郝明耀
(山西潞安礦業(yè)集團慈林山煤業(yè)有限公司 夏店煤礦,山西 長治 046000)
安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦井下安全避險“六大”系統(tǒng)之一,該系統(tǒng)主要用于監(jiān)測煤礦井下各作業(yè)地點、巷道硐室內(nèi)及需要監(jiān)測地點的甲烷濃度、CO 濃度、風速、風壓、溫度、煙霧、饋電狀態(tài)、風門狀態(tài)、風筒狀態(tài)、局部通風機開停,并實現(xiàn)甲烷、CO 超限報警、斷電和甲烷風電閉鎖控制功能,對煤礦安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要作用,主要由傳感器、監(jiān)控分站、主站、電源箱、傳輸光纜、主機、系統(tǒng)軟件等部分組成[1-2]。夏店煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)當前存在的主要問題是系統(tǒng)傳輸光纜與井下巷道內(nèi)各監(jiān)控分站采用的是單鏈路串聯(lián)鏈接傳輸,該鏈接傳輸方式容易出現(xiàn)一個傳輸點發(fā)生故障或增減監(jiān)測分站時,就會導致整個系統(tǒng)傳輸鏈路中斷數(shù)據(jù)傳輸[3-6]。因井下作業(yè)地點多,安全監(jiān)測監(jiān)控分站和鏈路也非常多,受井下復雜作業(yè)環(huán)境影響,安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)線路及分站也容易發(fā)生故障,若采用單鏈路串聯(lián)方式進行鏈接傳輸,經(jīng)常容易發(fā)生監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸中斷現(xiàn)象,從而降低了系統(tǒng)的安全可靠性。
夏店煤礦現(xiàn)使用的安全監(jiān)控系統(tǒng)為北京鑫源九鼎科技有限公司生產(chǎn)的KJ209N 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)各監(jiān)測分站之間采用串聯(lián)傳輸,在日常使用過程中,任何一個監(jiān)測分站發(fā)生故障,整個監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)都會發(fā)生監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸中斷,系統(tǒng)整體穩(wěn)定性較差。為此,根據(jù)國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》及相關(guān)規(guī)定及技術(shù)標準要求,在2021 年組織對礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造,并達到了《煤礦安全規(guī)程》及相關(guān)煤礦安全生產(chǎn)行業(yè)標準相關(guān)技術(shù)要求。
在系統(tǒng)升級改造前,該礦監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸采用的是傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)設備。在井下3 個變電所各安裝了1 臺KJJ103 型環(huán)網(wǎng)交換機,它們之間通過一條傳輸光纜進行相互連接,然后從中央變電所環(huán)網(wǎng)交換機上引出2 條光纜,通過各個井口與地面中心站進行連接,從而組成該礦井下安全監(jiān)測監(jiān)控環(huán)網(wǎng)。3 臺環(huán)網(wǎng)交換機通過RS485 轉(zhuǎn)換模塊與各監(jiān)測分站之間利用傳輸光纜進行單鏈路串聯(lián)鏈接和數(shù)據(jù)傳輸。改造前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸模式如圖1 所示。
圖1 改造前礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸模式Fig.1 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system before reconstruction
礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)在實際使用單鏈路串聯(lián)傳輸模式進行監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸時,雖然井下安裝的3臺環(huán)網(wǎng)交換機能夠保證其中1 臺交換機出現(xiàn)故障或斷開不會影響井下監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸,但各監(jiān)測分站利用RS485 單鏈路串聯(lián)模式,通過一條光纜進行數(shù)據(jù)傳輸時,當光纜或連接的某個分站出現(xiàn)故障或在光纜中間增加或拆除分站時,將會對該趟光纜上連接的所有監(jiān)測分站的數(shù)據(jù)傳輸都造成影響,處于中斷狀態(tài),從而導致井下傳感器不能實時將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心,造成地面監(jiān)控中心不能及時掌握井下各作業(yè)地點傳感器監(jiān)測的實時數(shù)據(jù),對煤礦安全生產(chǎn)不能起到有效安全保障。
