沁峪煤礦安全監控系統關鍵技術的升級改造

何 帥

（山西蘭花沁裕煤礦有限公司，山西 晉城 048212）

煤礦的安全監控系統是保證礦井安全生產的重要系統，為預防預測瓦斯、粉塵、水災火害等起到重要作用，涉及電氣系統、微計算、通信處理等綜合功能，系統復雜，技術難度較[1-2]。為加強煤礦安全生產的信息化管理要求，2016年國家對煤礦安全監控系統提出了新的要求，相關文件相繼出臺，因此對煤礦原有安全監控系統的升級換代勢在必行[3-4]。沁峪煤礦根據文件要求，針對本礦井原有監測監控系統的不足進行了升級改造工作。

1 沁峪煤礦安全監控系統的不足

沁裕煤礦目前安全監控系統型號為KJ70N，該系統主要用來檢測有毒有害氣體濃度、風量、風壓、環境溫/濕度以及局部通風機、皮帶和水泵的開關狀，根據最新的相關要求，發現存在以下問題需要解決。

1.1 無法實現傳輸數字化

原有的KJ70N安全監控系統中心傳輸接口與分站之間采用了現場總線的傳輸方式，模擬量傳感器到分站之間的傳輸方式采用了頻率型。該系統在模擬量傳感器與分站的傳輸方式上未能實現傳輸工作的數字化傳遞。

1.2 抗電磁干擾能力較差

KJ70N安全監控系統及組成設備抗電磁干擾能力差，設備運行過程中，當變頻設備啟動時發現模擬量傳感器存在數值有冒大、偽數據的現象。

1.3 傳感器技術及裝備功能缺失

現有的文件要求，突出礦井的采煤工作面進、回風巷，煤巷、半煤巖巷的傳感器推薦使用激全量程傳感器，回風隅角建議采用無線傳感器。而沁峪煤礦現有監控系統架構層級過多，沒有裝備使用激光、紅外等全量程傳感器，缺乏自我診斷功能，參數采集范圍較少。

1.4 報警、斷電等控制功能缺失

現有監控系統僅可實現就地斷電以及報警功能，但系統不具備此次升級改造的重要功能，如：分級報警、邏輯報警和區域斷電等，斷電、報警功能有待完善。

1.5 多網、多系統融合不便

多系統的融合需靈活設置，地面與井下可以使達到通用，普遍推薦鼓勵新安裝的安全監控系統采用井下融合方式。但沁峪煤礦現有的安全監控系統無法實現多網融合，難以對環境監測、人員定位、應急廣播、實時視頻等網絡的接洽。

1.6 數據應用分析

現有監控系統無法實現大數據分析的功能，不能對采掘工作面應力變化、瓦斯含量變化、瓦斯涌出規律等數據實時顯示并預測報警，這將直接影響到煤與瓦斯突出危險性的診斷與結果的預測。

2 沁峪煤礦安全監控系統升級改造的具體方法

根據對沁峪煤礦安全監控系統所存在問題的詳細分析，為提高整個系統的安全可靠性，適應安全管理工作的需要、促進安全監測監控多元融合和信息共享決定采用全新KJ95X安全監控系統，并在以下方面進行了提升。

2.1 監控中心站改造

KJ95X 軟件對硬件的要求較高，且數據庫也需要安裝在同一臺主機上，因此監控主機、監控備機選用2臺自帶WIN10 操作系統平臺的設備。該監控主機可以實現CH4、CO、CO2、O2等氣體濃度，空氣風速、環境溫/濕度等數據的采集，并可顯示饋電狀態、風門狀態、局部通風機的開停狀態，按照數據契約要求轉換生成標準數據，由聯網集成廠家實現數據的上傳、加密、解析處理。

2.2 監控分站改造

在原有監控分站旁增加KJF130 礦用本安監控分站和KDW65B 和KDW65C 型兩種分站電源以滿足新的現狀要求。KJF130礦用本安監控分站采用TCP/IP傳輸方式接入工業以太環網。兩種分站電源容量強大，能夠維持斷電后正常供電4h以上。分站與傳感器之間采用RS485 分站式傳輸方式，實現了數字化傳播。在設計工況條件下，對分站的最大遠程供電距離實行了分別為2km、3km 和6km 的分級管理。傳感器傳輸距離小于3km以內選用KDW65B電源，傳感器傳輸距離大于3km以上選用KDW65C電源。

2.3 傳感器改造升級

在原有傳感器的基礎上增加CH4、CO、CO2、O2、風速、負壓、煙霧、開停、風門、水位、饋電等智能化的傳感器。

2.4 網絡傳輸設備改造

為實現安全監控系統的數字化，促進智能傳感器的實際應用效果，進行了以下改造：

（1）工業以太環網：在井底中央變電所、201采區變電所配置2 臺KJJ32(A)型礦用環網交換機。該本安型環網接入器適用于有瓦斯、煤塵爆炸危險的環境，是一種輕便安裝、解環自愈、低功耗的網絡交換設備，具備RS485和CAN總線接入功能，為煤礦井下數據類傳輸系統提供可靠傳輸通道，也可作為主干以太環網的端口擴展和距離延伸。

（2）傳輸線纜改造：采用MGTSV-16B光纜，光纜從中心機房機柜出發經主井筒至15#煤中央變電所KJJ329(A)+KDW65，沿15#煤軌道大巷、15#煤副井、2#煤軌道大巷至201 采區變電所KJJ32(A)+KDW65，再沿2#煤膠帶巷、2#煤軌道巷、副井筒至中心機房機柜，形成工業環形網絡。

3 升級改造的效果

KJ95X安全監控系統采用工業以太環網+現場總線的架構，監控系統包括設備主機、多系統融合服務器、交換機、監控分站、傳感器以及其他零部件。在沁峪煤礦的實際使用中，KJ95X監控系統將能實現數據的采集、處理、分析、顯示、存儲和打印功能，并支持對系統實時狀態的反饋及分析進行歷史數據的查看。其次，系統及設備的故障自我診斷、校驗、GIS圖形展示、瓦斯涌出量及涌出規律的預測也在本次升級中得到了完善；其次多系統融合服務器提供地面級多系統融合功能，可融合人員定位、IP廣播、工業電視、電力監測等系統。

4 結束語

隨著信息化技術在大型工業設備領域的快速發展，煤炭企業向智能化、自動化的發展的趨勢日益明顯。KJ95X新型安全監控系統很好地解決了沁峪煤礦原有系統的固有問題，有效防止了線路斷線及“假數據”信號的問題提高了系統的整體穩定性和安全性。可以看出，煤礦安全監測監控系統的升級改造是企業發展的必要工作，可以為煤礦的安全管理和經濟效益實現雙贏。