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。
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。
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。
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。
(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。
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。