智能化安全监控系统在王楼煤矿的应用

白景志 王永宝 徐国华

(山东能源临矿集团王楼煤矿，山东 济宁 272063)

信息化建设一直是王楼煤矿可持续发展的源动力。近些年来，王楼煤矿持续推进信息化建设，建成了安全监控、人员位置监测、应急广播、调度通信、无线通信、视频监控等多套信息化相关系统。在提升矿井安全生产，智能管控方面发挥了积极的作用，也为矿井高效生产及安全管控起到重要支撑[1]。但随着矿井建设系统逐步增多，功能不断加强，特别是安全监控系统，也表现出了越来越多的使用瓶颈，主要有以下几个方面：

（1）系统稳定性、准确性有待提高。目前矿井建设的系统众多，各系统之间易相互干扰，特别是变频设备的应用易干扰安全监测，出现伪数据。设备防护等级较低，在开采深部煤层后，高温高湿易锈蚀监控设备。

（2）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。

针对上述问题，王楼煤矿对系统进行了全面升级，以KJ90NB系统为基础，通过完善功能、增加设备、接口对接等方式，实现了安全监控系统全数字化传输、高抗干扰设计、新技术的应用，同时实现了安全监控与人员位置监测、应急广播、调度通信等系统的融合联动。升级后的KJ90X系统功能完全满足国家（煤安监函〔2016〕5号）文件对新系统的相关要求。

1 智能化安全监控系统架构

王楼煤矿安全监控系统是在原系统上进行功能及性能升级，系统采用环网+总线的整体结构，系统可分为传感层、数据传输层及应用层，采用地面融合的方式实现各子系统数据的互联互通及应急联动，系统结构框图如图1所示[2]。

图1 系统结构框图

2 系统各层升级介绍

2.1 传感层升级

传感层主要由各类监测传感器及控制器组成，实现环境参数检测，并能在环境参数超出系统设置参数时发出报警断电信号。此次升级，传感层主要实现了信号由频率传输升级为数字传输，并在工作面使用了稳定性更好、调校周期长的激光甲烷传感器[3]，在回风巷使用了具有零点自校准的双向风速传感器，能够在风向反向时及时进行报警[4]。

升级后的传感器在智能化方面得到了较大提升。一是实现了类型自识别。当井下安装新的传感器后，系统能够自动识别传感器类型，避免由于定义与实际使用不一致而产生的异常数据。二是实现了调校自识别。能够对传感器调校进行自动识别，避免无法识别调校数据而产生的上传误报数据。三是实现了故障自识别。智能化传感器能够识别诸如传感器断线、元件断丝、电路异常等简单故障，同时能够将传感器预热、自检、地址冲突等信息实时上传给地面监控中心，为分析系统故障及异常提供便利。

2.2 传输层升级

传输层升级主要针对环网平台、监控分站及电源等设备的升级。环网平台采用1000M工业以太环网，能够实现快速传输网络切换，当一段光纤或交换机出现异常时不影响整个传输平台的正常工作。

分站由原来支持频率及电流信号采集升级为支持总线信号采集，同时升级后的分站具有工业以太环网光口及电口，能够在分站级实现以太环网传输，确保了传输的可靠性。升级后的分站具有SD卡存储功能，能够存储大量的异常数据，为故障及异常分析提供依据。分站支持本地断电、异地断电及远程手动断电控制功能，提升了断电速度及控制可靠性。

升级后的电源箱具有交流宽压输入，可支持(90～900)V AC输入，宽压设计避免了电压波动对设备的影响，同时不用更换电压抽头，方便灵活。电源箱具有电源信息智能管理功能，可实现电源模块工作状态监测及远程电池充放电维护，在地面中心站即可完成电池的维护管理，延长了电池使用寿命。

