張瀚超

(晉能集團 三元石窟煤業(yè)有限公司，山西 長治 047500)

我國煤炭資源豐富，礦井遍布大江南北。近幾年，煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的普及、推廣、應用得到了長足發(fā)展，國家也推出了相應的行業(yè)標準和升級改造技術方案。但由于各礦條件不盡相同，在實際使用過程中，監(jiān)控系統(tǒng)存在各種各樣的問題。本文以《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案》(煤安監(jiān)函〔2016〕5號)為標準，對目前煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)進行分析。

1 安全監(jiān)控系統(tǒng)概況

煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)是安全生產的保障，是現(xiàn)代化煤礦井下安全管理的重要手段，主要作用是對煤礦的瓦斯、一氧化碳、風速、煙霧、溫度等環(huán)境參數(shù)和礦井生產、運輸、提升、排水等環(huán)節(jié)的機電設備工作狀態(tài)進行采集、監(jiān)測和控制，用計算機分析處理取得的數(shù)據(jù)進行規(guī)范管理。為各級生產管理者和業(yè)務部門提供環(huán)境參數(shù)和設備動態(tài)信息，為生產指揮調度提供第一手資料。

通過對被測參數(shù)的比較和分析，為預防災害事故提供技術數(shù)據(jù)，及時實現(xiàn)自動報警、斷電和閉鎖，便于提前采取防范措施，制止事故的發(fā)生或擴大；在發(fā)生事故的情況下，能及時指示最佳救災和避災路線，為搶救和疏散人員、器材提供決策信息[1]。

2 安全監(jiān)控系統(tǒng)在安裝、使用、維護中出現(xiàn)的問題

1) 信號傳輸方面?，F(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)主要采用地面中心站—信號傳輸介質—井下分站—信號傳輸介質—傳感器(斷電控制器)—進行參數(shù)采集(接入被控開關，使開關介入閉鎖)。安裝過程中，地面中心站與井下分站間的信號傳輸介質采用光纖，安全監(jiān)控系統(tǒng)新版技術方案要求井下分站間數(shù)據(jù)傳輸使用環(huán)網(wǎng)進行，但在實際運用過程中，由于井下環(huán)境惡劣，對于經(jīng)常需要移動的分站，光纖傳輸?shù)暮笃诰S護工作繁雜：光纖熔接在井下的成功率較地面降低許多，且光纖材質較硬，無法以小圈纏盤打理，不能大角度拉、扭，另外，光纖裁剪成較短段后失去使用價值，出現(xiàn)故障后排查故障工作量大；如使用網(wǎng)線，則需再增加交換機等連接設備，畢竟網(wǎng)線傳輸有最多100 m的傳輸距離上限；如使用RS485傳輸信號，又達不到傳輸規(guī)范的要求。

2) 傳感器使用方面。新規(guī)范中要求傳輸數(shù)字化，在提升系統(tǒng)整體抗干擾等級以外，減少井下傳感器線纜布置。RS485通信協(xié)議下只要并聯(lián)電源和信號正負極，就可以讓多臺傳感器共用一根通信線纜，但在實際使用過程中由于各種傳感器互相存在功率差異，且井下分站、線纜使用環(huán)境較復雜，電路之中并聯(lián)的存在勢必導致電流下降，如果生產廠家對傳感器的設計優(yōu)化沒有經(jīng)過足夠的測試，就會出現(xiàn)一根通信線纜上能接入的傳感器達不到廠家宣稱或負荷計算得出的數(shù)量。

另外在傳感器使用中，會出現(xiàn)由于強電磁干擾尤其是井下變頻器、無功補償器等產生的電磁干擾導致傳感器數(shù)據(jù)失真。在強電磁干擾下，之前規(guī)范使用的頻率性模擬量傳感器傳回地面中心站的數(shù)據(jù)會出現(xiàn)放大、無序升降、“漂負”等異?，F(xiàn)象[2]。系統(tǒng)升級改造后，經(jīng)過RS485傳輸制式的普及系統(tǒng)整體抗干擾等級提升，這種現(xiàn)象暫時沒有出現(xiàn)。

3) 系統(tǒng)維護方面。由于國家對安全監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡環(huán)境及數(shù)據(jù)安全要求較高，因此在煤礦，對安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡設置都有一定偏向，以盡量簡單的網(wǎng)絡結構來保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行、數(shù)據(jù)安全。

目前，山西省內煤礦使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)主要向市(縣)級能源局(或主體企業(yè)總部)、安全監(jiān)管執(zhí)法與決策支持系統(tǒng)、自動化集成系統(tǒng)等上級數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)；在數(shù)據(jù)規(guī)范方面主要采用山西省地方標準《山西省信息化工程安全建設規(guī)范》DB14協(xié)議、沈陽新元科技有限公司等數(shù)據(jù)采集協(xié)議、FTP協(xié)議進行數(shù)據(jù)采集。

