煤矿安全监控系统稳定可靠性技术研究与实践

孟凡伦 张 乾 曹跃飞

（山东能源集团枣矿集团付煤公司，山东 枣庄 277000）

1 科学规划助力全面实施

付煤公司煤矿安全监控系统升级改造由地面和井下两部分组成。地面主要包括调度室安全监控主备机的更换以及主备机软件的更新，洗煤厂、北风井、南风井各类传感器、智能监测分站、智能电源的更换；井下主要包括8个供风掘进工作面、两个采煤工作面和一个备用工作面更换各类监测设备传感器、智能监测分站、隔爆智能电源共计296台，在2个采煤工作面回风隅角、工作面切眼、回风巷和4个掘进工作面及回风流等地点安装使用甲醛传感器14台，在安全避险硐室安装使用多参数传感器2台、红外线二氧化碳传感器6台，在采掘工作面回风巷安装使用粉尘传感器进行实时监测。

安全监控系统升级后传感器的防护等级均达到IP65。安全监控系统可通过主备机实时显示模拟量传感器、控制器、电源箱等设备的工作状态，通过地面主备机软件和井下传感器采集数据信息联动实现报警、断电等控制功能。

2 局部优化确保系统稳定

2.1 风筒传感器改造

利用电磁感应原理，将磁体和干簧开关组件分别装在两个离合支架上，当风筒有风时，磁体组件紧靠干簧开关组件，由磁力产生的磁场使干簧开关组件维持闭合状态，输出闭合信号给地面中心站显示风筒 “有风”状态；当风筒无风时，磁体组件离开了干簧开关组件，即输出断开信号给地面中心站显示风筒“无风”状态。改造后传感器运行可靠，故障率低，有效解决了机械触点式风筒传感器在风机切换试验、延接风筒、放炮震动时出现误报警，导致迎头断电，影响掘进生产的现象，提升了安全监控系统的稳定性。

2.2 采空区密闭实时监测技术

采用GD7多参数传感器，可同时完成多个环境参数测量，用于连续监测采空区密闭前甲烷、一氧化碳、二氧化碳及温度、氧气、及密闭内负压，通过监测系统实时上传，便于及时发现气体采集地点的隐患，并根据气体变化情况制定科学的治理方案，采取有效措施做好采空区治理，及时消除隐患，为实现采空区管理可防、可控、科学、有效提供了有力保障。

2.3 风门语音提示优化改造

井下风门多为一处两道，主要通车行人风门需安设语音报警装置，风门语音提示装置由风门磁控开关、语音报警装置组成，原系统每处风门需2台语音报警装置和2套磁控开关，通过改进接线方式，加设三通线盒，实现了2套风门磁控开关接入1台风门语音提示，并具备打开风门语音报警的功能。节约了设备投入，使整个语音报警系统维护方便，对煤矿安全生产起到了积极作用。

2.4 安全监控系统断馈电系统改造

使用本身具有馈电功能的KDG1140断电器对断馈电系统进行改造，该断电器能够直接接入1140V供电开关，解决了原断馈电系统由于搭接馈电传感器需敷设电缆距离较长而导致的馈电不准确问题，能够为地面人员准确提供现场供电开关的供电状态，准确监测风机切换试验期间及传感器故障断电期间供电开关的状态，实现了监测数据准确，监控系统可靠。

3 提前调试降低运行风险

为确保安全监控系统每台设备在井下正常运行，设备在投入使用前首先在地面通电运行48h并调试合格后再投入使用。在系统升级改造期间，为了保障原有系统的正常运行和现场安全生产，系统升级改造小组与厂家多次协调沟通和模拟研究，确定了原系统设备与新系统设备同步运行的施工方案，在调度室重新安装一套新安全监控系统主备机，满足安全监控系统升级改造的数据应用和管理工作。待新系统稳定后再将传感器逐台接入新系统，减少升级改造对监控系统及生产的影响。

