兴隆庄煤矿安全监控系统升级改造实践

王 磊 杨 伟

（兖矿集团兴隆庄煤矿，山东 济宁 272102）

1 前言

煤矿安全监控系统能够对井下环境参数和设备的安全状态进行实时监测，对异常信息进行报警，对煤矿灾害事故监测、辨识、预警以及隐患进行排查治理，对提升煤矿管理水平发挥着重要意义。兴隆庄煤矿在用的KJ95N煤矿安全监控系统，已累计运行21年，能够满足煤矿的安全需要,但与《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求相比存在许多不足。因此，有必要对兴隆庄煤矿在用安全监控系统进行升级改造。通过新技术、新装备的应用，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，促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高矿井安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用。

2 原有安全监测监控系统存在的问题

随着矿井机械化、自动化、信息化水平的提升，煤矿安全监控系统在矿井安全生产中的地位越来越高，但是与《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求相比存在以下问题：

（1）系统稳定性、准确性有待提高。抗电磁干扰能力低；防护等级低，遇淋水等误报警；模拟信号易受传输线路干扰、冒大数、伪数据等。

（2）由于模拟传输信号不能复用，每个传感器必须通过一条独立电缆与分站信号传输，布线量大。

（3）通信协议不规范，井下各系统单独布线，无融合功能，重复敷设电缆，不能共线共揽，不能进行应急联动。

（4）功能不完善，性能不高。智能化低不能自诊断，伪数据标注，调校提醒；容易篡改数据；备用电源时间短；模拟量传输误差大；巡检周期长显示数据为非实时数据；异地断电时间2倍巡检周期。

（5）催化原件传感器性能差，稳定性差，标校周期短，浪费大量人力。

3 升级改造内容

根据煤矿安全监控系统的特点，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。对不同的采区，逐一在规定时间内完成升级。

图1 安全监控系统示意图

（1）地面部分：为了确保煤矿安全监控系统数据的处理时效和安全，地面部分建设一套软件平台和硬件平台。主要包含监控主备机、数据融合服务器、短信收发平台和监控系统软件等，并安装大容量数据库SQL Server2012标准版。实现工业环网和办公网内子系统的数据处理与WEB发布，组建多系统融合平台、GIG展示，实现“一矿一图”。软件全面升级，实现系统自诊断、自评估、数据加密，标校提醒、分级报警等功能。

（2）传输部分：为了提高系统的响应时间、异地断电时间及提高数据传输效率，系统主传输依靠工业以太网+现场总线，传感器、执行器采用现场总线的无主采集架构方式（如图1）。该架构通信方式区别于传统的监控系统由上位机作为巡检主机的传输方式，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。其特性代表了煤矿安全监控系统的发展方向。

（3）井下设备部分：为了满足国家和相关行业标准、文件的要求，对井下设备实施按照时间节点分采区更换升级的原则。传感器全部更换，实现数字化传输，提升防护等级及抗干扰能力，采用具有即插即用、在线标校、故障诊断、地址重复提醒的分体式设计智能传感器，并在采掘头面使用先进的低功耗激光甲烷传感器、多参数传感器。电源更换升级，增加在线管理功能，电压、电流、电量实时上传，并增加了电池容量和带载能力，备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，保证监控系统数据采集的连续性和稳定性。

4 升级改造取得效果

（1）数字式智能传感器及低功耗激光甲烷传感器的使用，提高了安全监控系统的性能和安全可靠性，有效地解决了运行不稳定、冒大数等问题；井下无主分布式控制策略，使分站与地面主机失联时仍能够异地断电，能够更好地适用煤矿安全生产的需要。

（2）传感器数字化传输，一条线路可串接多个传感器，有效地减少了井下布线数量，传感器模块化设计，二次仪表便于更换维修，降低了系统建设维护成本。

（3）传感器、电源、分站具有故障诊断功能，能够帮助维修人员快速判断故障原因，缩短排查、解决问题时间、提升井下安全生产技术保障水平。

（4）应急联动平台、短信报警平台手机客户端的使用，能够有效地提升矿井事故防控预警和应急处置能力，促进监测监控与预测预警的一体化发展，实现安全监控数据的深度挖掘应用。

（5）实现了安全监控系统、人员定位系统、视频监控系统、语音广播系统的融合。并将安全监控系统、调度通讯、人员定位系统数据通过GIS实现“一矿一图”信息综合显示，方便应急救援指挥人员，更直观、便捷地了解井下情况。

（6）系统性能提升一个台阶，巡检周期、异地断电时间、供电距离、后备电池带载时间、误码率等系统主要性能大幅提升。

（7）使用维护更方便，传感器的全数字化传输、电源远程充放电维护管理、设备即插即用、在线标校、故障诊断，大大方便了设备的安装维护，减少了系统维护难度。

5 结束语

根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求，兴隆庄煤矿对安全监控系统进行全面升级，采用全新的系统架构，极大提升了系统性能，实现了安全监控、人员位置监测、应急广播、视频监控等多系统的融合及联动，提升了矿井装备水平，为其它矿井升级改造工作提供了参考经验，为煤炭行业安全监测升级改造提供了现场应用依据。