小保當煤礦安全監測監控系統升級改造技術研究

郝天亮

（陜西陜煤榆北煤業有限公司小保當礦業公司，陜西 神木 719302）

陜煤榆北煤業有限公司配備KJ95X 型安全監控系統，能夠對煤礦相關工作進行實時監控，但由于井下環境惡劣，人員操作不當等原因，常存在數據傳輸不及時、監控效果不明確等諸多問題，員工難以在地面及時做出對井下發生突發情況時的合理決定[1-6]。對此，以小保當煤礦安全監測系統為研究背景，通過分析監測系統目前存在的弊端，提出合理的解決方案并最終在現場應用，有效提高了小保當煤礦安全監測系統應用效果。

1 系統簡介

KJ95X 型安全監測監控系統主要由中心站與測控分站組成。系統的運行原理是通過在地面及井下布置若干傳感器測控分站，實時監測所需內容，通過在礦井內布置的千兆以太環網，對數據進行初步整合，采用數據處理的方法，通過工業以太網匯總至中心站，在中心站內進行統一的調度指揮[7-12]。KJ95X 型監測系統流程圖如圖1。

圖1 KJ95X 型監測系統流程圖

2 系統升級改造方案設計

2.1 系統現存問題

（1）信號收集穩定性及數據傳輸抗干擾能力差

煤礦在安全監測系統實施期間，曾出現數據傳輸不穩定的現象。同時，井下工作環境復雜、礦井內部潮濕等因素容易對監測數據傳輸過程產生干擾，進而影響礦井終端數據的準確性，使得中心站難以做出及時合理的決策，容易造成井下員工恐慌，為礦井埋下安全隱患。

（2）系統功能單一

現有的監測系統僅能對礦井的相關數據進行實時監控，缺乏對數據的合理化分析，針對突發的數據偏高情況，僅具備分級報警功能，缺乏相關的決策步驟，發生此類情況時，仍需人為調控。

（3）缺乏多系統融合相關功能

現有的監控系統無法與礦井其他相關系統融合。前端的監控數據難以共享至其他系統，盡管可以通過調度指揮的方式，對采集所得的數據進行共享，但由于時效性較差，難以及時將采集所得數據傳輸至全礦井。

2.2 升級改造思路

（1）增強傳感器的抗潮濕及抗電磁干擾能力

傳統的監測傳感器缺乏數據分析等功能，且抗潮濕、抗電磁干擾的能力較差，進而影響數據傳輸的穩定性及準確性。因此，通過提升傳感器的防護等級，更換更為先進的傳感器，以達到增強傳感器的抗潮濕及抗電磁干擾能力，進而保證數據傳輸的穩定性，幫助指揮中心更加準確地做出相關決策。

（2）優化系統功能

目前礦井采用的監控系統缺乏數據的自我診斷及自我存儲功能，難以及時智能地做出決策，因此，全面升級改造監控系統是必要的。通過補充系統的自我診斷及自我存儲功能，同時對數據進行加密處理，保護數據的安全及隱蔽性，在礦井遭受突發情況時，系統及時做出決策。

（3）完善多系統融合

系統采集所得的數據無法及時共享至其他系統，影響人員自我決策。因此，通過支持多網、多系統融合的方法，消除系統孤島，實現系統之間的相互連通，使系統采集得來的數據增值利用。

3 系統升級改造方案現場實施

3.1 現場實施方案設計

（1）根據地面系統顯示的設備數量，對設備進行清點，確保現存設備全新且能夠使用。

（2）整理相關設備，將相關設備存放至地面倉庫統一調度。

（3）引入全新的監測分站傳感器，增強傳感器的保護等級，提高數據傳輸穩定性及準確性。

（4）在現有系統內補充數據的自我診斷、自我存儲相關功能。

（5）建立多系統融合分站，實現前端分站采集所得數據在多系統內的共享，達到消除系統孤島，實現系統融合的目的。系統融合原理圖如圖2。

圖2 系統融合原理圖

（6）對礦井現存的監測系統所采集到的數據進行備份，進一步融合至新系統中，實現礦井監測數據閉合。

（7）待相關設備安裝調試完成后，檢測系統運轉是否正常。

3.2 現場實施效果分析

（1）系統性能指標

系統容量：255 臺分站，8160 測點；系統分站支持以太網、RS485 傳輸方式；巡檢周期為10 s；本地斷電時間為2 s；異地斷電時間為5 s；分站斷線續傳為24 h；傳感器傳輸距離為6 km（24 V，單臺，0.52 mm 電纜）。

抗干擾能力：地面設備3 級靜電抗擾度試驗（評價等級A）；2 級電磁輻射抗擾度試驗（評價等級A）；3 級脈沖群抗擾度試驗（評價等級A）；3 級浪涌（沖擊）抗擾度試驗（評價等級A）。

（2）系統升級改造效果分析

圖3 為分站數據采集主板升級前后對比圖。由圖3 可知，在升級前，數據采集主板僅采用單一八路采集，開關量分為兩個八路采集，數據采集單一，升級后，將原有的八路采集改為兩個四路采集，同時配備四路輸出，補充六個型號分別為CAN-1、RS485-2、CAN-2、RS485-3、RS485-4、RS485-5 的數據采集元件，使得數據采集主板具備初步的自我診斷及自我決策功能。

圖3 分站數據采集主板升級前后對比圖

圖4 為傳感器升級前后對比圖。由圖4 可知，未升級前傳統的傳感器僅可針對一種數據進行監測，需布置若干個傳感器以達到監測目的，且由于設備自身抗潮濕抗干擾能力差，使得監測數據不準確，人員更換設備頻繁。升級后的傳感器可實現單一傳感器的多點監測，即通過單一傳感器監測若干所需數據，大幅提高了數據監測效率。同時，升級后的傳感器具備良好的抗潮濕抗干擾能力，有效保證了數據傳輸的穩定性及準確性。

圖4 分站數據采集主板升級前后對比圖

圖5 為實現系統融合后的現場實際應用原理圖。由圖5 可知，實現系統融合后，有效消除了前端分站采集數據無法及時共享至其他系統的弊端，保證了數據傳輸的及時與準確，大幅提高了人員工作效率，有效保證了礦井安全生產。

圖5 現場實際應用原理圖

4 結論

通過對小保當煤礦原有監測系統中存在的數據傳輸不穩定、傳輸不準確、傳感器抗干擾能力差等問題進行分析，提出小保當煤礦原有監測系統的弊端，進一步通過更新設備、優化系統的方法，升級改造小保當煤礦安全監測系統。結果顯示，升級改造后的系統實現了多系統融合，消除了原有系統中存在的系統孤島問題，有效解決了前端監控數據采集后無法及時共享的問題，提高了人員的工作效率，保證了礦井的安全高效生產。