邵光磊 唐耀勇 張 皓

(兗州煤業(yè)楊村煤礦，山東 濟(jì)寧 272118)

1 礦井概況

楊村煤礦位于兗州煤田西北部邊緣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層多，水量大，歷年來皆為低瓦斯礦井。該礦目前開采二迭紀(jì)山西組的3層煤和該紀(jì)太原群的16上層煤和17層煤。3層煤平均厚度7.94m，16上層煤平均厚度1.16m，17層煤平均厚度1.05m，各煤層均有爆炸性，煤塵爆炸指數(shù)分別為：16上層煤44.33%，17層煤44.91%，3層煤40.63%。各煤層中自然發(fā)火傾向等級(jí)為：16上煤、17煤為三類不易自燃，3煤為二類自燃，自然發(fā)火期3～6個(gè)月。2016年礦井相對(duì)瓦斯涌出量0m3/t，二氧化碳相對(duì)涌出量3.45m3/t；礦井絕對(duì)瓦斯涌出量0m3/min，二氧化碳絕對(duì)涌出量5.81m3/min。

2 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀和改造的必要性

楊村煤礦現(xiàn)運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng)為中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司生產(chǎn)的KJ90NB型安全監(jiān)控系統(tǒng)，目前有監(jiān)控分站36臺(tái)、開關(guān)量傳感器62臺(tái)、模擬量傳感器168臺(tái)、饋電斷電器20臺(tái)；監(jiān)控主機(jī)采用主備機(jī)雙機(jī)熱備方式，安裝Windows2003操作系統(tǒng)、SQLServer2000數(shù)據(jù)庫管理軟件和KJ90NB型煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)已累計(jì)運(yùn)行16年。系統(tǒng)總體使用穩(wěn)定，但與《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案》的通知（煤安監(jiān)函〔2016〕5號(hào)）、《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)》的通知（魯煤監(jiān)技裝〔2017〕70號(hào)）的要求相比，在系統(tǒng)數(shù)字化傳輸、抗干擾性能、分級(jí)報(bào)警和斷電、多系統(tǒng)融合、自診斷功能等方面尚存在不符合要求的情況。

3 監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造后實(shí)現(xiàn)功能

楊村煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)后，具有如下功能特點(diǎn)：

（1）模擬量傳感器到分站數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，設(shè)計(jì)傳感器使用RS485總線傳輸技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸采用CRC16校驗(yàn)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

（2）改造更換的分站及傳感器通過浪涌、靜電、群脈沖及輻射等抗干擾認(rèn)證，且系統(tǒng)取得抗干擾安標(biāo)認(rèn)證。

（3）現(xiàn)有的傳輸方式為總線型傳輸方式，需要進(jìn)行升級(jí)改造成環(huán)網(wǎng)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)傳輸平臺(tái)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)并行快速傳輸。

（4）設(shè)計(jì)的分站、傳感器防護(hù)等級(jí)均達(dá)到IP65，滿足在惡劣環(huán)境中能正常工作,電源持續(xù)時(shí)間可以達(dá)到4h要求。

（5）系統(tǒng)具備接入無線傳感器功能。

（6）KJ90X軟件實(shí)現(xiàn)了分級(jí)報(bào)警，可設(shè)置最多5級(jí)，可根據(jù)顏色區(qū)別級(jí)別，同時(shí)具有瓦斯異常變化識(shí)別及篩選功能，可將異常變化的瓦斯傳感器快速篩選出來并形成報(bào)表；軟件支持邏輯點(diǎn)報(bào)警功能，可根據(jù)用戶實(shí)際需求編輯開關(guān)量或模擬量測(cè)點(diǎn)，形成新的邏輯測(cè)點(diǎn)，并支持對(duì)邏輯測(cè)點(diǎn)報(bào)警或斷電設(shè)置；設(shè)計(jì)所有涉及斷電的測(cè)點(diǎn)均具有饋電功能，同時(shí)可根據(jù)具體斷電需求，實(shí)現(xiàn)通過分站完成交叉斷電功能，確保斷電的可靠性；軟件支持多個(gè)斷電點(diǎn)設(shè)置，可在緊急情況下實(shí)現(xiàn)區(qū)域斷電。傳感器的報(bào)警響度達(dá)到80dB，聲光報(bào)警頻率可實(shí)現(xiàn)4級(jí)，使用不同頻率進(jìn)行區(qū)分。

（7） KJ90X軟件完善了邏輯報(bào)警功能，用戶可根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行自定義配置。

（8） KJ90X安全監(jiān)控平臺(tái)發(fā)布了《安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合及聯(lián)動(dòng)交互數(shù)據(jù)規(guī)范》，人員定位、廣播及電力子系統(tǒng)廠家按照該規(guī)范要求提供數(shù)據(jù)，即可方便實(shí)現(xiàn)融合聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)預(yù)案及參數(shù)可設(shè)置。

