赵楼煤矿安全监控系统升级改造初探

王会强 孔德君 周忠桥

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 菏泽 274900）

为满足煤矿安全生产的要求，提高矿井安全预测预警能力，实现安全监测监控信息的综合利用，提高安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用与应用水平，本文针对赵楼煤矿安全监控系统应用中存在的问题，提出了煤矿安全监控系统升级改造具体的方案。

1 赵楼煤矿及其安全监控系统现状

兖煤菏泽能化公司赵楼煤矿是兖矿集团本部安全稳、成本低、效益好的主力矿井之一。矿井采用单一水平立井开拓方式，综采放顶煤回采工艺，中央并列式通风。

赵楼煤矿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，其设备主要有：KJF16B通用分站56台，模拟量和开关量传感器389台。矿井已安装的系统主要有安全监控系统、人员定位管理系统、应急广播系统、无线通讯系统等。

2 安全监控系统存在的问题

赵楼煤矿KJ95N煤矿安全监控系统已累计运行8年，系统总体使用稳定，能够满足煤矿的安全需要，但在实际使用过程存在以下问题：

（1）监控信号传输距离不能满足长距离工作面应用需求。

赵楼煤矿部分矿井采掘工作面回风巷长度普遍超过2000m，部分回风巷超过2500m。当传感器到监控分站的信号传输距离超过2000m时，只能将监控分站设在回风巷，违反了 《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007），虽然可以利用增加多路电源、增大电缆截面积等措施，但效果不佳。

（2）传感器不能适应赵楼矿温度高、湿度大的采掘工作面应用场所，防护等级达不到IP65要求，经常由于湿度大等原因而引发误报警。

（3）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。

（4）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。

（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。

3 安全监控系统与国家标准存在的差距

赵楼煤矿安全监控系统软硬件现状与《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）差距较大。系统没有使用自诊断型传感器、无线传感器；支持多网、多系统融合方面，该方案要求融合GIS系统，至少井上融合应急广播系统、人员定位系统，但没有实现井下融合；格式规范化方面，该方案要求分站至主干网采用以太网传输，目前该矿还没有采用以太网，未实现数字化传输；数据应用分析方面，部分系统实现了伪数据标注及异常数据分析，没有系统实现预测及大数据分析；应急联动方面，该矿的安全监控系统还未实现与人员定位系统、应急广播系统、通信系统的联动。

4 安全监控系统升级改造设计

（1）系统传输采用典型工业环网+现场总线传输架构，采用目前煤矿应用比较成熟的RS485总线，网络拓扑符合煤矿现场应用，地面部分采用天地（常州）1台MT8000数据传输接口（内置MOXA EDS-408A交换机），安装在机房，方便主备机、服务器等设备的接入。同时内置2个KJJ14A模块（含智能网关），方便地面洗煤厂、通风机房等监控分站的接入。赵楼煤矿安全监控工业环网拓扑图如图1所示。

井下部分采用天地（常州）4台KJJ32交换机，该交换机内置2路百兆光口，2路百兆电口与2路智能网关接口复用。分别安装在中央变电所、南部中央变电所、七采1#变电所、南部11#配电点。井上下设备组成一套百兆环网，保证数据传输稳定。分站和传感器、交换机和分站全部采用数字传输。

图1 赵楼煤矿安全监控工业环网拓扑图

（2）分站为数据处理单元，在主干传输网络出现问题的情况下，实现数据的存储、瓦斯电和风电闭锁功能及传输恢复正常后完成断点续传。满足井下分站最大供电距离及井下融合要求。此次升级改造为智能分站，实现分站级、链路级及数据级3个层次的融合。功能实现了：① 在井下发生危机需撤人的情况下，自动实现应急联动，能够做到第一时间通知井下作业人员，同时快速响应把信息传到地面系统。② 分站具有体积小、本质安全、质量轻的特点。内部模块化插槽，可接入人员定位、应急广播、视频监控、无线通信等系统，根据功能与传感器数量进行扩展。③ 分站和传感器、交换机和分站全部采用数字传输。

（3）在系统软件方面，为防止煤矿安全监控数据被篡改，影响矿井安全生产，对数据应进行加密存储，使数据无法被破解篡改实现数据安全加密功能。采用基于WEB的矢量图形与GIS技术，将安全监测监控、人员定位、语音广播、井下通讯等系统有机融合在矿图上，实现了“一张图”展示。系统软件通过统一的接口协议，将采集的地面、井下各系统数据进行统一存储、分析、处理，实现多系统信息融合功能，实现全矿井数据的查询与分析功能，同时提供基础数据平台和访问接口。在数据综合分析方面应用大数据分析技术，实现分级、分区域预警和报警，最大限度防止事故发生和误报警。当某区域有故障和危险时，实现与工业电视、应急广播、人员定位、无线通信等系统联动，并在第一时间通知相关人员，提高应急响应时间。

5 应用结论

系统自2018年8月安装完成并投入使用以来总体运行稳定、可靠。与原有系统相比：（1）系统巡检周期和异地断电时间缩短，赵楼煤矿52个分站运行情况下，异地断电时间实测在2s以内；（2）当系统发生故障，可以自动分析通信故障、供电电压偏低、检测元件故障、零点线性偏移、通信质量诊断、设备重启等，在该矿实际使用过程中大大方便了故障排除，缩短了井下劳动时间；（3）新的传感器采用“二次仪表+变送器”结构，传感器即插即用、地址重复智能提醒等功能，减少了设备维护费用，在该矿实际使用过程中，设备安装更简单，更智能化，降低了系统的故障率；传感器功耗降低，电源布置数量减少；降低了劳动强度；（4）新系统巡检速度快，分站具有存储功能，有效保证了监控系统的数据完整性并实现无主异地断电。