安全监控系统升级改造，增强煤矿安全保障能力

王依磊 岳茂庄

（山东唐口煤业有限公司，山东 济宁 272055）

为提高矿井安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，以安全发展、科学发展为目标，深化信息化与安全生产业务融合，推动信息技术应用和信息资源开发共享，进一步发挥科学技术的保障作用，提升事故防控预警和应急处置能力。山东唐口煤业有限公司与生产厂家淄博瑞安特自控技术有限公司进行了深入的研究，结合2013年系统以太网升级改造的实际情况，针对系统升级改造工作总体要求、工作目标、领导组织、技术标准、措施保障等方面作了详细部署，完善、调整系统各项功能，完成多网融合的协调试验，顺利完成升级改造，增强了煤矿安全保障能力。

1 概况

唐口煤业公司装备的安全监控系统，由淄博瑞安特自控设备有限公司生产，2005年正式投入运行，型号为KJ76N。2013年9月，唐口煤业公司对系统进行了双回路以太网改造，实现了主干、主要支路以太网传输，提高了数据传输速度和巡检速度。中心站服务器（型号Intel E5620）实现了双回路供电和双服务器热备。该系统设备性能完好，运行正常，数据稳定可靠。

2 升级改造基础及详细开展情况

2.1 前期基础及准备工作

唐口矿各项管理工作扎实有效，注重科技进步，提倡科技兴矿，近年来实施科技创新、制度创新、管理创新战略，每年都有大量的新技术、新工艺、新设备投入生产，取得了较好的经济效益，积累了丰富的管理方法和实践经验。公司配备了通讯、监测、机电、通防、运输等专业化队伍，制定了示范工程项目保障制度。为保障系统改造的顺利实施，公司成立了由通防部、信息中心、工区等部门人员组成的煤矿安全监控系统升级改造领导小组，进一步明确了人员责任。

2.2 优化组织过程

一是及时编制总体指导方案。二是公司认真研究，编制系统升级改造详细方案，并及时进行系统评估，切实掌握系统情况。三是各项保障措施到位，为确保项目资金投入，合理调整年度安全费用计划，优先保证安全监测监控系统改造的资金投入，保证改造顺利进行。

2.3 升级改造前准备工作

（1）备齐安装所用工具、仪器、仪表以及设备说明书和图纸。

（2）备齐安装所需分站、断电器、各种传感器、监控电缆、传感器标校用设备等。

（3）对准备安装的分站、断电仪、传感器等设备及时检查，确保符合《GB3836.1-1983爆炸性环境用防爆电器设备》的要求。保证仪器外形无严重损伤变形，观察窗、指示灯罩应完整无缺，所有紧固件不得有松动和失落。

（4）明确使用安装顺序：仪器检查—登记—地面热机试验—检查质量（合格）—井下安装调试—记录台账。

3 总体实施方案

3.1 地面中心站

将原有监控主备机软件升级为最新系统软件，完善监控系统软件分级报警、断电等控制功能、多网和多系统融合功能、自诊断和自评估功能、数据分析功能等。对监控系统数据库进行升级，增加关键数据加密功能。监控通过软件接口与人员定位、广播等系统实现联动和数据交换。升级上传程序，具备多路数据同时上传，保证上传数据的安全可靠。

3.2 传输系统

传输系统从主井、副井各设置一路光缆，与大巷主传输融合为双回路工业以太网环网模式光缆传输。

3.3 分站、传感器 、信号转换器

为实现安全监控系统传输的数字化，将采掘工作面分站全部更换升级为数字传输的KJ76N-F4分站（为节约成本，部分避难硐室及风门开停分站未进行更换，继续使用原监控分站进行传输），将现有的模拟量传感器按规定更换防护等级达到IP65，采用数字传输的传感器，提升抗干扰能力，避免传输环节造成的监测数据误报警问题，有效过滤传输环节中的伪数据。

3.4 甲烷传感器

所有设置甲烷传感器的地点，实现甲烷超限断电功能，其断电范围符合《煤矿安全规程》的有关规定。根据安全监控系统升级改造技术方案，确定安装设备的种类、数量、安装位置、动力开关和被控开关的安设地点、控制电缆和电源电缆的敷设、控制区域等。本次监控系统升级改造，全矿井实现了数字式传输方式。

