煤矿安全监控系统升级改造及平台融合技术的应用

李学政 朱瑞超 王言青

（临矿集团新上海庙一号煤矿，内蒙古 鄂托克前旗 016100）

新上海庙一号煤矿目前在用安全监控系统是由中煤科工集团重庆研究院有限公司生产的KJ90X型安全监控系统，该系统自升级建设以来，运行稳定。本次安全监控系统升级改造核心是搭载融合平台，设计融合的系统含安全监控系统、人员定位系统、应急广播系统。

1 系统概述

KJ90X安全监控系统在KJ90NA、KJ90NB基础上进行全面升级，以工业以太环网＋现场总线作为矿井信息传输平台，整个系统利用工业以太网平台和多主并发通讯技术，使系统在设备抗干扰、实时性、可靠性、稳定性、扩容接入能力、防护等级、数字化、数据分析应用、数据融合、新技术应用等方面技术水平进一步提升。

2 系统基本结构

KJ90X系统主要由中心站部分（主机、备用机、监控软件、打印机、录音电话、UPS电源、电源避雷器）、数传部分（网络交换机）、数据采集部分（监控分站、区域控制器、防爆电源）、终端感知部分（各种传感器、报警器、馈电断电器）等设备组成。如图1所示。

由于KJ90X煤矿安全监控系统采用先进的分布式处理模式，能充分发挥各部分设备的性能优势，结构简洁，可操作性强，便于系统的日常维护及管理。系统主干连接为树型结构，安装扩展简单。

图1 KJ90X煤矿安全监控系统结构示意图

地面监控中心站及网络终端，是整个监控系统的核心，负责整个系统设备及监测数据的管理、定义配置、实时数据采集、分析处理、统计存储、屏幕显示、查询打印、实时控制、远程传输、画面编辑、网络通讯等任务。网络终端完成系统监测信息异地实时共享，能够以文本或图形方式显示安全生产信息，查询各类报表数据，监测信息可以在调度大屏上轮换显示。系统监控地面中心站采用全网络化结构，便于将监测信息、图像信息及文件进行实时共享。

系列化智能监控分站主要完成对所监测的传感器数据采集、数据预处理、分类显示、报警、断电控制、与地面监控中心站的数据通讯、所接传感器的集中供电等任务。

各类模拟量传感器、开关量传感器及断电控制器等设备，是整个监测系统最前沿的终端设备，负责对各监测点的物理数据采集、就地显示、超限报警、信号传输，对监控分站控制指令的执行。

3 软件应用与原理

融合平台主要由多系统融合服务器、监控融合软件、人员融合软件、广播融合软件、安全监控系统联网软件等组成。如图2所示。

图2 井下融合安全监控系统图

融合平台具体功能如下：

（1）以GIS为载体的实时数据展示（图3）。以GIS为载体，展示融合后的各业务数据的实时数据（包括环境实时监测值、人员位置分布、应急广播状态等），具有分层显示、矢量化放大缩小、聚合、测距、快速定位、鹰眼、状态动画显示等功能和特点。

图3 GIS综合显示页

（2）GIS数据钻取。GIS上的钻取操作可得到监测点档案、人员明细等多类数据。

（3）人员轨迹回放。以人员定位轨迹数据为依据，GIS自动寻路为支撑，实现人员井下活动轨迹的再现。

（4）多业务系统关键指标综合展示。平台根据各业务系统特殊性，提炼关键指标并汇总显示，支持关键指标的钻取与聚合操作。

（5）系统综合图表展示。以业务系统为主线进行数据综合分析，多个综合分析图表展示，包括安全监控综合页、人员定位综合页、广播综合页等。如图4所示。

图4 人员定位综合分析页

（6）数据分析。对来自各业务系统的数据进行二次分析或统计，展示数据分析报表，显示包括异常数据同比/环比、突变、井下人员趋势、调校状态等内容。

（7）联动控制。平台定义联动控制预案，当预案触发时自动（或需人工确认）进行多系统联动控制。如图5所示。

（8）手动控制。在授权情况下，可直接对设备进行控制。

（9）监测点档案查询显示。以点为单位展示监测点档案组织，可快速了解监测点的定义、实时数据、控制关系、历史异常、调校、分级报警等多方面信息，同时支持曲线、状态图等信息的钻取或查询操作。

