邢東礦安全監控系統升級改造優化與現狀分析

靳鵬博

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 概 況

邢東礦井田位于河北省邢臺市東北約4 km 處，東距京深高速公路3.2 km，西部毗鄰市區，地理位置優越。邢東礦采用立井多水平開拓方式，礦井分為-760 和-980 兩個水平，其中-760 水平分為1100 采區和1200 采區；-980 水平分為2100 采區和2200 采區，目前該水平無采掘生產活動。礦井采用中央并列式通風方式，副井進風，主井回風，-760 軌道大巷、管子道、分揀硐室為礦井主要進風大巷，-760 皮帶大巷、-760 回風巷為礦井主要回風大巷；上下兩水平間由4 條暗斜井連通（進風斜井、副暗斜井、主暗斜井、回風斜井），構成“兩進兩回”通風系統。邢東礦為低瓦斯礦井，瓦斯絕對涌出量為4.51 m3/min，相對涌出量為2.33 m3/t；邢東礦開采的2 號煤層為II 類自燃煤層，最短自然發火期為54 d，煤塵具有爆炸性。

2 現有監測系統及存在的問題

目前邢東礦安裝有重慶科技技術研究院生產的KJ90NB 安全監測監控系統1 套，共安裝分站17臺，各類傳感器及斷電控制器近180 臺，目前系統采用總接線傳輸接口方式進行監測數據傳輸，傳感器采用電流信號方式進行輸出。系統于2012 年安裝使用，已經運行多年，部分設備老化嚴重，功能不齊全，并出現了以下問題。

（1）煤礦安全監控系統網絡結構可靠性差。

現有監控系統還采用主副式通信傳輸結構，雖然已有光纖環網的監控系統，但其分支仍采用主從式結構，數據傳輸效率低，經常性出現傳感器中斷現象，無法實現設備間互聯互控、區域危險快速控制。

（2）監控系統設備數字化程度不高。

目前在用的傳感器采用模擬量傳輸技術，從而導致傳感器與分站雙向傳輸數據以及工作狀態識別及故障判斷不能實現，造成監測數據誤差性比較大。

（3）監控系統不具備開放性能。

監控系統的生產廠家依據自身協議傳輸數據，導致異構系統無法接入，多網多系統融合性差。

（4）煤礦安全監控系統抗電磁干擾性較差。

井下設備存放安全性差，監控系統設備經常受到磁波干擾，監控設備抗干擾能力差，數據經常性混亂傳輸，經常產生冒大數、誤報警、誤斷電現象，甚至造成系統癱瘓。

基于以上原因，必須升級改造邢東礦監測系統，實現礦井中安全監測監控更高更多功能的需求，提升邢東礦安全生產保障作用有重大及長遠的意義。

3 安全監控系統升級改造

3.1 地面改造工程

地面改造工程中新增2 臺工業控制機，淘汰原有老化嚴重工控機，并配備工控機抗干擾模塊4 個。

新增2 臺服務器，多系統融合使用，新增2 臺上傳機，淘汰原有2 臺老化嚴重上傳機（上傳軟件維持不變，目前邢東礦往省局上傳軟件為沈陽新元公司的KJ90 上傳軟件），新增UPS 電源1 套，新增地面輸出本安型交換機2 臺，用做光纖轉換。

對監控系統軟件具有的預警、斷電報警功能進行完善，利用新換裝的2 臺上傳機實現監控數據的遠程實時監測及聯網上傳，并滿足安全監控系統主機及聯網主機雙機熱備份、連續運行的要求。

3.2 井下全礦井改造工程

根據國家總局要求，所有煤礦安全監控系統都要升級改造，實現數字化方式傳輸，能夠實現數據融合，監控系統設備具備抗干擾能力，運行更加穩定可靠。為提高傳輸數據數字化、抗干擾能力、系統性能，對分站、傳感器等設備進行更換。

（1）監控分站。目前使用的20 臺監控分站，傳感器與分站傳輸方式為電流傳輸，抗干擾能力弱，不符合模擬量傳感器到分站采用數字化傳輸（抗干擾）的規定。此次全部更換為支持工業以太網、RS485、CAN 傳感器采樣與滿足抗干擾要求的監控分站，分站通過光纖傳輸方式，將井下實現監控數據上傳至監控中心站軟件。

