曹志華 黃 瀟 孫國鋒

（吉利百礦集團有限公司東懷煤礦，廣西 百色533000）

1 東懷煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介

東懷煤礦位于廣西百色，是廣西第一大生產(chǎn)礦井，分一、二兩個水平開采，年生產(chǎn)能力150 萬噸。目前東懷煤礦全礦絕對瓦斯涌出量為12.61m3/min，相對涌出量3.81m3/t，采煤工作面最大瓦斯涌出量為3.87m3/min，掘進工作面最大瓦斯涌出量為0.24m3/min，為低瓦斯礦井。東懷煤礦從2006 年就使用江蘇三恒科技股份有限公司的KJ70 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，2009 年升級為KJ70N，2015 年再次升級為KJ770，由地面中心站、干線擴展器、備用電源箱、區(qū)域控制器、各種傳感器、監(jiān)控器等設(shè)備組成。目前共安設(shè)監(jiān)控分站40 個，瓦斯傳感器120 臺，負(fù)壓傳感器7 臺，風(fēng)速傳感器22 臺，開停傳感器25 臺，CO 傳感器54 臺，溫度傳感器30 臺，煙霧傳感器20 臺。監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠。

2 東懷煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級的背景

2.1 實施安全監(jiān)控系統(tǒng)升級的必要性

（1）根據(jù)《國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5 號）和《國家安全監(jiān)管總局 國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于進一步加強煤礦重大災(zāi)害防治有效防范重特大事故的通知》（安監(jiān)總煤裝〔2016〕10 號）的精神，煤礦必須推廣應(yīng)用安全監(jiān)測監(jiān)控新技術(shù)新裝備，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)性能和安全可靠性，促進安全監(jiān)測監(jiān)控多元融合和信息共享，提高煤礦安全預(yù)測預(yù)警水平，實現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用。（2）根據(jù)近來全國范圍內(nèi)發(fā)生的一系列瓦斯爆炸事故，事故礦井多為低瓦斯礦井，因此對于低瓦斯礦井的瓦斯防治工作尤為重要。并且，隨著采掘深度的增加，瓦斯含量呈增加趨勢，積極應(yīng)對瓦斯防控，特別是對低瓦斯礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控及防治措施管理十分必要，必須加大投入及升級改造的力度，有效杜絕瓦斯爆炸事故的發(fā)生，確保安全生產(chǎn)。

2.2 現(xiàn)用安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題

（1）數(shù)據(jù)傳輸采用樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，巡檢速度慢；數(shù)據(jù)傳輸采用主從通信結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸率低。系統(tǒng)巡檢速度慢，井下測點數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛嫘枰?0 秒至1 分鐘，這樣的傳輸效率受傳輸方式的影響很大。（2）數(shù)據(jù)共享方面不能實現(xiàn)多網(wǎng)融合，與其他系統(tǒng)無法實現(xiàn)聯(lián)動控制，安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換不夠迅速，實時性方面有待提升。（3）數(shù)據(jù)傳輸數(shù)采用傳統(tǒng)電纜模式傳送，可靠性不高，井下電纜電線眾多，信號傳輸易受到電磁干擾的影響，使監(jiān)控數(shù)據(jù)偶有出現(xiàn)誤差造成誤報警斷電的現(xiàn)象，特別是瓦斯傳感器、CO 傳感器等誤傳對生產(chǎn)管理造成不便。（4）供電電源續(xù)航能力差，僅2 小時左右，可靠性低。