（9）系統(tǒng)具有自診斷評(píng)估功能。智能傳感器實(shí)現(xiàn)了類型識(shí)別，當(dāng)出現(xiàn)中心站軟件定義的傳感器類型與實(shí)際掛接的傳感器類型不一致時(shí)，軟件能進(jìn)行類型不匹配報(bào)警，同時(shí)不保存采集的異常數(shù)據(jù)。如圖1所示。

圖1 傳感器掛接不匹配提示

（10）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用。傳感器標(biāo)校數(shù)據(jù)分析；異常數(shù)據(jù)分析；大數(shù)據(jù)分析。

（11）對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施加密存儲(chǔ)。

（12）可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)融合及融合展示。多系統(tǒng)融合的目的是要將安全監(jiān)控平臺(tái)相關(guān)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成融合到安全監(jiān)控平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的融合展示、分析和利用，支持WEB瀏覽。如圖2、圖3所示。

4 改造技術(shù)方案

根據(jù)楊村煤礦實(shí)際，本次系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)以滿足《煤礦安全規(guī)程（2016版）》及《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案》要求，本著經(jīng)濟(jì)、節(jié)約的原則，避免重復(fù)投資，堅(jiān)持舊設(shè)備最大化利用的原則進(jìn)行。主要改造內(nèi)容包含機(jī)房設(shè)備及軟件改造、傳感器改造、分站改造、環(huán)網(wǎng)平臺(tái)改造、饋電斷電器改造5個(gè)部分。具體改造方案如下：

（1）機(jī)房設(shè)備及軟件改造。采用部分設(shè)備更換及軟件升級(jí)相結(jié)合的方式，新安裝融合軟件、上傳軟件、地面聲光報(bào)警器、網(wǎng)絡(luò)防火墻、融合服務(wù)器等設(shè)備；

（2）傳感器改造。將礦井所有模擬量傳感器全部改造升級(jí)為具備數(shù)字通訊功能、具備抗干擾能力、具備IP65防護(hù)等級(jí)的傳感器。開關(guān)量傳感器及斷電控制器未要求采用數(shù)字傳輸，本次監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造只對(duì)不具備抗干擾能力的開關(guān)量傳感器進(jìn)行更換。線纜：由于改造時(shí)，絕大部分線纜能重復(fù)使用，只需調(diào)整部分線纜與傳感器的接線方式；

（3）分站改造。在原分站安裝地點(diǎn)一對(duì)一更換監(jiān)控分站，本次升級(jí)改造采用全新設(shè)計(jì)的KJ90-F16(C)總線型分站，分站具有6條總線，其中4條總線用于各類傳感器的接入，1條用于與監(jiān)控主機(jī)的通訊，1條用于與其他智能設(shè)備的連接。通過系統(tǒng)優(yōu)化，將部分分站合并，提高分站端口利用率，將井下35臺(tái)分站合并為23臺(tái)，減少升級(jí)改造費(fèi)用；

（4）饋電斷電器改造。符合升級(jí)改造要求，采用部分更換的方式；

（5）環(huán)網(wǎng)平臺(tái)改造。其中主干線纜應(yīng)當(dāng)分設(shè)兩條，從副井井筒的兩側(cè)保持一定間距進(jìn)入井下。新建設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)百兆環(huán)網(wǎng)一套，本次升級(jí)在監(jiān)控機(jī)房布置1臺(tái)KJJ220地面輸出本安型交換機(jī)，并在井下中央變電所、南副巷變電所、三煤變電所各布置1臺(tái)KJJ15(A)礦用本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，并形成光纖冗余環(huán)網(wǎng)。

圖2 二維GIS融合展示

圖3 web瀏覽融合展示界面

5 升級(jí)后的系統(tǒng)

KJ90X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的分布式處理模式，能充分發(fā)揮各部分設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，可操作性強(qiáng)，便于系統(tǒng)的日常維護(hù)及管理。系統(tǒng)主干連接為樹型結(jié)構(gòu)，安裝擴(kuò)展簡(jiǎn)單。因此本方案設(shè)計(jì)為分層結(jié)構(gòu)，具體組成如圖4所示。

圖4 KJ90X煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

6 結(jié)束語

楊村煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造后，系統(tǒng)功能有了很大提高，維護(hù)操控更加規(guī)范化，提高了煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確性、靈敏性、可靠性、穩(wěn)定性和易維護(hù)性，有效控制和減少了煤礦瓦斯事故，在降低礦井災(zāi)害方面發(fā)揮了重要作用，保障了礦井的安全生產(chǎn)。