新規(guī)范要求實現(xiàn)多系統(tǒng)融合，在數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范及網(wǎng)絡安全方面提出了一個新課題。安全監(jiān)控系統(tǒng)在保證自身數(shù)據(jù)正常上傳的同時，要采集其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行融合，數(shù)據(jù)采集的過程會破壞安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡環(huán)境的穩(wěn)定，由于采集數(shù)據(jù)方向和傳輸數(shù)據(jù)方向涉及不同的組網(wǎng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)常會通過主備機增加網(wǎng)卡、設置多個IP地址等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)多向采集和傳輸，而煤礦往往缺乏專業(yè)網(wǎng)絡安全工作人員，在網(wǎng)閘、防火墻、殺毒軟件等軟硬件設備購置、使用、更新上也缺乏專業(yè)參考意見，導致專網(wǎng)與專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)與專網(wǎng)、局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)、專網(wǎng)之間病毒傳播屢有發(fā)生，經(jīng)常會出現(xiàn)“一個攜帶病毒的優(yōu)盤破壞整個集團公司網(wǎng)絡”等極端個例。

而這些尚是網(wǎng)絡環(huán)境這單一方面，還沒有涉及到數(shù)據(jù)格式轉換、數(shù)據(jù)庫端口開放等其他會令系統(tǒng)抗風險能力進一步下降的隱患。

3 優(yōu)化建議

針對這些問題，參考具體案例，提出一些優(yōu)化建議，以供參考。

1) 在井下分站間數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡方面，以IMC-V111ET-TB型1口VDSL2以太網(wǎng)延長器為例， IMC-V111ET-TB是一款具有成本效益的以太網(wǎng)距離延長解決方案，使用24AWG電纜最高可延長1 400 m。IMC-V111ET-TB提供1個100 Mbps RJ45以太網(wǎng)端口，1個接線端子端口通過VDSL2實現(xiàn)對稱/不對稱以太網(wǎng)傳輸。IMC-V111ET-TB支持兩線傳輸，支持-40～75℃寬溫。

這款以太網(wǎng)延長器使用的技術并不是非常的前沿和繁雜，但是在井下組網(wǎng)方面可以起到減少光纜布置的效果。盡管使用兩線制傳輸在銅芯線纜長度增加后帶寬會出現(xiàn)衰減，但對于數(shù)據(jù)傳輸量較小的設備，在組網(wǎng)方面，可以起到不錯的實用效果，目前已有部分環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)單位使用這項技術研發(fā)設備，可以作為減少光纜布置的一個緩沖方案。

2) 傳感器技術發(fā)展日新月異，多參數(shù)傳感器無異是其中集大成者。在合理優(yōu)化供電設計、使用功耗更低的元器件后，多參數(shù)傳感器在保證參數(shù)采集的同時，在減少設備投入、優(yōu)化線路供電、降低分支損耗等方面有諸多優(yōu)勢，也使傳感器信號線纜抗電磁干擾有了更多可能，新規(guī)范中也建議推廣使用。

3) 網(wǎng)絡安全方面，建議組建小型局域網(wǎng)為主，通過三層交換機在IP的安全策略建設上進行操作實現(xiàn)網(wǎng)間互聯(lián)，進行不同網(wǎng)段間數(shù)據(jù)互訪；或是在進入網(wǎng)絡后端增加硬件防火墻，在三層交換機進行路由走向設定，末端PC用戶可通過只設置三層交換機路由后一個網(wǎng)段的IP地址，實現(xiàn)所有輸入網(wǎng)絡的同時數(shù)據(jù)訪問，既可大大提升數(shù)據(jù)傳輸效率，又能進一步降低成本，簡化網(wǎng)絡結構，提高網(wǎng)絡抗風險能力(拓撲結構如圖1所示)[3]。

圖1 小型局域網(wǎng)拓撲結構

局限于網(wǎng)絡在現(xiàn)有礦井生產活動中扮演的角色，短時間內提高網(wǎng)絡安全管理水平并不現(xiàn)實。身處“大數(shù)據(jù)時代”，網(wǎng)絡作為煤礦保障安全的手段，在遠程監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集匯總等基礎應用之上，勢必會有更加廣闊的應用空間，網(wǎng)絡安全作為網(wǎng)絡使用的核心話題，也將在新的高度被重新審視。網(wǎng)絡技術專業(yè)人才及新技術、新思路的推廣也將大大提高煤礦的網(wǎng)絡安全管理水平。

4 結 語

安全監(jiān)控系統(tǒng)是保障煤礦安全生產的“眼睛”。按照目前的發(fā)展趨勢，未來的安全監(jiān)控系統(tǒng)將不止于環(huán)境監(jiān)測、參數(shù)采集和閉鎖控制，諸如在大型設備運行遠程控制、施工工藝革新、煤礦安全風險控制以至于礦井的物聯(lián)網(wǎng)推廣等方面都將會擔當承載平臺，將在煤礦未來集約型管理、降本增效、提高安全管理水平等方面發(fā)揮更大作用。