李修磊

（山東魯泰控股集團(tuán)有限公司鹿洼煤礦，山東 濟(jì)寧 272300）

1 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的背景

為順應(yīng)煤礦行業(yè)的發(fā)展趨勢，加強(qiáng)煤礦安全生產(chǎn)信息化管理，增強(qiáng)煤礦安全保障能力，2016年底國家和行業(yè)均對煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的要求，特別是煤安監(jiān)函〔2016〕5號、魯煤監(jiān)技裝〔2017〕70號等文件的出臺，對煤礦原有安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級換代勢在必行。鹿洼煤礦嚴(yán)格按照上級文件要求，認(rèn)真組織開展安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作，礦井成立了安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作領(lǐng)導(dǎo)小組，編制了安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案并進(jìn)行了論證審核。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介

升級改造前，鹿洼煤礦使用北京仙島新技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的KJ66NA型安全監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)采用總線式傳輸，傳感器到分站采用頻率/開關(guān)量模擬信號傳輸，分站到中心站采用雙絞線差分同步二相碼的數(shù)據(jù)傳輸方式傳輸。隨著技術(shù)發(fā)展和要求提高，在用安全監(jiān)控系統(tǒng)已無法滿足國家煤礦安全監(jiān)察局下發(fā)的《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）文件要求。

（1）傳輸數(shù)字化。部分分站至中心站采用FSK傳輸，傳感器與分站之間采用頻率/電流模擬量傳輸，不滿足數(shù)字化傳輸要求。

（2）抗電磁干擾能力。設(shè)備未通過電磁兼容試驗(yàn)，不滿足抗電磁干擾能力要求，系統(tǒng)極易產(chǎn)生誤報(bào)警，嚴(yán)重時(shí)通信中斷，設(shè)備無法工作。

（3）先進(jìn)傳感技術(shù)及裝備。無激光、紅外原理的低功耗傳感器；所有傳感器采用頻率或電流信號輸出，不具備自診斷功能；未使用多參數(shù)傳感器、無線傳感器。

（4）設(shè)備防護(hù)等級?，F(xiàn)有設(shè)備防護(hù)等級為IP54。

（5）報(bào)警斷電等控制功能。系統(tǒng)不具備分級報(bào)警、邏輯報(bào)警功能，不具備就地?cái)嚯姾蛥^(qū)域斷電功能。

（6）支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合。系統(tǒng)不支持無線傳感器接入；未實(shí)現(xiàn)井下有線與無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合；未實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控與GIS技術(shù)的有機(jī)融合；未實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)與人員位置監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)的融合。

（7）格式規(guī)范化。系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)未采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，分站至主干網(wǎng)之間采用FSK傳輸；模擬量傳感器、執(zhí)行器至分站采用模擬量信號傳輸，未采用工業(yè)以太網(wǎng)、RS485、CAN等規(guī)范接口；系統(tǒng)支持聯(lián)網(wǎng)平臺上傳，但不滿足統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式要求。

（8）自診斷、自評估功能。系統(tǒng)不能進(jìn)行自診斷、自評估，不能進(jìn)行偽數(shù)據(jù)標(biāo)注及異常數(shù)據(jù)分析；傳感器、控制器無法實(shí)現(xiàn)定義類型錯(cuò)誤提示；無法實(shí)現(xiàn)模擬量傳感器維護(hù)、定期未標(biāo)校提醒。

（9）數(shù)據(jù)應(yīng)用分析。系統(tǒng)不具備偽數(shù)據(jù)標(biāo)注及異常數(shù)據(jù)分析；不具備瓦斯涌出、火災(zāi)等的預(yù)測預(yù)警；不具備大數(shù)據(jù)分析，如多系統(tǒng)融合條件下的綜合數(shù)據(jù)分析等；不能與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對接數(shù)據(jù)。

（10）應(yīng)急聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)與人員位置監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)的融合，無法實(shí)現(xiàn)緊急情況時(shí)的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

（11）系統(tǒng)性能提升指標(biāo)。備用電源維持?jǐn)嚯姾笳９╇姇r(shí)間為2h。

（12）加密存儲。系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)按MD5、RSA加密算法的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

3 系統(tǒng)升級改造方法及步驟

3.1 改造方法

根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合系統(tǒng)特點(diǎn)，采取淘汰舊系統(tǒng)、全新安裝新系統(tǒng)、多系統(tǒng)井上融合的方式，具體方案見改造實(shí)施步驟。

3.2 改造實(shí)施步驟

（1）地面機(jī)房安裝好井上環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、環(huán)網(wǎng)控制主機(jī)、監(jiān)控主備機(jī)及KJ70X系統(tǒng)支持軟件。

（2）待入井設(shè)備接入井上環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，調(diào)試成功并穩(wěn)定運(yùn)行48h以上。

（3）井下預(yù)設(shè)地點(diǎn)鋪設(shè)光纜，安裝KJJ110型礦用隔爆兼本安型環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。

（4）井下安裝調(diào)試好的監(jiān)控分站及傳感器。

（5）新舊雙系統(tǒng)并列運(yùn)行，觀察對比雙系統(tǒng)數(shù)據(jù)并完善新系統(tǒng)設(shè)置，處理多網(wǎng)融合、三維GIS聯(lián)動(dòng)等問題。

