龙郓煤业安全监控系统升级改造

李树仁 杜晓斌

（山东龙郓煤业有限公司调度室信息组，山东 郓城 274700）

1 矿井概述

龙郓煤业位于山东省郓城县境内，南北边界距郓城县城约2km和16km，位于巨野煤田的北部，面积约230km2，行政区划归郓城县管辖，设计生产能力为年产240万t，矿井服务年限为111.7a。

目前在用安全监控系统为天地（常州）自动化股份有限公司生产的KJ95N煤矿安全监控系统，其设备主要有：KJF16B通用分站34台、瓦斯传感台49台、矿用一氧化碳传感器31台、温度传感器24台、风速传感器8台、远动开关29台、二氧化碳传感器6台、氧气传感器9台、烟雾传感器2台、粉尘浓度传感器9台、负压传感器1台、水位传感器1台、设备开停传感器95台、风筒传感器12台、风门传感器37台。

2 升级改造后达到的效果

2.1 实现的基本效果

（1）传输数字化

经过监控系统升级改造后，龙郓煤业所有模拟量传感器均已采用数字化传输，开关量传感器仅风门、风筒开关为开关量传输，其他开关量传感器均已实现数字化传输。

（2）增强抗电磁干扰能力

监控系统升级改造后，系统通过① 地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；② 2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；③ 3级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；④3级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为A。

（3）推广应用先进传感技术及装备

完成部署在采煤工作面、掘进工作面使用激光甲烷传感器，在采煤工作面回风巷使用多参数传感器工作，所有模拟量传感器、分站、电源均具有故障诊断功能，并实时传输至地面主机。

（4）提升传感器的防护等级

井下所有传感器防护等级均已提升到IP65。

（5）完善报警、断电等控制功能

升级改造后系统具有分级报警功能，可根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应；系统具有逻辑报警功能。

（6）支持多网、多系统融合

（7）格式规范化

目前系统已完成与集团联网，实现监控系统数据的实时上传。

（8）增加自诊断、自评估功能

目前监控系统已实现传感器、控制器的设置及定义评估和报警功能。在系统软件煤矿基本信息配置功能下，配置煤矿井下基本模型，并根据模型及《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）有关规定，自动判断矿井在用传感器报警、断电、复电门限是否正确。当检测到传感器报警、断电、复电门限设置不满足相关标准及规定时发出报警。

系统实现了传感器标校超时提醒、标校超期提醒等功能。所有模拟量传感器、分站、电源均具有故障诊断功能，并实时传输至地面主机。并已实现网络通信模块、分站、电源、传感器等设备的通信状态实时监测及报警。

（9）加强数据应用分析

系统实现了监控系统在线标校及标校数据标注、误报警数据标注等功能，实现了瓦斯涌出、火灾等的预测预警等功能。

（10）提升系统性能指标

系统升级改造后，系统巡检周期为10s，异地断电时间不超过5s，备用电源能维持断电后正常供电时间提升到4h；系统具有双机热备自动切换功能，双机切换时间不大于40s；模拟量传输处理误差不超过0.5%；单台传感器（除高低浓甲烷、粉尘外）最大供电距离6km。

（11）增加加密存储

系统采用RSA、MD5等加密方法，对用户账户、密码、监控系统历史报警、断电、馈电异常、故障、统计值数据、监测值数据、操作记录等实现加密存储，保证监控系统数据安全性、完整性和准确性。

2.2 其他示范效果

（1）快速、无主异地断电

现有的监控系统一般采用时分制主从式架构，地面中心站作为系统主机，由地面主机逐个巡检井下监控分站，当巡检到监控分站有瓦斯超限时，地面主机再将断电的控制命令发给另外一台监控分站，实现系统的异地断电。这种架构势必将影响监控系统的控制响应时间。

本示范系统采用无主架构，摒弃监控系统主机对井下分站的巡检运行方式，在RS485低速链路基础上，对监控系统监测数据事件分级主动上传机制，将井下监测数据分类、分级，并作为事件主动上传，优先上传煤矿井下瓦斯断电、传感器故障、瓦斯超限等数据，即重要数据优先上传，提高系统传输效率，减少系统断电控制执行时间，开创性的将异地断电时间缩短至巡检周期以下，系统巡检周期不大于10s，异地断电时间不大于5s。

（2）巡检周期内数据上传

因现有监控系统采用巡检方式，巡检时仅上传巡检周期内模拟量的最大值或最小值、开关量的当前状态，造成数据丢失，尤其在一个巡检周期内甲烷浓度超过断电门限后又恢复至复电门限以下等极端情况时，造成甲烷数据与断电状态不一致，引起误解，KJ95N煤矿安全监控系统对巡检周期内的数据进行存储及上传，保证数据完整性。

（3）即插即用、智能识别

系统中接入传感器、分站、电源等子设备时，子设备会将自身的特征ID主动传输给上位机，上位机接收到该信息后，自动识别子设备的类型，读取内部存储的子设备信息，并在界面上弹出新设备接入信息，监控人员可对接入的新设备进行配置，之后系统会自动将接入的设备按照地址、类型等信息编入到系统序列中。

（4）传感器二次仪表设计

为了提高传感器模块的通用性，传感器主要产品采用分布式设计、模块化设计、小型化设计。

① 分体式设计

主要传感器采用组合式、模块化设计，由二次仪表+变送器组成，二次仪表完成数据的显示、传输、报警，变送器完成信号的采集，二次仪表可以接入不同种类的变送器，实现智能识别，即插即用。

② 传感器变送器设计

形成甲烷、一氧化碳、氧气、硫化氢等多种小型变送器，变送器体积小，兼容性好，更换方便。

（5）智能电源在线管理

① 大容量电池，提高后备电池时间

更换新电源，增加了电池容量和带载能力，断电后正常供电时间由2h提升到4h，备用电源电池16Ah，实现了新设备更长的工作时间。

② 完善电源管理功能

系统提供电源实时动态展示、远程控制功能，包括动态展示电源各路输出参数及状态、供电时间、工作模式、电池组电压、远程电池维护放电、远程维护充放电等功能。

③ 远程放电

具体批量电池远程充放电功能。

（6）断线续传功能

监控系统在运行的过程中，经常会出现通信线路故障的情况，上位机与分站或上位机与传输接口的线路中断，由此导致上位机无法采集井下环境参数，造成数据缺失不连贯。为了保证上位机数据的完整性，当通信线路故障恢复后，上位机能够获取故障时间段内的数据，分站实现断线续传功能，主要从分站的大容量存储方面入手，通过对断线时间点的判断、存储内容和形式的规划、存储容量等方面研究，实现分站“黑匣子”的功能。

分站同上位机软件通信中断后，分站会自动将采集到的数据进行断线存储，在上位机软件恢复同分站的正常通信后，自动或手动读取分站存储的数据，并在上位机上进行存储，保证系统数据完整性，提高了监控系统的整体可靠性和稳定性。

（7）地址重复提示

采用数字化传输后，传感器按照地址来巡检，为了避免地址重复造成传感器不通导致断线或误报，系统增加了地址重复功能，当分站检测到总线上有相同地址传感器后，会提示传感器，传感器在地址界面进行闪烁提示，提醒用户地址冲突，修改地址后，传感器恢复正常工作。

3 结论

经过几个月系统运行和使用表明，煤矿安全监控系统工作性能稳定可靠，技术成熟，功能先进，操作方便，设备智能化水平大大提高，降低了监控系统安装、维护难度，大幅提高了煤矿安全监控系统响应速度，减少了系统断电时间，保障了煤矿安全生产。