考具體案例，提出一些優化建議，以供參考。

1) 在井下分站間數據傳輸網絡方面，以IMC-V111ET-TB型1口VDSL2以太網延長器為例， IMC-V111ET-TB是一款具有成本效益的以太網距離延長解決方案，使用24AWG電纜最高可延長1 400 m。IMC-V111ET-TB提供1個100 Mbps RJ45以太網端口，1個接線端子端口通過VDSL2實現對稱/不對稱以太網傳輸。IMC-V111ET-TB支持兩線傳輸，支持-40～75℃寬溫。

這款以太網延長器使用的技術并不是非常的前沿和繁雜，但是在井下組網方面可以起到減少光纜布置的效果。盡管使用兩線制傳輸在銅芯線纜長度增加后帶寬會出現衰減，但對于數據傳輸量較小的設備，在組網方面，可以起到不錯的實用效果，目前已有部分環網系統研發單位使用這項技術研發設備，可以作為減少光纜布置的一個緩沖方案。

2) 傳感器技術發展日新月異，多參數傳感器無異是其中集大成者。在合理優化供電設計、使用功耗更低的元器件后，多參數傳感器在保證參數采集的同時，在減少設備投入、優化線路供電、降低分支損耗等方面有諸多優勢，也使傳感器信號線纜抗電磁干擾有了更多可能，新規范中也建議推廣使用。

3) 網絡安全方面，建議組建小型局域網為主，通過三層交換機在IP的安全策略建設上進行操作實現網間互聯，進行不同網段間數據互訪；或是在進入網絡后端增加硬件防火墻，在三層交換機進行路由走向設定，末端PC用戶可通過只設置三層交換機路由后一個網段的IP地址，實現所有輸入網絡的同時數據訪問，既可大大提升數據傳輸效率，又能進一步降低成本，簡化網絡結構，提高網絡抗風險能力(拓撲結構如圖1所示)[3]。

圖1 小型局域網拓撲結構

局限于網絡在現有礦井生產活動中扮演的角色，短時間內提高網絡安全管理水平并不現實。身處“大數據時代”，網絡作為煤礦保障安全的手段，在遠程監視、數據采集匯總等基礎應用之上，勢必會有更加廣闊的應用空間，網絡安全作為網絡使用的核心話題，也將在新的高度被重新審視。網絡技術專業人才及新技術、新思路的推廣也將大大提高煤礦的網絡安全管理水平。

4 結 語

安全監控系統是保障煤礦安全生產的“眼睛”。按照目前的發展趨勢，未來的安全監控系統將不止于環境監測、參數采集和閉鎖控制，諸如在大型設備運行遠程控制、施工工藝革新、煤礦安全風險控制以至于礦井的物聯網推廣等方面都將會擔當承載平臺，將在煤礦未來集約型管理、降本增效、提高安全管理水平等方面發揮更大作用。