4 系统改造的问题和措施

4.1 开发智能总线型分站

在更新设备过程中，由于系统分站信号采用总线式传输，发现数据采集刷新传输速率慢，且某台设备故障时可能引起相关设备运行不正常，影响面较广。为克服这一技术难题，付煤公司及江苏三恒公司组织技术骨干进行技术攻关，经过现场工作人员36h反复调试测试，及时开发投入了KJ770-5型智能总线型分站，有效隔离各设备，使之互不干扰，有效避免上述问题发生，提高了数据采集传输速率。

4.2 应用升降式传感器吊挂装置

升降式传感器吊挂装置根据吊梁挡车器设计安装原理，依据传感器实际重量，使用细钢丝绳连接，吊挂装置，通过收紧和放开钢丝绳实现传感器的升降。升降式传感器吊挂装置的应用，避免了由于传感器吊挂较高带来的维护、标校、测试不便等问题，且规范了现场传感器安装，使传感器吊挂美观，便于读取数据，提升了现场质量标准。同时实现了施工人员施工过程管控，从提供本质安全的作业环境入手，从源头抓好安全工作。

4.3 优化电路布局

激光甲烷传感器和粉尘传感器功耗大，接入系统时造成干线电压低，易损坏电源箱供电线路板。现场工程技术人员连续奋战两天，对传感器、分站、供电电源进行逐一排查，通过反复试验测试，最终制定出解决方法：（1）投入使用直径为0.52mm通信电缆连接各类传感器；（2）将分站的4路输出端其中的两路并联后为功耗大的传感器进行供电；（3）把电源箱供电主板更换为24V主板，以实现一路电源同时为多台传感器供电的目的。目前通过前期摸索实践，进一步优化了原有系统布局，有效减少了线缆的使用及维护工作量，降低了系统故障率。

4.4 建立应急联动平台

在安全监控系统升级改造过程中，对矿井各系统软件进行了统一协议，开放数据库端口，建立了综合应急联动平台。利用综合应急联动平台读取各系统的数据，实现监测监控系统自动与应急广播、通信联络、人员位置监测等系统应急联动。当安全监控系统检测到井下发生灾害（如瓦斯超限、瓦斯突出预警、火灾预警等重大灾害事件）需要立即撤人的情况下，安全监控系统可自动实现与应急广播、通信联络、人员位置监测等系统应急联动。通过井下应急广播系统、通信联络系统通知危险区域人员撤离，并利用人员位置监测系统双向紧急呼叫功能，自动通知危险区域人员进行撤离。

5 系统运行实现预期功能

通过一系列规划措施的稳步推进，以及相关技术人员不断探究完善，升级后的安全监控系统自运行以来，运行平稳。实现了系统数字化传输，确保数据传输可靠性；设备防护等级提升至IP65，抗干扰等级达到标准要求，有效避免了井下复杂环境对设备稳定运行的影响；安全监控系统可根据瓦斯浓度、一氧化碳浓度、超限持续时间、超限范围等设置不同的报警级别，实现分级响应报警和逻辑报警功能；系统推行了区域断电，完善就地断电功能，提高了断电的可靠性，并加强馈电状态监测；系统能够对电源模块的工作状态进行实时监测并上传；系统具有自诊断和自评估功能、数据分析与应用等功能，升级上传程序，具备多路数据上传功能，保证上传数据的安全可靠；系统采用RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改；系统软件界面友好，方便调用，强化帮助功能，方便信息查询；系统具有与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据，可满足煤矿监管监察要求；系统具备多网、多系统融合功能等13项规定要求。

6 结束语

付煤公司借助监控系统升级，打造完善的安全监控系统，在落实“以人为本”的安全发展理念上迈出新步伐。付煤公司将继续强化安全监控系统的信息化、集成化、智能化建设，积极学习先进的工作方法和管理经验，着力培养复合型工作人才，不断提高安全监控系统保障能力，努力营造稳定可靠的安全生产环境，为矿井安全生产保驾护航。