2.3 应用层升级

应用层升级主要实现了不同系统间融合联动。通过规范数据接口，实现了安全监控、人员位置监测、应急广播、调度通信等系统间数据融合。数据融合设计1台融合主机，各子系统维持现有结构不改动，通过软件接口实现数据的互联互通，并能在融合主机上通过一张图的方式展示各系统的数据，通过设置联动预案，实现系统间联动控制。当监测到环境参数异常时，系统自动通知在危险区域工作的人员，同时启动异常区域的广播终端。

融合软件利用GIS技术构建全矿井一张图，实现缩放、移动、分层、测距、鹰眼等功能，直观展现全矿井各个关键要素和运行状态。

3 融合联动实现

王楼煤矿采用地面融合的方式实现安全监控、人员位置监测、应急广播及调度通信系统数据的有机融合，融合以安全监控系统为主，安全监控系统融合平台提供了多系统数据融合及联动配置、展示功能，实现了多系统数据一张图融合展示，提供编辑、分层、缩放、移动、测量等功能；实现在系统异常时联动控制功能，可通过地面中心站和井下区域控制器实现。融合平台软件功能如下：

（1）以GIS为载体的实时数据展示。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、人员位置分布情况、应急广播状态、调度通信等），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或特点。

（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。以业务系统为主线进行数据综合分析，多个综合分析图表，包括安全监控综合页、人员定位综合页、广播综合页等功能。

（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，展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。

（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、系统自诊断等功能。

按照王楼煤矿实际需要，系统设置了联动控制预案，在监测环境参数出现异常时，能够自动联动其他系统发出报警，确保人员安全。系统联动应用界面如图2所示。

图2 融合显示综合指标显示栏

4 升级效果

通过升级改造，王楼煤矿实现了监控系统数字化通信，设备抗干扰能力大大提升，系统实现了环境监控、人员位置监控、应急广播及调度通信的有机融合，主要功能满足国家（煤安监函〔2016〕5号）文件相关要求，升级后的系统达到了以下运行效果。

（1）故障定位更精准。原KJ90NB监控系统使用频率型传感器出现故障时，需依赖人工分析故障点，难以准确定位。升级为KJ90X系统后，采用总线传输，出现异常能够快速定位故障点。

（2）智能水平更高。升级后的传感器具有即插即用、调校识别、类型识别、故障识别等功能，智能化水平更高。

（3）数据分析更清晰。系统设计了伪数据分析、大数据分析、设备合规性判识等功能，便于清晰掌握运行情况。

（4）环境适应能力更强。传感器防护等级由IP54提升为IP65，避免了受水汽影响发生锈蚀、短路等情况导致误报及故障。升级后的电源箱能够适应90～900V交流输入。

（5）运行更稳定性。升级后的监控设备抗干扰能力更强，不受变频器、电网波动等产生误报，备用电源续航时间由2h提升为4h，减少系统停电影响，本安供电距离可达6km，运行更加稳定可靠。

（6）使用维护更便捷。系统可在地面对井下备用电池进行远程充放电，同时可监视电源模块运行状况，使用维护更便捷。

（7）断电功能更可靠。监控系统本地断电小于2s，异地断电小于5s；也可依据风流方向、瓦斯变化趋势实现区域断电功能，当关联点异常时，对可能波及的区域非本安电源及时执行断电，确保矿井安全。

（8）融合联动更及时。利用融合功能，在紧急状态下可自动启动“一键”式预警，依据应急预案，通过互联互通的安全、人员、广播及调度通信等系统，快速通知危险区域人员撤离。

（9）信息推送多样化。可利用移动智能终端APP、短信、web终端发布，实现报警信息及时推送、报表数据便捷查询。

5 结语

分析了系统升级的必要性和迫切性，通过系统功能及性能提升，实现了国家对安全监控系统性能及功能的要求。并从传感层、数据传输层、应用层及数据融合功能等详细介绍了升级的内容及亮点，最后对升级效果进行了总结。通过升级改造，实现了系统融合联动，提升了系统稳定性及可靠性，为煤矿安全高效生产提供技术支撑。