（6）新系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，撤除舊安全監(jiān)控系統(tǒng)。

安全監(jiān)控系統(tǒng)采用工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)方式，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1。

圖1 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

4 系統(tǒng)升級改造保障措施

在改造期間，為保證原系統(tǒng)的正常監(jiān)測，保證系統(tǒng)改造工作的順利進(jìn)行，確保改造期間的安全生產(chǎn)，根據(jù)系統(tǒng)升級改造的特點(diǎn)，特制定以下系統(tǒng)升級改造期間的綜合性安全技術(shù)措施：

（1）保證系統(tǒng)改造施工的安全措施；

（2）加強(qiáng)系統(tǒng)改造期間瓦斯檢查的安全措施；

（3）施工供電安全措施；

（4）系統(tǒng)升級改造期間雙系統(tǒng)并行的安全措施。

5 系統(tǒng)升級改造效果

升級改造后的安全監(jiān)控系統(tǒng)基于“工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線”通信架構(gòu)，采用分布式控制、多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合、斷線續(xù)傳、電磁兼容、設(shè)備故障診斷等技術(shù)，所有傳感器均實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸。環(huán)網(wǎng)交換機(jī)至分站采用光纜或RS485進(jìn)行通訊。傳感器防護(hù)等級為IP65，系統(tǒng)、環(huán)網(wǎng)及分站備用電源能維持?jǐn)嚯姾笳９╇?h以上。

采煤工作面回風(fēng)隅角、工作面、回風(fēng)巷、掘進(jìn)工作面及回風(fēng)流均使用GJG100J型激光甲烷傳感器，其它地點(diǎn)使用GJC4型催化式甲烷傳感器。系統(tǒng)設(shè)置甲烷、一氧化碳濃度分級報(bào)警，可根據(jù)濃度、超限持續(xù)時(shí)間、超限范圍等內(nèi)容，設(shè)置不同的報(bào)警級別，實(shí)施不同的分級響應(yīng)。系統(tǒng)具備邏輯報(bào)警功能，根據(jù)巷道布置及瓦斯涌出等內(nèi)在邏輯關(guān)系，設(shè)置了邏輯報(bào)警，確保了安全監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用。

聯(lián)動(dòng)平臺采用地面融合方式進(jìn)行多系統(tǒng)融合，在地面三維聯(lián)動(dòng)平臺上將應(yīng)急廣播系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測系統(tǒng)、調(diào)度通信系統(tǒng)與安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)融合。通過三維GIS平臺的支持，可直觀地看到礦井地面及井下生產(chǎn)作業(yè)地點(diǎn)的空間分布，安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員位置監(jiān)測系統(tǒng)等設(shè)備安裝位置、井下實(shí)時(shí)人員分布情況。當(dāng)出現(xiàn)需要立即撤人的緊急情況時(shí)，平臺發(fā)出聯(lián)動(dòng)指令實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)區(qū)域斷電，應(yīng)急廣播自動(dòng)發(fā)出撤人報(bào)警語音信號，人員位置監(jiān)測系統(tǒng)識別卡發(fā)出聲光報(bào)警信息，通知人員立即撤離至安全地點(diǎn)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示預(yù)警區(qū)域及區(qū)域人員分布統(tǒng)計(jì)情況，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)之間應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能。通過監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)功能，可實(shí)現(xiàn)向上級單位的數(shù)據(jù)上傳，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)管。

新系統(tǒng)滿足《煤礦安全規(guī)程》（2016版）、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）、《關(guān)于印發(fā)山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的通知》（魯煤監(jiān)技裝〔2017〕70號）、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測儀器使用規(guī)范》（AQ1029-2007）、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》（AQ6201-2006）等相關(guān)技術(shù)要求，運(yùn)行狀況良好。

6 升級改造過程中存在問題

（1）KJ770-F5型監(jiān)控分站RS485傳輸接口端子只有一個(gè)，接線時(shí)不便于操作，維護(hù)線路時(shí)有可能導(dǎo)致分站下所有傳感器斷線。

（2）在聯(lián)動(dòng)平臺建設(shè)過程中，安全監(jiān)控與調(diào)度通訊、應(yīng)急廣播系統(tǒng)接口不統(tǒng)一，各廠家配合難度大，使得融合聯(lián)動(dòng)平臺的建設(shè)進(jìn)度過慢。

7 結(jié)語

安全監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過升級改造，能夠滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，并解決了系統(tǒng)存在的老舊頑癥，有效防止了線路接觸不良產(chǎn)生的斷線或電磁干擾造成的“假數(shù)”信號等問題，增強(qiáng)了干擾防護(hù)能力，提高了斷電性能，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。由于各級監(jiān)管部門能夠及時(shí)監(jiān)督煤礦監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況，大大提高了設(shè)備的使用率和完好率。此次升級改造提升了煤礦企業(yè)的智能化水平與安全生產(chǎn)管理水平，對改善煤礦安全狀況和促進(jìn)煤礦行業(yè)技術(shù)進(jìn)步有著重要的意義，亦是積極貫徹執(zhí)行國家法律法規(guī)，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)安全發(fā)展的具體表現(xiàn)。