郝天亮

（陜西陜煤榆北煤業(yè)有限公司小保當(dāng)?shù)V業(yè)公司，陜西 神木 719302）

陜煤榆北煤業(yè)有限公司配備KJ95X 型安全監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)γ旱V相關(guān)工作進行實時監(jiān)控，但由于井下環(huán)境惡劣，人員操作不當(dāng)?shù)仍颍４嬖跀?shù)據(jù)傳輸不及時、監(jiān)控效果不明確等諸多問題，員工難以在地面及時做出對井下發(fā)生突發(fā)情況時的合理決定[1-6]。對此，以小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)為研究背景，通過分析監(jiān)測系統(tǒng)目前存在的弊端，提出合理的解決方案并最終在現(xiàn)場應(yīng)用，有效提高了小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用效果。

1 系統(tǒng)簡介

KJ95X 型安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)主要由中心站與測控分站組成。系統(tǒng)的運行原理是通過在地面及井下布置若干傳感器測控分站，實時監(jiān)測所需內(nèi)容，通過在礦井內(nèi)布置的千兆以太環(huán)網(wǎng)，對數(shù)據(jù)進行初步整合，采用數(shù)據(jù)處理的方法，通過工業(yè)以太網(wǎng)匯總至中心站，在中心站內(nèi)進行統(tǒng)一的調(diào)度指揮[7-12]。KJ95X 型監(jiān)測系統(tǒng)流程圖如圖1。

圖1 KJ95X 型監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)升級改造方案設(shè)計

2.1 系統(tǒng)現(xiàn)存問題

（1）信號收集穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力差

煤礦在安全監(jiān)測系統(tǒng)實施期間，曾出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定的現(xiàn)象。同時，井下工作環(huán)境復(fù)雜、礦井內(nèi)部潮濕等因素容易對監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程產(chǎn)生干擾，進而影響礦井終端數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使得中心站難以做出及時合理的決策，容易造成井下員工恐慌，為礦井埋下安全隱患。

（2）系統(tǒng)功能單一

現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)僅能對礦井的相關(guān)數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，缺乏對數(shù)據(jù)的合理化分析，針對突發(fā)的數(shù)據(jù)偏高情況，僅具備分級報警功能，缺乏相關(guān)的決策步驟，發(fā)生此類情況時，仍需人為調(diào)控。

（3）缺乏多系統(tǒng)融合相關(guān)功能

現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)無法與礦井其他相關(guān)系統(tǒng)融合。前端的監(jiān)控數(shù)據(jù)難以共享至其他系統(tǒng)，盡管可以通過調(diào)度指揮的方式，對采集所得的數(shù)據(jù)進行共享，但由于時效性較差，難以及時將采集所得數(shù)據(jù)傳輸至全礦井。

2.2 升級改造思路

（1）增強傳感器的抗潮濕及抗電磁干擾能力

傳統(tǒng)的監(jiān)測傳感器缺乏數(shù)據(jù)分析等功能，且抗潮濕、抗電磁干擾的能力較差，進而影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及準(zhǔn)確性。因此，通過提升傳感器的防護等級，更換更為先進的傳感器，以達到增強傳感器的抗潮濕及抗電磁干擾能力，進而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，幫助指揮中心更加準(zhǔn)確地做出相關(guān)決策。

（2）優(yōu)化系統(tǒng)功能

目前礦井采用的監(jiān)控系統(tǒng)缺乏數(shù)據(jù)的自我診斷及自我存儲功能，難以及時智能地做出決策，因此，全面升級改造監(jiān)控系統(tǒng)是必要的。通過補充系統(tǒng)的自我診斷及自我存儲功能，同時對數(shù)據(jù)進行加密處理，保護數(shù)據(jù)的安全及隱蔽性，在礦井遭受突發(fā)情況時，系統(tǒng)及時做出決策。

（3）完善多系統(tǒng)融合

系統(tǒng)采集所得的數(shù)據(jù)無法及時共享至其他系統(tǒng)，影響人員自我決策。因此，通過支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合的方法，消除系統(tǒng)孤島，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的相互連通，使系統(tǒng)采集得來的數(shù)據(jù)增值利用。

3 系統(tǒng)升級改造方案現(xiàn)場實施

3.1 現(xiàn)場實施方案設(shè)計

（1）根據(jù)地面系統(tǒng)顯示的設(shè)備數(shù)量，對設(shè)備進行清點，確?，F(xiàn)存設(shè)備全新且能夠使用。

（2）整理相關(guān)設(shè)備，將相關(guān)設(shè)備存放至地面?zhèn)}庫統(tǒng)一調(diào)度。

（3）引入全新的監(jiān)測分站傳感器，增強傳感器的保護等級，提高數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性。