3 KJ70X 系統(tǒng)升級改造方案及實施

3.1 改造方案

根據(jù)東懷煤礦目前所用的KJ770 系統(tǒng)應(yīng)用實際情況，考慮到經(jīng)濟性和實用性，決定采用“新系統(tǒng)搭建→示范采區(qū)試推→全礦井推行→新舊系統(tǒng)并行→撤除舊系統(tǒng)”的方式循序開展升級改造工作。經(jīng)對比，決定繼續(xù)采用江蘇三恒科技股份有限公司的KJ70X 系統(tǒng)，該系統(tǒng)以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)＋現(xiàn)場總線作為系統(tǒng)的信息傳輸平臺，利用工業(yè)以太網(wǎng)平臺的快速通道實現(xiàn)多主并發(fā)通訊技術(shù)，能使系統(tǒng)在設(shè)備抗干擾、實時性、可靠性、穩(wěn)定性、擴展性、數(shù)字化、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)融合、新技術(shù)應(yīng)用等方面技術(shù)水平進一步提升，達到安全生產(chǎn)和相關(guān)規(guī)定要求。

首先，升級改造地面中心站。在原有設(shè)備基礎(chǔ)上進行升級，提升監(jiān)控主、備機熱備功能，升級軟件為KJ70X，完善分級報警、斷電等控制功能、多網(wǎng)和多系統(tǒng)融合、自診斷和自評估功能、數(shù)據(jù)分析等功能。

其次，對監(jiān)控環(huán)網(wǎng)進行改造。增加中心站核心交換機、地面和井下環(huán)網(wǎng)交換機，分別在井下一水平井布有3 個千兆節(jié)點，二水平2 個千兆節(jié)點。形成一體式冗余環(huán)網(wǎng)方式，組建獨立、穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

最后，對井下傳感器、供電電源、分站等設(shè)備的升級。實現(xiàn)傳輸信號達到全數(shù)字化，提升抗電磁干擾能力、IP65 防護等級、自診斷自評估功能。

3.2 實現(xiàn)傳感器數(shù)字化，增強抗電磁干擾能力

在工作面回風(fēng)巷、專用回風(fēng)巷及總回風(fēng)巷使用更為先進的激光、紅外全量程傳感器，增強傳感器的靈敏性及反應(yīng)速度，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且穩(wěn)定性高，便于管理維護；傳感器和分站防護等級均達到IP65 要求，運行穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，根據(jù)傳感器和分站的性能適當(dāng)升級模塊或程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)數(shù)字化的傳輸及接收，實現(xiàn)了所有模擬量傳感器數(shù)字化傳輸（RS485），有效增強抗電磁干擾能力。

3.3 完善報警、斷電等控制功能

（1）設(shè)置甲烷及一氧化碳傳感器根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮　⒊蕹掷m(xù)時間、瓦斯超限范圍等分為四級報警，實施分級響應(yīng)。（2）利用KJ70X 安全監(jiān)控系統(tǒng)的組合報警功能，根據(jù)巷道布置及瓦斯涌出等實際生產(chǎn)情況，實施邏輯報警。（3）測試并完成系統(tǒng)本地、異地斷電情況。斷電設(shè)置與饋電狀態(tài)相關(guān)聯(lián)，發(fā)生斷電動作相應(yīng)饋電狀態(tài)無變化時會有饋電異常顯示。（4）在地面中心站配置區(qū)域，本區(qū)域內(nèi)的任意甲烷傳感器報警都可以斷區(qū)域內(nèi)的所有開關(guān)。

3.4 完善多網(wǎng)多系統(tǒng)融合、應(yīng)急聯(lián)動

建立多網(wǎng)融合平臺，融入礦井安全監(jiān)控視頻系統(tǒng)，應(yīng)急廣播系統(tǒng)及人員定位系統(tǒng)。以甲烷超限為試驗，測試系統(tǒng)根據(jù)事故地點及人員定位系統(tǒng)進行分析并通過應(yīng)急廣播向相關(guān)區(qū)域發(fā)送指令的情況。