（2）電源箱。目前井下正在工作的電源箱不具備電源信息管理及抗干擾要求，應予以淘汰，全部更換為符合抗干擾要求的電源。

（3）模擬量傳感器。在利用舊系統自帶的傳輸線纜，更換所有傳感器并實現了IP65 的防護等級，實現井下傳感器的全數字化建設。

（4）開關量傳感器及斷電器。將目前使用的所有開關量傳感器及斷電器全部更換，以達到數字化改造傳輸的要求。

（5）工業以太環網傳輸平臺。由于目前使用的監控系統未使用工業以太環網傳輸平臺，巡檢周期及傳輸穩定性都達不到相關要求，需要建設工業以太環網平臺，并將光纜從不同的井筒進入井下，形成冗余環網。分別在地面調度室監控中心機房、井底車場變電所、1100 采區變電所、2200 采區變電所，這4 個地點設置環網交換機，并配置配套的電源箱，光纜直接接入地面調度室監控中心機房核心交換機，敷設多芯光纖冗余通道，并組成環網。地面電、光纜與動力、照明電纜共用室外電纜溝及電纜排管敷設，無電纜溝及電纜排管處，采用電纜穿柵格式塑料管埋地敷設。井下光纜敷設主巷道采用幫槽內隱藏性鋪設，其它巷道采用電纜掛鉤方式敷設。光纖為了保證信號衰減，盡量減少熔接次數。主干光纖每500 m 要求有20 m 的預留，為熔接預留長度。光纜/電纜敷設過程中，根據現場實際情況，需要做保護光纜/電纜段必須嚴格做保護；環網均以地面調度室監控中心機房為起點，分別經過井下各生產環節，最終連接回到監控中心機房，組建高速冗余環網平臺，實現整個礦井監控數據的快速傳輸。工業以太環網傳輸平臺如圖1 所示。

圖1 邢東礦工業以太網傳輸平臺示意Fig.1 Industrial ethernet transmission platform of Xingdong Mine

3.3 系統融合及應急聯動

升級后的安全監控系統提供了多系統聯動功能，實現在瓦斯超限時，通過應急廣播系統播放撤離信息，通過人員定位系統發送撤離信號。通信、應急廣播、人員定位系統等須按照安全監控系統提供的交互協議實現并提供接口，即可實現交互聯動。

由于邢東礦在用供電系統、應急廣播系統、人員定位系統、視頻監控系統等不是同一廠家生產提供，邢東礦將對在用多系統實行地面融合，各系統按照安全監控系統提供的交互協議實現并提供接口。

多系統聯動功能的條件、參數和應急方案由邢東礦根據實際情況設定。聯動控制邏輯模塊在監測到超限并符合用戶設定的聯動條件時，系統不斷發出告警聲音，并彈出對話框由值班人員確認是否發出聯動控制信號。值班人員確定后，系統自動根據預設方案進行聯動控制，如圖2 所示。

圖2 KJ83X(A)系統融合平臺架構Fig.2 KJ83X(A)system convergence platform architecture

4 升級改造安全監控系統

4.1 安全監控系統

邢東礦升級改造后使用的是煤炭科學技術研究院的KJ83X(A)型煤礦安全監控系統。該系統中模擬量傳感器、開關量傳感器、控制量傳感器、電源箱全部采用CAN2.0B 數字總線傳輸數據；后備電源、分站全部采用數字化方式傳輸，所有設備全為數字化，一根線帶載能力強（5～10 個傳感器）；邢東礦監測系統在冊使用的傳感器、分站的防護等級均達到了能夠滿足淋水環境下設備正常工作的要求；采用多主并發的通訊模式，系統巡檢及斷電時間大為縮短，系統在正常及異常情況下，巡檢周期不大于10 s，本地斷電時間不大于2 s，異地斷電時間最短縮至5 s，完全滿足相關文件要求。

4.2 系統結構

目前邢東礦KJ83X(A)安全監控系統采用千兆光纖環網進行多種傳輸結構，系統結構如圖3 所示。

圖3 KJ83X(A)系統結構布置示意Fig.3 KJ83X(A)system structure layout

5 升級改造后運行現狀

邢東礦安全監測監控系統升級改造后已穩定運行一年多時間，各項功能使用正常無異常情況發生，但隨著監測系統的運行目前發現2 大問題。一是抗干擾能力仍需加強。隨著煤礦采掘工作面智能化設備越來越大，設備越來越大，其相應產生電磁擾能力也在不斷增強，導致甲烷傳感器有誤報警現象偶爾發生，傳感器的中斷次數也隨著大型智能化設備的開啟頻繁而增加，造成安全監測工的維修力度增大。針對此問題應該不斷升級傳感器版本，增強抗電磁干擾能力，減少誤報警次數和傳感器中斷次數。二是現在提倡的智能化礦山中智能化通風系統與安全監測監控系統互動聯動缺失，缺少兩者之間的系統融合與控制，不能實現根據安全監測監控系統監測數據與通風系統設施實現聯動控制和預警閉鎖通風設施功能，不能實現智能化通風系統功能。針對此問題應該加強與監測系統廠家聯系，增加多系統融合功能的擴展性和擴展接口，實現智能化系統融合。

6 結 語

邢東礦KJ83X(A)型安全監控系統自改造后系統運行穩定，順利通過了河北省煤監局的升級改造驗收工作和河北省應急管理廳升級改造驗收再抽查工作。升級改造后的安全監測系統是實現煤礦智能化、自動化的重要組成部分。邢東礦KJ83X(A)型安全監控系統功能更加全面、數據處理能力更強，實現了多系統融合，為邢東礦安全作業工作提供強有力的保障。