泊里煤礦安全監測監控系統巡檢周期研究

翟巨良

（陽泉煤業集團 泊里煤礦有限公司，山西 晉中 032700）

1 概 況

山西省作為煤炭資源大省，煤層及地質條件多樣化，隨著智能化礦井的普及，安全監測監控系統是智能化礦井建設的一項重要環節。安全監測監控系統實時監測著井下各類有毒有害危險性氣體濃度及相關設備運行的狀態，主要包括甲烷濃度、瓦斯電閉鎖、風電閉鎖、故障閉鎖等。因此，鑒于安全監測監控系統的重要性，要嚴格規范安全監測監控系統的運行狀態，日常監測系統遇到同類型故障及故障的處理辦法進行歸納，其中監控系統最大巡檢周期是監測系統運行是否正常的標志。本文以陽泉煤業集團泊里煤礦為研究對象，針對該礦最大巡檢周期存在的問題進行分析研究。

1.1 礦井概述

陽泉煤業集團泊里煤礦井田面積137 km2，地質儲量11.66 億t，均為優質煤，生產能力為500萬t/a，是煤與瓦斯突出礦井，主采3、8、9、15號煤層，僅有8 號煤層為非突出煤層，15 號煤層屬II 類自燃煤層。

1.2 安全監測監控系統

KJ90X 安全監測監控系統依據中心站軟件程序設定或通過控制，依托交換機為媒介進行環網傳輸。各類傳感器依托環網傳輸把全礦井需要實時監測的各種有毒、有害氣體濃度、通風設施、各種設備的開停狀態等數據進行采集并傳輸到中心站，實現自動報警、斷電。

KJ90X 安全監測監控系統是由地面和井下2 部分構成。井上部分由地面中心站監控服務器雙機熱備組成，運行監測主軟件，定義、控制系統，分析顯示井下被測量數據等，同時配備陣列控制柜和UPS 不間斷電源、網絡交換機、打印機等終端附屬設備，主控信息通過WEB 服務器實時上傳至礦調度及礦綜合信息平臺網絡；井下部分包由7 臺網絡交換機組成的以太環網、下級監測分站和各類傳感器控制執行器等，根據中心站定義實時監測監控井下環境參數，對超限區域自動發出控制指令，并把監測參數傳回地面中心站主控服務機。安全監測監控系統布置如圖1 所示。

圖1 安全監測監控系統布置Fig.1 Layout of safety monitoring system

2 存在的問題及分析

泊里煤礦安全監測監控中心站值班人員在日常工作當中發現個別監測監控傳感器最大巡檢周期大于《煤礦安全監測監控系統及檢測儀器使用管理規范（AQ1029-2019）》 中規定的20 s，這會導致監測系統不能及時反饋各類傳感器的運行情況。

經過查找資料分析，并與重慶煤科院技術人員交流探討，猜測導致最大巡檢周期異常與鏈路攜帶的監測分站數量有較大關系。經過篩查所有最大巡檢周期正常和異常的傳感器數據并進行分類歸納發現，最大巡檢周期異常的傳感器所在鏈路上攜帶的監測分站均超過6 臺，例如鏈路192.168.0.79 和192.168.0.63 分別攜帶監測分站數量為7 臺和11 臺（圖2）；而最大巡檢周期正常的傳感器所在鏈路上攜帶的監測分站均未超過6 臺，例如鏈路192.168.0.94 和192.168.0.103 分別攜帶監測分站數量為5 臺和6 臺（圖3）。由此可假設最大巡檢周期異常是否由于傳感器所在鏈路攜帶的監測分站數量超過6 臺造成的。

圖2 最大巡檢周期異常鏈路Fig.2 Maximum inspection cycle abnormal link

圖3 最大巡檢周期正常鏈路Fig.3 Maximum inspection cycle normal link

當然，除了鏈路數量，還有可能是監測分站與傳感器傳輸距離導致，以及交換機、監測分站、傳感器故障導致，因此需要對這些猜測進行實驗驗證。

3 最大巡檢周期異常因素研究

為驗證上述猜測是否正確，此次以泊里煤礦安全監測監控系統配備的甲烷傳感器為例進行研究。

3.1 檢測方法

選取泊里煤礦井下工作面中任意甲烷傳感器，通過甲烷傳感器配備的遙控器調節甲烷傳感器的顯示數值，把顯示數值調節到報警值，并記錄調節的時間，保持3 min 后恢復正常工作狀態，3 min 后再一次調節甲烷傳感器的顯示數值，重復3 次；上井后在安全監測監控系統中心站找到被測試甲烷傳感器3 次調節到報警值的時刻，對應井下記錄3 次報警值的時刻，計算出3 個井上時刻與井下時刻的差值，取最大值為巡檢周期。巡檢周期超過20 s，為不合格。

