亭南煤矿安全监控系统升级改造应用实践

陈足章 尹经梅 沈建廷

（陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 咸阳 712000）

1 煤矿安全监测监控系统介绍

矿井安全监测监控系统是运用专用的网络进行信号传输，通过传感器进行信号转换，对井下的CH4浓度、CO浓度、CO2浓度、H2S浓度、矿尘浓度、风速、风压、湿度、温度、馈电状态、风机状态等进行实时监测，实现超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁等功能的系统。通过数据处理，在调度指挥终端显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成以及故障统计和报告，为管理人员掌握生产过程中各个环节的情况提供了方便，科学地指导管理人员去消除安全隐患，为矿井安全提供保障[1-2]。其系统结构如图1所示。

煤矿安全监测监控系统，对煤矿的安全生产起着至关重要的作用。例如对井下CH4、CO等气体的监测，可以方便掌握井下的CH4浓度、煤层的自燃情况，指导煤矿进行灾害防治，降低发生矿难的风险；通过对井下作业人员实时监控，可以掌握现场工作人员的状态和位置，为矿工的生命安全提供保障。

2 煤矿安全监测监控系统发展现状及趋势

中国煤矿安全监测技术应用较晚，最早从英国、美国引进矿井安全生产监测监控系统，但这些系统存在价格过高、体积较大、技术上相对不成熟等问题，不能满足中国矿井实际生产需要。中国科研人员通过借鉴国外安全监控系统的研发技术并结合中国煤矿现场实际，先后研制出了KJ2、KJ4、K92等安全监测监控系统。随着科学技术的发展，又相继研制出了KJ2000、KJG2000安全监测监控系统以及MSNM、WEBGIS等综合数字化安全监测监控系统。随着云计算、大数据、微电子的不断发展，煤矿安全监测监控系统将向信息化、自动化、网络化方向发展[3]。

图1 煤矿安全监测系统图

随着我国煤矿不断向信息化、智能化方向发展，目前使用的安全监测监控系统将无法满足矿井实际生产要求，因此需要对安全监测监控系统进行升级改造。本文以亭南煤矿安全监测监控系统的升级和改造为背景，阐述煤矿安全监测监控升级改造的必要性以及成功经验，为其他矿井提供借鉴。

3 安全监测监控系统存在的缺陷及改造方案

3.1 安全监测监控系统存在的缺陷

亭南煤矿采用KJ76N煤矿安全监测监控系统，随着使用时间的延长以及科学技术的发展，其非数字化、抗干扰能力弱、传感装备落后、报警和断电分级响应功能不灵敏、异常数据判断弱等缺点越来越明显，不能满足矿井大型化、安全化、信息化的要求，其主要问题具体表现在以下方面：

（1）CO、CH4等传感器工作稳定性差，调教频繁，分级报警不灵敏，当浓度过高时会出现灵敏度飘移的问题，在矿井的潮湿环境中，往往会造成供电不足、异常断电等问题，给矿井安全生产埋下隐患。

（2）传感器防护等级和抗干扰能力严重不足，在井下静电场、力场、电磁波场等复杂的环境下，容易发生故障，造成监测结果出现偏差。

（3）分站与中心站之间的数据传输采用模拟量，需要更多专业的人士进行图表、曲线分析，数据的存储和识别功能也比较弱，对异常数据检测不够准确和全面。

（4）系统资源没有得到全部的整合和共享，现场设备故障较多，记录功能不强，无法对设备进行远程操作。在系统发生故障时，不能准确判断故障位置、类别，无法安排人员迅速进行故障排除。

3.2 改造方案

亭南煤矿响应国家煤矿安监局《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的要求，对KJ76N煤矿安全监测监控系统进行了升级改造。

亭南煤矿在KJ76N煤矿安全监测监控系统升级改造的过程中，综合考虑矿井现场实际情况，委托淄博瑞安特自控设备有限公司对KJ76N煤矿安全监测监控系统进行升级改造，其配备设备清单如表1所示。

（1）采用双路IntelXeonE5-2620V3 CPU，超8G内存，硬盘容量增大至3×300G，网卡增加到4个以上。

（2）传感器与分站之间增加信号转换器，将原有模拟量传感器的频率信号转换成数字信号进行传输。使用先进的激光传感器，实现了浓度分级报警，其报警等级如表2所示。将传感器的防护等级由IP54提升到IP65，可在淋水环境下正常工作。传感器、分站更换本着不影响数据监测传输、不影响正常生产的原则进行，在地面对传感器进行调试，待48h稳定后入井。现场安装时，从分站开始至工作面敷设监测线缆，利用分站的备用电源对各传感器进行调试，调试成功后进行入网调试，整个入网过程用时不得超过5min，实现数据监测不中断，对生产无影响，达到无缝对接。

（3）实现多系统融合。安全监控系统具备数字传感器及相关显示功能，具备开关量显示功能，具备累计量显示功能，具备模拟量曲线和开关状态图显示功能，具备传感器实时曲线和历史曲线显示功能，具备模拟动画显示功能，具备系统设备布置图显示功能，支持数据、开关量状态的模拟盘显示，支持图形、曲线、数据的大屏幕或多屏显示，具备报表、曲线、柱状图、状态图、模拟图、初始化参数等召唤打印功能，具有自诊断功能，具有井下不间断电源综合管理功能，具有操作权限管理功能；人员定位系统部分具备显示煤矿基本信息功能，显示职工基础信息功能，显示考勤信息管理功能，呼叫查询功能，支持地图游览；应急广播系统部分具备显示系统基本配置功能，显示音响状态功能，显示系统实时任务功能，显示定时任务功能，显示已存储语音节目库功能。

表1 设备清单

升级改造实现了井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合，增强了自我诊断和评估能力，同时也加强了异常数据的识别和处理能力，提升矿井安全预警机制，为矿井的安全提供强有力的保证。其性能参数如表3所示。

表2 CH4浓度分级报警

表3 升级后系统性能参数表

4 亭南煤矿安全监测监控系统使用及管理

亭南煤矿在KJ76N煤矿安全监测监控系统的使用及管理中遇到了不少问题。比如，KJ76N-F2分站通电，接入传感器后，信号无正常通讯；激光传感器校对时无法正常观察报警点；粉尘检测数据与上传数据不符。综合分析，出现这些问题的原因有：

（1）井下条件比设计时预估情况更加恶劣，设备不能完全适应井下条件，从而出现运行异常。

（2）设备自身存在缺陷，不能实现预期功能。

（3）缺少专业技术人员对系统进行调试和维护。

综合分析上述三个原因，前两个联系厂家均能得到解决，第三个问题的解决比较繁锁。因为设备调试和维护是监测监控系统在使用过程中一直持续的工作，虽然厂家也可配专业的人员驻矿，但这样仍是很不方便，且监测监控系统是一个集电学、物理、计算机等多学科于一体的综合体，对技术要求比较高，许多监测工计算机方面知识欠缺。因此需要煤矿对专业技术人员进行专业培训，使监测工具备一定的专业技能，从而满足岗位要求，为企业创造效益[4-5]。

5 结论

（1）通过对煤矿安全监测监控系统发展现状和发展趋势进行分析发现，煤矿安全监测监控系统将向信息化、自动化、网络化方向发展。

（2）通过对亭南煤矿安全监测监控系统的缺陷分析，响应国家煤矿安监局的要求，完成KJ76N煤矿安全监测监控系统升级改造，实现数字化传送、分级响应、多系统融合的功能。

（3）分析了亭南煤矿安全监测监控系统在升级中出现的问题，剖析了问题原因，提出了解决方案。