南屯煤矿安全监控系统升级与应用

董祥武 吕 飞 刘 宾

（山东兖州煤业股份有限公司南屯煤矿，山东 邹城 273515）

1 矿井概况

兖州煤业股份有限公司南屯煤矿位于山东省邹城市西部，北宿、太平、城关和中心店境内。矿井设计生产能力为240万t/a，2013年矿井核定生产能力为300万t/a。

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，监控分站48台，监测监控测点420个。系统累计运行12年，系统总体使用稳定，能够满足煤矿的安全需要，但与《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号文）的要求相比尚存在如下不足：

（1）传感器能够适用于采掘工作面应用场所，防护等级达不到IP65要求；

（2）系统具有预警、报警功能，但未达到升级改造方案所要求的分级报警要求；

（3）系统可接入瓦斯抽放、矿井压力监测、采空区监测等系统，但多网、多系统融合程度低，未实现井下多系统设备共缆通信，即井下设备级数据融合；

（4）无存储加密功能；

（5）部分性能指标不满足要求：异地断电时间为2倍巡检周期，在煤与瓦斯突出等极端情况下不能快速断电，无法满足煤矿安全生产要求；备用电源能维持断电后正常供电时间2h，不满足4h的指标要求；模拟量传输处理误差不超过1%，不满足不超过0.5%的指标要求。

2 安全监控系统升级原则

KJ95X煤矿安全监控系统本着架构简单、稳定可靠、低成本、低维护为出发点，以高水准、高质量、高性能价格比为目标，根据国家升级改造要求、煤矿实际使用需求和未来发展趋势进行设计。

2.1 整体性原则

安全监控系统升级改造是一个系统性的工程，上至井上的系统主机，下至井下的传感器、执行器，各个设备在系统内相互配合、协调工作，从而完成系统的功能及指标。同时需要考虑整个矿井的安全类监测系统在地面、井下的数据融合，即升级改造要有全局意识，要遵循整体性原则。

2.2 先进性原则

系统构成采用简单、成熟，具有国内外先进水平，并符合国际发展趋势的技术、软件产品和设备，并且系统应遵守国内、国际上的规范、标准，以保证系统具有较长的生命力和扩展能力。

2.3 针对性原则

此次监控系统升级改造的内容较多，在满足国家升级改造方案及相关标准要求的前提下，不同的系统提出了高于国家标准的性能指标，完成了多于国家标准的功能。高指标、多功能，是针对自身不同的需求而设计的。煤矿现场的升级改造需要针对自身的需求，有选择性的升级附加功能及指标。

2.4 有效性原则

监控系统升级改造是为了提高安全监测监控新技术、新装备在煤矿现场的应用范围，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需要，所以升级改造后的监控系统要确保有效，提高其在煤矿安全生产过程中的作用，确保监测准确、控制可靠。在保证系统有效性的同时，保证升级改造投资的有效性。

2.5 易操作性原则

针对煤矿工作人员的技术特点，提供先进且易于维护的人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等快速工具。

3 安全监控系统升级方案

图1 安全监控系统示意图

系统传输采用典型工业环网+现场总线传输架构（如图1），采用目前煤矿应用比较成熟的RS485总线，该总线抗干扰能力强，网络拓扑符合煤矿现场应用，系统工作原理采用多主结构、事件主动上传、传输压缩算法机制，缩短系统的巡检周期和异地断电时间，实现窄带优先传输和断线续传。开发无线信号转换器，接收人员定位信号，无线传输后自动接入系统，以实现多系统井下的链路融合。在部分采掘工作面、回风流及总回风处安装激光甲烷传感器，满足煤矿对新设备应用的要求，传感器防护等级提高到IP65，提高传感器工作稳定性与可靠性。

煤矿安全监控系统改造方案需更换关键设备如分站、电源，从而实现系统数字化传输。根据矿上实际情况安装数字式传感器，实现多系统融合。

4 安全监控系统的升级实施与应用

根据系统的特点和工作量安排，本着经济、稳定、总体规划、分步实施、最终实现平滑过渡的原则，分步进行系统升级改造，结合矿井的自身条件和特点，采用新旧两套系统并行运行的方式进行升级改造。对不同的区域，逐一在规定时间内完成升级。

第一步：为了不影响现有安全监测系统的运行，在地面监控室利用新工控机搭建一套新安全监控系统，两套系统并行运行，同时开发新系统上传软件，将数据上传至集团公司。

第二步：逐步形成井下监控环网（南屯煤矿安全监控系统现无井下环网），要在地面机房加装MT8000数据接口交换机，该设备内置MOXA EDS-408A交换机可与井下交换机组成一套百兆环网来满足监控系统对网络的要求，同时配置2台KJJ14A（内置）智能网关模块，方便地面西风井、副井绞车房、压风机开停房3台分站接入。在三采东部变电所、井下变流机房、七采西部变电所、十一采区变电所、九采三分区变电所、九采变电所、中央风井、白马河风井加装8台交换机，并调试专用环网和智能网关。

第三步：分阶段、分主次、分重点进行分站与电源的更换升级，把现有分站中的传感器接入到新分站中，对不能满足数字化的传感器进行更换或升级。根据升级计划安排分阶段接入新系统。试运行5d并由厂家人员组织相关培训。由厂家人员协助监测值班人员进行24h值班，直至值班人员能独立正确使用新监控系统。

第四步：根据施工计划把压风机开停房、副井绞车房、白马河井、中央风井、-350m下井口、七采辅助下山上头、十一采变电所、九采三分区变电所、七采西部变电所、一采二号变电所等12个无瓦斯传感器且不参与断电的分站逐个对现有传感器、分站进行更换或升级，接入到新系统中，实现新老系统的平滑过渡，再次检验系统稳定性。由厂家组织集中培训，确保操作人数能够熟练使用。

第五步：三采区作为南屯煤矿安全监控示范点，首先在三采区形成百兆环网，在三采东部变电所安装环网交换机，接入3304工作面、三采东区东部探巷、一采二号变电所、七采分区皮带等监控分站，并接入新系统中。

三采区监控系统运行稳定后逐步把九采回风、九采东翼皮带机头、回风石门、中央变电所、西三部机头、七采分区皮带、混合井变电所、九采变电所、一采强力皮带机头、七采北部一号探巷、地面洗煤厂、-432二部皮带中、7311煤集1、9306综采面、9306综采面1、9309切眼、一三采东部回风、九采二分区探巷等有瓦斯传感器或参与断电的分站进行更换或升级，接入到新系统中。并在9306工作面、3304工作面2个采煤工作面和三采东部东区探巷、九采二分区探巷、9309运顺、9309工作面转载皮带巷等4个掘进工作面加装激光甲烷传感器和部分多参数传感器来满足国家及省局的相关要求。

第六步：汇总使用过程中存在的问题和建议，由厂家人员进行相应处理。试运行90d后无问题，根据现场情况申请验收。验收合格后正式投入使用。

5 结束语

煤矿安全监控系统全面升级，所有传输为数字化，大大提高了监控系统抗干扰能力，数据传输的准确性大大增强。南屯煤矿在安全监控系统升级改造方案设计基础上，结合矿井实际，优化设计方案，确保了安全监控系统稳定高效运行，为煤矿安全生产起到一定的作用。