（4）在現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)補充數(shù)據(jù)的自我診斷、自我存儲相關(guān)功能。

（5）建立多系統(tǒng)融合分站，實現(xiàn)前端分站采集所得數(shù)據(jù)在多系統(tǒng)內(nèi)的共享，達到消除系統(tǒng)孤島，實現(xiàn)系統(tǒng)融合的目的。系統(tǒng)融合原理圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)融合原理圖

（6）對礦井現(xiàn)存的監(jiān)測系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)進行備份，進一步融合至新系統(tǒng)中，實現(xiàn)礦井監(jiān)測數(shù)據(jù)閉合。

（7）待相關(guān)設(shè)備安裝調(diào)試完成后，檢測系統(tǒng)運轉(zhuǎn)是否正常。

3.2 現(xiàn)場實施效果分析

（1）系統(tǒng)性能指標(biāo)

系統(tǒng)容量：255 臺分站，8160 測點；系統(tǒng)分站支持以太網(wǎng)、RS485 傳輸方式；巡檢周期為10 s；本地斷電時間為2 s；異地斷電時間為5 s；分站斷線續(xù)傳為24 h；傳感器傳輸距離為6 km（24 V，單臺，0.52 mm 電纜）。

抗干擾能力：地面設(shè)備3 級靜電抗擾度試驗（評價等級A）；2 級電磁輻射抗擾度試驗（評價等級A）；3 級脈沖群抗擾度試驗（評價等級A）；3 級浪涌（沖擊）抗擾度試驗（評價等級A）。

（2）系統(tǒng)升級改造效果分析

圖3 為分站數(shù)據(jù)采集主板升級前后對比圖。由圖3 可知，在升級前，數(shù)據(jù)采集主板僅采用單一八路采集，開關(guān)量分為兩個八路采集，數(shù)據(jù)采集單一，升級后，將原有的八路采集改為兩個四路采集，同時配備四路輸出，補充六個型號分別為CAN-1、RS485-2、CAN-2、RS485-3、RS485-4、RS485-5 的數(shù)據(jù)采集元件，使得數(shù)據(jù)采集主板具備初步的自我診斷及自我決策功能。

圖3 分站數(shù)據(jù)采集主板升級前后對比圖

圖4 為傳感器升級前后對比圖。由圖4 可知，未升級前傳統(tǒng)的傳感器僅可針對一種數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，需布置若干個傳感器以達到監(jiān)測目的，且由于設(shè)備自身抗潮濕抗干擾能力差，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，人員更換設(shè)備頻繁。升級后的傳感器可實現(xiàn)單一傳感器的多點監(jiān)測，即通過單一傳感器監(jiān)測若干所需數(shù)據(jù)，大幅提高了數(shù)據(jù)監(jiān)測效率。同時，升級后的傳感器具備良好的抗潮濕抗干擾能力，有效保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性及準(zhǔn)確性。

圖4 分站數(shù)據(jù)采集主板升級前后對比圖

圖5 為實現(xiàn)系統(tǒng)融合后的現(xiàn)場實際應(yīng)用原理圖。由圖5 可知，實現(xiàn)系統(tǒng)融合后，有效消除了前端分站采集數(shù)據(jù)無法及時共享至其他系統(tǒng)的弊端，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r與準(zhǔn)確，大幅提高了人員工作效率，有效保證了礦井安全生產(chǎn)。

圖5 現(xiàn)場實際應(yīng)用原理圖

4 結(jié)論

通過對小保當(dāng)煤礦原有監(jiān)測系統(tǒng)中存在的數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、傳輸不準(zhǔn)確、傳感器抗干擾能力差等問題進行分析，提出小保當(dāng)煤礦原有監(jiān)測系統(tǒng)的弊端，進一步通過更新設(shè)備、優(yōu)化系統(tǒng)的方法，升級改造小保當(dāng)煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)。結(jié)果顯示，升級改造后的系統(tǒng)實現(xiàn)了多系統(tǒng)融合，消除了原有系統(tǒng)中存在的系統(tǒng)孤島問題，有效解決了前端監(jiān)控數(shù)據(jù)采集后無法及時共享的問題，提高了人員的工作效率，保證了礦井的安全高效生產(chǎn)。