3.2 實驗過程

3.2.1 傳輸距離實驗

利用采集到的數據，當相關參數發生變化時，研究系統的EER是如何變化的，并且在分析測試結果的工作中，將相鄰時間段內波動比較大的數據剔除掉。為了盡量避免其他條件的影響，選擇機組運行正常2017年6月27日的數據進行分析。

使用傳輸線1 m，在監測分站上直接安裝傳感器，待傳感器運行穩定后，采用上述檢測方法進行評判，最終得出最大巡檢周期依然超過20 s，因此排除此故障原因。

3.2.2 設備故障實驗

針對傳感器最大巡檢周期異常所在的監測分站、交換機、傳感器依次進行更換，每次更換其他變量不動，更換單一變量后采用上述檢測方法進行評判，最終得出最大巡檢周期依然超過20 s，因此排除此故障原因。

3.2.3 鏈路數量實驗

選取泊里煤礦3217 輔助進風分風口甲烷傳感器，其鏈路攜帶8 臺監測分站，采用上述檢測方法進行最大巡檢周期計算；若最大巡檢周期大于20 s，則依次遞減鏈路攜帶的監測分站數量，直至最大巡檢周期小于20 s，并查看此時鏈路攜帶的監測分站數量，實驗結束。具體實驗過程情況如下。

（1） 當鏈路攜帶8 臺監測分站時檢測數據見表1。第1 次使用遙控調整傳感器數值達到0.80%，記錄其時刻為15:05:10；第2 次使用遙控調整傳感器數值達到1.20%，記錄其時刻為15:14:10；第3 次使用遙控調整傳感器數值達到1.6%，記錄其時刻為15:25:10。

表1 鏈路攜帶8 臺監測分站時檢測數據Table 1 Detection data when the link carries 8 monitoring substations

在地面監控系統軟件中找到該測點的3 次報警值時刻，第1 次為15:05:42；第2 次為15:14:44；第3 次為15:25:39。

計算3 次地面與井下報警時刻的差值，第1 次差值32 s，第2 次差值34 s，第3 次差值29 s，取最大值34 s 為巡檢周期。

（2） 當鏈路攜帶7 臺監測分站時檢測數據見表2。第1 次使用遙控調整傳感器數值達到0.80%，記錄其時刻為15:36:15；第2 次使用遙控調整傳感器數值達到1.20%，記錄其時刻為15:50:15；第3 次使用遙控調整傳感器數值達到1.6%，記錄其時刻為16:00:15。

表2 鏈路攜帶7 臺監測分站時檢測數據Table 2 Detection data when the link carries 7 monitoring substations

在地面監控系統軟件中找到該測點的3 次報警值時刻，第1 次為15:36:40；第2 次為15:50:38；第3 次為16:00:39。

計算3 次地面與井下報警時刻的差值，第1 次差值25 s，第2 次差值23 s，第3 次差值24 s，取最大值25 s 為巡檢周期。

（3） 當鏈路攜帶6 臺監測分站時檢測數據見表3。第1 次使用遙控調整傳感器數值達到0.80%，記錄其時刻為16:29:05；第2 次使用遙控調整傳感器數值達到1.20%，記錄其時刻為16:41:05；第3 次使用遙控調整傳感器數值達到1.6%，記錄其時刻為16:52:05。

表3 鏈路攜帶6 臺監測分站時檢測數據Table 3 Detection data when the link carries 6 monitoring substations

在地面監控系統軟件中找到該測點的3 次報警值時刻，第1 次為16:29:17；第2 次為16:41:20；第3 次為16:52:18；

計算3 次地面與井下報警時刻的差值，第1 次差值12 s，第2 次差值15 s，第3 次差值13 s，取最大值15 s 為巡檢周期。

3.3 分析與結論

根據上述實驗分析可以得出，泊里煤礦井下工作面傳感器最大巡檢周期異常的原因是鏈路攜帶監測分站數量過多，超過6 臺時即會造成最大巡檢周期超過規定的20 s；排除了監測分站與傳感器傳輸距離，以及交換機、監測分站、傳感器故障導致最大巡檢周期異常的可能。

4 結 語

本文對泊里煤礦井下安全監測監控系統部分傳感器最大巡檢周期異常的問題展開分析研究，并猜測可能是由于鏈路攜帶的監測分站數量、監測分站與傳感器傳輸距離以及相關設備故障導致的。為了確定真實原因，進行了實地實驗，最終實驗排除了傳輸距離和設備故障的原因，查明是由于鏈路攜帶監測分站數量過多導致的，當鏈路攜帶監測分站超過6 臺時即會造成最大巡檢周期超過規定的20 s，產生異常。此次實驗分析幫助泊里煤礦查清了傳感器最大巡檢周期異常的原因，保證了安全監測監控系統的正常運行。