煤矿安全监控系统环网链路传输技术改造及应用

郝明耀

（山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司 夏店煤矿，山西 长治 046000）

0 引 言

安全监测监控系统是煤矿井下安全避险“六大”系统之一，该系统主要用于监测煤矿井下各作业地点、巷道硐室内及需要监测地点的甲烷浓度、CO 浓度、风速、风压、温度、烟雾、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停，并实现甲烷、CO 超限报警、断电和甲烷风电闭锁控制功能，对煤矿安全生产起着至关重要作用，主要由传感器、监控分站、主站、电源箱、传输光缆、主机、系统软件等部分组成[1-2]。夏店煤矿安全监测监控系统当前存在的主要问题是系统传输光缆与井下巷道内各监控分站采用的是单链路串联链接传输，该链接传输方式容易出现一个传输点发生故障或增减监测分站时，就会导致整个系统传输链路中断数据传输[3-6]。因井下作业地点多，安全监测监控分站和链路也非常多，受井下复杂作业环境影响，安全监测监控系统线路及分站也容易发生故障，若采用单链路串联方式进行链接传输，经常容易发生监测监控系统数据传输中断现象，从而降低了系统的安全可靠性。

1 监控系统概况

夏店煤矿现使用的安全监控系统为北京鑫源九鼎科技有限公司生产的KJ209N 煤矿安全监控系统，该系统各监测分站之间采用串联传输，在日常使用过程中，任何一个监测分站发生故障，整个监测监控系统都会发生监测数据传输中断，系统整体稳定性较差。为此，根据国家煤矿安监局印发的《安全监控系统升级改造技术方案》及相关规定及技术标准要求，在2021 年组织对矿井安全监测监控系统进行升级改造，并达到了《煤矿安全规程》及相关煤矿安全生产行业标准相关技术要求。

2 系统升级改造及实施方法

2.1 系统升级改造前监测数据传输模式

在系统升级改造前，该矿监测数据传输采用的是传统监控系统的环网设备。在井下3 个变电所各安装了1 台KJJ103 型环网交换机，它们之间通过一条传输光缆进行相互连接，然后从中央变电所环网交换机上引出2 条光缆，通过各个井口与地面中心站进行连接，从而组成该矿井下安全监测监控环网。3 台环网交换机通过RS485 转换模块与各监测分站之间利用传输光缆进行单链路串联链接和数据传输。改造前矿井安全监控系统监测监控数据传输模式如图1 所示。

图1 改造前矿井安全监控系统监测监控数据传输模式Fig.1 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system before reconstruction

矿井安全监控系统在实际使用单链路串联传输模式进行监测监控数据传输时，虽然井下安装的3台环网交换机能够保证其中1 台交换机出现故障或断开不会影响井下监测数据传输，但各监测分站利用RS485 单链路串联模式，通过一条光缆进行数据传输时，当光缆或连接的某个分站出现故障或在光缆中间增加或拆除分站时，将会对该趟光缆上连接的所有监测分站的数据传输都造成影响，处于中断状态，从而导致井下传感器不能实时将监测数据传输到地面监控中心，造成地面监控中心不能及时掌握井下各作业地点传感器监测的实时数据，对煤矿安全生产不能起到有效安全保障。

2.2 监控系统改造方案

2.2.1 技术路线

将矿井原安全监测监控系统井上下环网交换机与各监测监控分站之间单链路串联连接传输方式改换成采用双链路连接传输模式。改造后的传输模式共使用2 种型号的网络交换机，分别为KJ90-F16（B） 型和KJJ18（A） 型，其中KJJ18（A） 型网络交换机主干网采用的是千兆工业环网，其与各分站组网连接采用的是百兆工业环网；KJ90-F16（B）型网络交换机与各监测分站组网传输采用的同样是百兆工业环网传输。

2.2.2 改造方案

在地面监控中心安装了2 台交换机，在井下中央变电所安装2 台交换机，在夏店煤矿11 采区和13 采区变电所各安装1 台交换机，网络交换机的型号为KJJ18（A） 型，这6 台交换机均是通过光缆进行相互连接，然后从中央变电所安装的2台交换机上引出2 条光缆，从不同井口延伸出来到地面，与地面监控中心连接，组成井上下安全监测监控系统环网。系统改造后其传输系统如图2 所示。