3.5 增加自診斷、自評估功能

（1）完善傳感器、控制器的設(shè)置及定義。實現(xiàn)傳感器、控制器的設(shè)置以及定義診斷和評估，當(dāng)檢測到傳感器報警、斷電、復(fù)電門限設(shè)置不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)定時能發(fā)出報警信息提示。（2）具備模擬量傳感器維護、定期未標(biāo)校提醒。按要求設(shè)置甲烷、一氧化碳傳感器標(biāo)校提醒功能，軟件上并有報警信息提示。（3）具備模擬量傳感器、控制器、電源箱等設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)井下各監(jiān)測點的所有類型的傳感器以及分站、電源箱的狀態(tài)檢測和故障信息上傳功能。（4）具備中心站軟件自診斷功能，包括雙機熱備、數(shù)據(jù)庫存儲、軟件模塊通信。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫密碼不正常、數(shù)據(jù)庫連接失敗、軟件模塊異常關(guān)閉以及工作異常時系統(tǒng)能發(fā)出異常信息提示。

3.6 增強數(shù)據(jù)應(yīng)用分析功能

（1）實現(xiàn)傳感器標(biāo)校期間的數(shù)據(jù)分析功能和異常數(shù)據(jù)分析功能。（2）系統(tǒng)根據(jù)瓦斯涌出量測試數(shù)據(jù)預(yù)測預(yù)警功能（火災(zāi)按照一氧化碳傳感器及溫度傳感器進行配置；瓦斯涌出按照瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速及巷道橫截面積進行配置）；通過大數(shù)據(jù)對比分析，預(yù)測瓦斯涌出及CO 含量變化情況規(guī)律。（3）系統(tǒng)軟件具備系統(tǒng)融合以及數(shù)據(jù)分析顯示查詢功能。測試監(jiān)控系統(tǒng)、語音廣播、人員定位的融合數(shù)據(jù)在聯(lián)動平臺上進行顯示情況。

3.7 增強加密存儲功能

系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)及斷電信息已采用RSA 加密算法進行存儲，防止數(shù)據(jù)被篡改。非法篡改后，系統(tǒng)自帶篡改顯示。采用RSA 加密法，仍可以還原被修改數(shù)據(jù)。

4 KJ70X 系統(tǒng)升級改造后應(yīng)用效果

4.1 達到國家煤監(jiān)局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

升級改造后，各項功能均達到《國家煤礦安監(jiān)局關(guān)于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5 號）的要求，滿足安全生產(chǎn)的需要。

4.2 系統(tǒng)運行高速、穩(wěn)定

新、舊系統(tǒng)并行及完全使用新系統(tǒng)前后效果對比顯示，新系統(tǒng)運行更為穩(wěn)定，傳感器及信號傳輸網(wǎng)絡(luò)運行平穩(wěn)，系統(tǒng)巡檢周期小于10s，異地斷電時間小于5s，分站到傳感器之間的傳輸距離最遠(yuǎn)可達6km，雙機熱備自動切換功能，熱備切換試驗10秒內(nèi)自動切換，供電電源延長供電時間1 倍，達到4h。系統(tǒng)信號準(zhǔn)確，抗干擾能力強，沒有誤報警斷電等情況。

4.3 架構(gòu)簡化、設(shè)備可靠性高，有效降低維護勞動強度

KJ70X 系統(tǒng)有效簡化信號傳輸結(jié)構(gòu)，設(shè)備使用數(shù)量下降為原來的60%左右，數(shù)字化傳輸減少了電纜的使用；配套的高性能傳感器、分站等設(shè)施功能強大、防護等級高，質(zhì)量可靠，大大減輕了監(jiān)控維護人員的勞動強度。

4.4 系統(tǒng)自動化、智能化水平明顯提升

KJ70X 系統(tǒng)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)多網(wǎng)融合，應(yīng)急情況下多系統(tǒng)聯(lián)動，自評估、自診斷功能，大數(shù)據(jù)應(yīng)用分析及加密功能大大增強了安全監(jiān)控系統(tǒng)的自動化和智能化技術(shù)水平，快速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析處理及系統(tǒng)聯(lián)動有效縮短了應(yīng)急情況下發(fā)送指令的時間，為事故預(yù)測預(yù)警及災(zāi)害搶險救援提供了重要保證。