安全监控系统升级改造应用研究

郭 坤 王 雨

（新汶矿业集团有限公司华丰煤矿，山东 泰安 271413）

1 引言

2016年国家煤矿安监局印发《安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）文件，要求2018年底大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统完成升级改造工作。同时《煤矿安全规程》（2016版）对安全监控系统也提出了新的更高要求，为提高安全监控系统在安全生产中的作用，华丰煤矿于2018年对安全监控系统进行了改造。

2 安全监控系统升级改造的必要性

煤矿安全监控系统的升级改造，其必要性可以从以下四个方面来解读。

第一，煤矿安全生产工作的现实需要。随着煤矿开采工业的不断发展，采煤深度不断加大，开采条件逐渐恶化，对井下安全的管理要求越来越严格。从煤矿安全生产内部对原安全监控系统进行升级改造，提高安全监控系统的可靠性，以应对采煤条件恶化带来的安全风险，满足新标准的要求。

第二，煤矿监控技术快速发展的需要。随着近年来监控技术的快速进步，新的传感技术、信号传输技术、大数据分析及多系统融合分析技术越来越成熟，行业整体科技水平的发展从外部推动着煤矿安全监控系统进行升级换代。

第三，煤矿安全监控系统基层数据采集抗干扰性的需要。老式传感器易受干扰，由于杂质气体的干扰及电化学传感器自身在井下环境中的不稳定性，经常误报警。因此更换可靠性更高的新型传感器迫在眉睫。

第四，煤矿安全监控系统多系统融合的需要。目前的全监控系统属于典型的事后监测和控制，而新一代安全监控系统一旦完成了多系统融合，将会直接实现从“事后监测”到“事前预警”的质的飞跃，这将是煤矿安全生产保障工作一次根本性的革命。

3 安全监控系统现状

华丰煤矿原系统为中煤科工集团重庆研究院有限公司生产的KJ90NB型安全监控系统，该系统采用工业以太环网+现场总线传输方式，传感器采用频率或电流信号输出。2018年，华丰煤矿依据2016年修订版《煤矿安全规程》和《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》相关要求，决定对监控系统进行升级改造。

4 安全监控系统改造方案

根据华丰煤矿实际情况，本次改造本着经济、节约、避免重复投资的原则进行。将井下监控系统设备改造分为三个板块：第一个板块为工业以太环网平台改造工程，于2017年12月改造完成；第二个板块为机房改造工程，于2018年3月改造完成；第三个板块为井下改造工程，于2018年10月改造完成。本次升级改造，通过对三个板块设备的改造，可同时对监控系统维护人员起到培训和熟悉的作用，为下一步各地点监控设备的维护打下基础。

4.1 工业以太环网平台改造工程

2017年12月华丰煤矿完成了安全监控工业以太环网平台改造，环网平台从地面机房开始，从地面机房CQCC6200交换机出发依次串联地面北立井、井下-450m泵房、-750m泵房、-750m调度站、-920m泵房、-1100m配电所、-1100m泵房内的KJJ103网络交换机，最后再连接到地面的CQCC6200环网交换机。

4.2 机房改造工程

2018年1月至3月对安全监控机房进行改造，对老旧的监控主备机进行更换，并充分利用原监控机房能正常使用的电源避雷器、UPS电源和网络交换机等硬件设备，将监控系统软件升级改造为KJ90N，完善监控系统软件的分级报警、断电等控制功能；新增2台数据服务器用于数据存储及联网上传，实现监控数据的远程实时监测。

4.3 井下改造工程

井下改造工程以达到全数字化、IP65防护等级、抗电磁干扰能力、自诊断自评估、系统性能提升为目的，主要改造监控分站、传感器、馈电断电器等设备。

监控分站：目前使用的KJ90-F16监控分站不具备电源信息管理及抗干扰功能，传感器与分站采用频率或电流传输，易受到干扰，本次全部改造为具备电源信息远程管理与抗干扰能力的KJ90-F16(C)监控分站和KDW660/24B(A)电源箱。井下监控分站通过RS485总线与交换机RS485接口相连，将井下监控数据上传至监控中心站软件。

传感器改造在充分利用现有传输电缆的前提下，适当增加部分线缆，防护等级达到IP65，内部采用抗干扰措施和具备数字通讯功能的传感器。

针对华丰煤矿的实际情况，部分传感器外壳达到IP65防护等级，内部采取抗干扰措施的传感器，采用内部增设数字转换模块的方式，实现井下传感器的全数字化建设；粉尘浓度传感器采取外部增设信号转换器的方式实现数字化传输。

断电器全部更换为能实现1140V馈电反馈和数字通讯功能的馈电断电器。

5 安全监控系统升级改造的效果

5.1 免疫力显著增强

经过升级改造，煤矿安全监控系统抵抗环境温度、湿度、有害气体等干扰的能力大大提高，不受变频器、无功功率补偿器等启停时的电磁干扰，有效解决了运行不稳定、冒大数等问题；井下环网结构及新的异地断电策略使发生断线时仍能正常工作，与地面主机失联时仍能异地断电；分级报警、逻辑报警功能增强了。

5.2 架构明显“简化”

由于推行架构简单系统，改造升级后监控系统的层级明显减少，一条线路可串接多个传感器，减少分站和线缆的数量。

5.3 智能化水平全面提升

升级改造后的监控系统具备出现异常时快速定位故障点功能，可定期对设备工作状态、数据库、双机热备、通信模块进行自诊断，发现问题及时报警；支持对多系统数据的分析联动，情况异常时自动完成区域断电、撤人告知等指令的执行。

5.4 功能组合、信息融合、联动联控得到发展

升级改造后的监控系统普遍支持有线与无线、定点与巡检的有机结合，提高了监控的有效性。多系统融合、监测数据共享、控制系统联动，促进监测监控与预测预警的一体化发展，为大数据的深度挖掘应用奠定了基础。

5.5 技术性能上升到一个新台阶

巡检周期、异地断电时间、误码率、本安供电距离、后备电源供电能力等监控系统主要性能得到大幅提升。