监控系统井下融合技术的应用

张 鹏 赵青山 刘 宾

（兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿煤矿，山东 济宁 272072）

《国家煤矿安监局关于印发〈煤矿安全监控系统升级改造技术方案〉的通知》（煤安监函〔2016〕5号）主要内容中第六条规定：多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式，鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。济宁二号煤矿原有各系统并存且相互独立，由此带来成本、管理、数据共享等多方面的问题。为解决这些问题，济宁二号煤矿监控系统升级改造采用井下融合方式，将安全监控系统、人员定位系统及应急广播系统进行分站级融合。本文通过回顾系统融合、改造过程，提出了监控系统井下融合技术应用方法，并通过具体实施验证了该方法能够实现多系统数据共享与联动。

1 系统概况

济宁二号煤矿是国家“八五”重点建设项目，于1993年12月建设，2000年12月投产，井田面积约87.1km2，核定生产能力420万t/a。矿井原安全监控系统为天地（常州）自动化股份有限公司生产的KJ95N型煤矿安全监控系统，通过井下专用监测电缆实现数据实时传输和环境、工矿参数的在线监测，系统总体运行稳定，但与国家和省煤监局的最新要求还有一定差距。

2 安全监控系统升级改造情况

为了实现真正的井下多系统本质上融合，济宁二号煤矿采用具有多种现场总线接口、高速以太网接口的综合分站。根据使用场合选用不同的通信接口，就近接入监控系统、人员定位系统及应急广播系统的传感器、执行器，运行相应的数据采集控制业务。不同系统中现场设备的数据经各系统的业务处理程序处理后，通过以太网接口发送至各自系统地面监控主机。井下分站及融合方式减少了现场电缆、无线接口设备数量，降低了系统成本。

通过组建安全监控系统环网,更换综合监控分站、电源和传感器等设备，对支持总线的传感器进行程序更新，系统软件进行全新升级，使系统具有更高的安全性、可靠性。项目自2017年8月份开始进行调研、方案设计、方案审批、现场施工等工作，截至2018年10月10日已完成井下、地面独立监测环网的组建、所有地点的监控系统升级改造工作，井下实现了安全监测、人员定位、应急广播的三系统融合，地面实现了与视频监测的联动。

3 主要工作组织

（1）加强组织领导。为保障安全监控系统升级改造工作顺利实施，成立由矿长任组长，总工程师、分管副矿长和安监处长为副组长，机电、通防副总工程师和调度信息中心、通防科、机电环保科、安全监察处、采掘区队等单位主要负责人为成员的领导小组，全面负责升级改造项目的协调、推进、保障等工作。

（2）超前组织培训。外出学习调研，安排专业人员到厂家和示范矿井学习交流；建立微信交流群，及时发布学习交流信息；建立新系统实验室，在地面机房搭建新安全监控系统，接入安全监控设备，对矿井安全仪器监测工进行操作培训。

（3）精细组织实施。在充分调研的基础上，结合示范矿井的成功经验和矿井实际，科学编制《济宁二号煤矿安全监控系统融合技术方案》和《安全监控系统升级改造技术措施》。根据系统特点和工作量安排，本着系统稳定、安全可靠、分布实施的原则，精细排定系统升级改造进度，采用新旧两套系统并列运行的方式，分采区、分地点进行更换，严格按照要求，实施系统升级改造工作，确保新旧系统升级改造期间的稳定运行。

（4）严抓过程控制。制定安装流程图，通防、调度、机电等部门协同作战，按采区进行分工，明确安装工期及负责人，优化安装路线，加快安装进度，减少故障率。前期坚持每周例会制度，后期坚持每天碰头制度，及时研究处理制约升级改造的问题和解决办法。建立微信工作群，动态通报系统出现的情况，确保项目实施进度及质量。截至目前，安装环网交换机10台，其中在南翼1#变电所、南翼轨道下山变电所、南翼3#变电所、南翼4#变电所、南翼5#变电所、主井装载变电所、一水平水厂、二采2#变电所安装8台环网交换机，地面安装2台，全矿累计敷设光缆26300m，形成安全监控系统独立环网；更换了井下综合监控分站35台，电源27台，各类传感器518台（其中激光甲烷传感器14台，多参数传感器2台）；安装人员定位接收器63台；形成了井下的安全监测、人员定位、应急广播等数据融合及联动。

（5）突出应急管理。强化安全监控系统升级改造期间风险预控，成立以总工程师为组长的应急小组，制定了《安全监控系统升级改造应急预案》。安全监控值班人员严格执行双岗值班制度，厂家技术人员24h驻矿，提供技术支持，及时处理故障。明确各类报警处置程序，做到闭环管理。

4 新系统运行情况

（1）提升了灾害应急处置能力。通过综合分站提供高速的网络传输接口，强大的数据处理能力，实现了煤矿井下安全监测、人员定位系统和应急广播的融合，同时实现了视频监测的地面融合及数据共享，利用GIS平台对融合的各子系统进行综合展示，提升了灾害应急处置能力。

（2）节约了系统建设及维护等成本。设备共缆通信（同一根电缆），实现井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护；升级改造前安全监控分站数量为42台，人员定位分站为21台，升级改造后分站数量为37台（其中人员定位通用分站2台），减少分站26台。

（3）监控系统中传感器实现智能化、数字化。所有传感器实现数字化传输，包括模拟量和开关量；传感器、电源等设备即插即用、智能识别，实现了传感器地址重复检测，简化了设备安装调试过程。

（4）实现多级报警。根据矿井瓦斯浓度和煤层发火等情况，按照浓度大小、超限持续时间，实现瓦斯、一氧化碳四级报警。

（5）异地断电时间大幅缩短。异地断电采用分布式控制方法，无需系统主备机参与实现可靠异地断电，大幅缩短断电控制时间，原系统异地断电时间为26s，现在断电时间为1.6s。

（6）系统更加稳定可靠。所有采煤工作面和部分掘进工作面使用低功耗激光甲烷传感器，数据监测实现毫秒级变化采集，传感器周期稳定性更长；高温高湿等复杂环境下，误报警频次大幅降低。

5 结语

综合分站具有高速网络传输接口，强大的数据处理能力，通过分站级井下融合方法，实现了煤矿井下安全监控系统、人员定位系统及应急广播系统的统一传输、各系统数据共享及融合，降低了系统建设及维护成本。井下多系统融合实现了设备间数据的底层交互与应急联动，打破了以前各系统使用过程中形成的“孤岛现象”，系统部分性能及功能指标高于国家要求和行业水平，满足未来“数字化”矿山的发展需要。