（10）其他数据查询功能。通过菜单，或钻取或得到多种数据的查询统计与图表功能，主要包括曲线、状态图、指定位置人员明细、员工活动轨迹、人员档案、出勤记录、广播实时状态、联动记录查询、系统自诊断等内容。

4 系统功能

（1）KJ90X软件实现了分级报警，可设置最多5级，可根据颜色区别级别，同时具有瓦斯异常变化识别及筛选功能，可将异常变化的瓦斯传感器快速筛选出来并形成报表；软件支持逻辑点报警功能，可根据用户实际需求编辑开关量或模拟量测点，形成新的逻辑测点，并支持对逻辑测点报警或断电设置；设计所有涉及断电的测点均具有馈电功能，同时可根据具体断电需求，实现通过分站完成交叉断电功能，确保断电的可靠性；软件支持多个断电点设置，可在紧急情况下实现区域断电。传感器的报警响度达到80dB，声光报警频率可实现4级，用不同频率进行区分。

（2）系统具有逻辑报警功能，软件可根据需要配置不少于3组逻辑关系。

（3）系统具有传感器、控制器设置及定义诊断评估功能，可根据基本配置信息自动诊断传感器安设和传感器报警、断电、复电门限设置是否符合标准要求，并发出报警。另外，还具有如下功能：

① 智能传感器实现了类型识别，当出现中心站软件定义的传感器类型与实际挂接的传感器类型不一致时，软件能进行类型不匹配报警，同时不保存采集的异常数据。

② 系统具有传感器调校提醒管理功能，按照《煤矿安全规程》要求，甲烷传感器应在15d进行一次调校，如果未按规定时间调校，软件可进行提醒，并对传感器调校过程中数据进行识别。

③ 智能传感器实现传感器故障识别，模拟量传感器可识别元件异常、电路异常等典型故障并报警。

④ 系统具有区域管理功能，并实现了对不同通风类型区域内传感器类型、数量和参数设置是否符合规范的检查提醒功能。

⑤ 系统实现了分站状态、电源状态、通讯设备连接状态、数据库连接状态、软件各个模块运行状态的监视功能，实现了状态异常报警。

⑥ 软件实现双机热备，当主机出现异常时，备用机可直接切换为主机进行工作，实现无缝切换。

（4）传感器具备自动识别标校数据和运行过程中的异常数据，并进行存储功能，其存储保存时间最长24h，存储期间可通过遥控进行数据查询，但无法人工修改或删除。

（5）具有信息筛选、过滤功能，支持分类信息查询和快速筛选统计，具体如下：

① 传感器标校数据分析：当传感器进入标校时，系统能够自动识别并标记，当标校结束后能自动恢复标记，软件中可对标校期间的数据与正常采样进行区分。

② 异常数据分析：系统能够自动识别运行过程中的突变数据，按照绝对值或斜率变化进行识别，变化级别可设置，实现了对瓦斯突变和火灾的预报警。

③ 大数据分析：系统可根据用户设置的多项组合筛选条件，对长期的历史数据进行筛选和分析。

（6）具备设备台账管理功能，可从设备使用和最后一次移除，期间所有的报警、标校、断电、故障、删除记录等形成台账。

（7）系统能够提供《煤矿安全生产在线监测联网备查系统通用技术与要求和数据采集标准》要求的数据联网接口，满足数据联网要求。

（8）系统具有融合联动功能，安全监控可通过井下区域控制器实现安全监控系统与人员定位和广播系统的联动。区域控制器可根据配置的联动逻辑，当监测数据发现异常情况或报警事件后，自动给相对应区域的人员定位卡发送报警信号，人员定位管理系统收到报警信号后，发出声响和提示灯闪烁，并通过广播系统发出异常报警。即使在工业环网出现故障时，区域控制器也各自为战、自成系统完成监控报警、本地防爆LED显示报警地点、人员定位卡求救、紧急广播撤人通知的联动。

5 结束语

安全监控系统经过10多年全面推广应用，已经取得了跨越式的进步，逐步由智能化向智慧化发展，由单一系统数据的传输、存储向多系统融合，由数据报表向多媒体化发展，有能力处理电视监视图像，将声、像和参数监控融为一体，形成一种高稳定、高可靠、功能多样化、超前预测预控、信息融合协同的新型监控系统。