图2 改造后矿井安全监控系统监测监控数据传输模式Fig.2 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system after reconstruction

11 采区各个工作面安装的各个瓦斯监测分站距离相对较近且集中，它们是由11 采区变电所内安装的1 台KJJ18（A） 型交换机上引出一条网线与变电所内的KJJ90-F16（B） 型监测分站进行连接，再由该监测分站上引出一条光缆从11 采区轨道运输巷内铺设过来与采区内各个工作面进风巷和回风巷各监测分站采用“手拉手”方式进行连接，然后光缆从11 采区胶带运输巷延伸到中央变电所，与中央变电所内的KJJ18A 型网络交换机进行连接，形成采区小环网互联互通。

13 采区内各个工作面安装的各个瓦斯监测分站距离相对较远而且比较分散，它们是由13 采区变电所内的KJJ18（A） 型网络交换机通过光缆与13 采区变电所内的KJJ90-F16（B） 型监测分站进行连接，再由KJJ90-F16（B） 分站引出一条光缆从13 采区胶带运输巷铺设出来后与13 采区工作面各个作业地点、硐室、水仓等地点的监测分站采用“手拉手”式进行连接，再从13 采区轨道巷回到13 采区变电所KJJ18（A） 网络交换机上，形成采区小型网络互联互通。

采用改造连接传输方式时，如果其中任意一条链路或分站点出现故障，其他分站监测数据从备用链路传输到地面监控中心，从而确保监测数据传输的连续性和实时性。

3 系统改造情况及应用效果分析

3.1 系统改造情况

升级后的安全监控系统配备监控系统软件服务器2 台、监控数据库存储服务器2 台、瓦斯抽采服务器2 台、上传服务器2 台、融合服务器1 台、组网交换机2 台、核心交换机2 台、UPS 电源1 套及配套设施，井上下铺设光纤18 660 m，安装交换机10 台。监控系统服务器安装有双机热备份软件，具有双机自动切换功能。

该系统设计最大容量可配装分站255 台，目前井下共计安装监测分站39 台，甲烷传感器115 台，风速传感器30 台，CO 传感器62 台，温度传感器21 台，以及其他如风向、馈电、风筒风量、烟雾等各类传感器累计180 台，对井下各种气体参数及局扇开停等进行实时监测。在地面监控中心安装监控显示终端2 台，将监控系统各种参数集中显示在调度大厅内，供监控值班人员进行参数设置等各种操作。

安全监控系统软、硬件设备严格按照《煤矿安全规程》、国家煤矿安监局印发的《安全监控系统升级改造技术方案》、《煤矿安全监控系统通用技术要求》 （AQ6201—2006） 的规定，进行设备安装和参数设置，系统升级后在数字化传输、防护等级、抗干扰性、自诊断和自评估功能等方面符合相关规定及技术标准要求，监控数据传输稳定，断电功能灵敏可靠，满足矿井安全生产需要。

3.2 应用效果分析

矿井安全监测监控系统改造后，经过近半年投入使用，通过与改造前的系统进行对比，取得的效果主要有3 个方面。

（1） 改造后安全监控系统网络连接采用环形式连接，解决了传统网络连接中易发生的“一点断全网断”弊端，为安全监控系统监测数据稳定传输提供了可靠的网络保障。

（2） 井下瓦斯监测分站监测数据传输模式由单链路串联传输改换为环形式双链路网络链接传输，完全解决了单链路传输时易发生的一个监测分站或一处监测线路发生故障或增减分站时，整个监控系统数据传输都会中断的问题，实现井下地点传感器监测数据的实时稳定传输，为井下安全生产提供了保障。

（3） 抗干扰能力显著增强。经过升级改造的传感器和分站均实现数字化传输，有效解决了运行不稳定的问题。

4 结 语

夏店煤矿通过对井下安全监测监控系统环网链路传输及监测分站进行升级改造，解决传统单链路传输系统容易出现监测数据传输中断的弊端，使井下各作业地点传感器能够及时连续稳定性的上传监测数据，不仅为地面监控中心能够实时掌握井下各地点安全生产信息，而且能够为处理井下发生异常情况制定处置方案时提供科学有效的依据，确保矿井安全生产，具有极大的推广应用价值。