4 矿井安全监控系统升级改造后取得的效果

4.1 数据传输数字化

在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器至分站升级为数字传输，分站更换为数字式分站，分站备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，所有模拟量传感器至分站的传输均为数字化，分站连接模拟量传感器的接口为数字接口，实现安全监控系统的数字化。

4.2 增强抗电磁干扰能力

全数字化系统基于RS485总线技术，可靠性更高，误报警、冒大数等问题大幅度减少。矿井设于地面的设备通过3级的静电放电抗扰度试验，符合A级判定；系统通过3级射频电磁场辐射抗扰度试验，符合A级判定；系统通过3级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，符合A级判定；系统通过3级浪涌（冲击）抗扰度试验，符合A级判定。其中电磁辐射、脉冲群、浪涌（冲击）抗扰度为3级A，高于标准要求。

4.3 应用先进传感技术及装备

井下采煤工作面回风隅角、风流、回风流使用激光低功耗传感器，部分掘进工作面风流、回风流换用激光低功耗传感器。

4.4 传感器的防护等级提升

矿井采掘工作面、总回风巷及其它地点模拟量传感器更换为防护等级达到IP65的数字化智能传感器。

4.5 矿井多网、多系统融合

（1）系统实现井下传输网络、监测监控与GIS技术的有机融合。

（2）系统基于GIS技术，在具有说明巷道、设备布置等背景图上，将实时监测到的开关量状态，用相应的图样在相应的位置模拟显示；将实时监测到的模拟量数值在相应位置显示。具有空间地理信息服务功能，支持二维动画演示并具有漫游、缩放、拖动等功能；可直接在GIS图上添加监控设备点，KJ76X监控系统会在传感器列表显示中实时添加。

（3）多系统的融合采用地面方式，能够实现各子系统之间的应急联动，安全监控系统将报警数据进行正常存储、报警及分析。一旦达到应急联动要求，立即产生联动文件，由人员定位系统、语音广播系统读取报警信息，相应地做出紧急呼叫及语音广播任务，并且安全监控系统将报警数据上传至监管部门。软件融合后，安全监控系统能够实现十二大功能；KJ76X安全监控系统软件人员定位系统、应急广播系统部分均能够实现五大功能。

4.6 矿井安全监控系统格式规范化

（1）安全监控系统主干网采用工业以太网，将地面交换机与井下交换机进行环网连接。

（2）分站采取分片集中后采用工业以太网至主干网。

（3）模拟量传感器至分站的有线传输采用RS485。

4.7 强化数据应用分析

软件具有大数据分析功能，可根据采集的大量数据，通过交叉比对、逻辑判断等方式对矿井的瓦斯涌出及火灾进行预警，对伪数据及异常数据进行快速识别，同时系统具有与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据的功能，满足煤矿监管监察要求。

4.8 系统具备应急联动功能

在瓦斯超限、火灾、断电等需立即撤人的紧急情况下，能够自动与应急广播、人员位置监测等系统应急联动。通过井下应急广播系统通知危险区域人员撤离，通过人员位置监测系统实现双向紧急呼叫功能，自动通知危险区域人员进行撤离等。

4.9 增加加密存储要求

采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息实现加密存储，采用RSA加密算法对数据进行加密。甲烷、温度、风速、负压、一氧化碳等重要测点的实时监测值存盘记录保存3个月以上。模拟量统计值，报警/解除报警时刻及状态，断电/复电时刻及状态，馈电异常报警时刻及状态，局部通风机、风筒、主要通风机、风门等状态及变化时刻，瓦斯抽采(放)量等累计量值，设备故障/恢复正常工作时刻及状态，以上记录保存2年以上。当系统发生故障时，丢失上述信息的时间长度不大于40s。

4.10 达到联网要求

（1）上传带宽〉 20M。

（2）到中心服务器延迟≤100ms。

（3）服务质量（QoS）≥20M。

（4）到数据中心服务器丢包率≤3‰。

（5）配套服务器设备性能符合要求，配备专用平台访问终端，实现系统综合展示。

（6）实现联网主机双机热备。

5 结论

通过监控系统升级改造，深化信息化与安全生产业务融合，推动信息技术应用和信息资源开发共享，提高了矿井安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，增强了煤矿安全保障能力，具有重要的社会意义和显著的经济效益。