2.2.1 技術(shù)路線
將礦井原安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)井上下環(huán)網(wǎng)交換機與各監(jiān)測監(jiān)控分站之間單鏈路串聯(lián)連接傳輸方式改換成采用雙鏈路連接傳輸模式。改造后的傳輸模式共使用2 種型號的網(wǎng)絡交換機,分別為KJ90-F16(B) 型和KJJ18(A) 型,其中KJJ18(A) 型網(wǎng)絡交換機主干網(wǎng)采用的是千兆工業(yè)環(huán)網(wǎng),其與各分站組網(wǎng)連接采用的是百兆工業(yè)環(huán)網(wǎng);KJ90-F16(B)型網(wǎng)絡交換機與各監(jiān)測分站組網(wǎng)傳輸采用的同樣是百兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)傳輸。
2.2.2 改造方案
在地面監(jiān)控中心安裝了2 臺交換機,在井下中央變電所安裝2 臺交換機,在夏店煤礦11 采區(qū)和13 采區(qū)變電所各安裝1 臺交換機,網(wǎng)絡交換機的型號為KJJ18(A) 型,這6 臺交換機均是通過光纜進行相互連接,然后從中央變電所安裝的2臺交換機上引出2 條光纜,從不同井口延伸出來到地面,與地面監(jiān)控中心連接,組成井上下安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)。系統(tǒng)改造后其傳輸系統(tǒng)如圖2 所示。
圖2 改造后礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸模式Fig.2 Monitoring data transmission mode of mine safety monitoring system after reconstruction
11 采區(qū)各個工作面安裝的各個瓦斯監(jiān)測分站距離相對較近且集中,它們是由11 采區(qū)變電所內(nèi)安裝的1 臺KJJ18(A) 型交換機上引出一條網(wǎng)線與變電所內(nèi)的KJJ90-F16(B) 型監(jiān)測分站進行連接,再由該監(jiān)測分站上引出一條光纜從11 采區(qū)軌道運輸巷內(nèi)鋪設過來與采區(qū)內(nèi)各個工作面進風巷和回風巷各監(jiān)測分站采用“手拉手”方式進行連接,然后光纜從11 采區(qū)膠帶運輸巷延伸到中央變電所,與中央變電所內(nèi)的KJJ18A 型網(wǎng)絡交換機進行連接,形成采區(qū)小環(huán)網(wǎng)互聯(lián)互通。
13 采區(qū)內(nèi)各個工作面安裝的各個瓦斯監(jiān)測分站距離相對較遠而且比較分散,它們是由13 采區(qū)變電所內(nèi)的KJJ18(A) 型網(wǎng)絡交換機通過光纜與13 采區(qū)變電所內(nèi)的KJJ90-F16(B) 型監(jiān)測分站進行連接,再由KJJ90-F16(B) 分站引出一條光纜從13 采區(qū)膠帶運輸巷鋪設出來后與13 采區(qū)工作面各個作業(yè)地點、硐室、水倉等地點的監(jiān)測分站采用“手拉手”式進行連接,再從13 采區(qū)軌道巷回到13 采區(qū)變電所KJJ18(A) 網(wǎng)絡交換機上,形成采區(qū)小型網(wǎng)絡互聯(lián)互通。
采用改造連接傳輸方式時,如果其中任意一條鏈路或分站點出現(xiàn)故障,其他分站監(jiān)測數(shù)據(jù)從備用鏈路傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心,從而確保監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性和實時性。
升級后的安全監(jiān)控系統(tǒng)配備監(jiān)控系統(tǒng)軟件服務器2 臺、監(jiān)控數(shù)據(jù)庫存儲服務器2 臺、瓦斯抽采服務器2 臺、上傳服務器2 臺、融合服務器1 臺、組網(wǎng)交換機2 臺、核心交換機2 臺、UPS 電源1 套及配套設施,井上下鋪設光纖18 660 m,安裝交換機10 臺。監(jiān)控系統(tǒng)服務器安裝有雙機熱備份軟件,具有雙機自動切換功能。
該系統(tǒng)設計最大容量可配裝分站255 臺,目前井下共計安裝監(jiān)測分站39 臺,甲烷傳感器115 臺,風速傳感器30 臺,CO 傳感器62 臺,溫度傳感器21 臺,以及其他如風向、饋電、風筒風量、煙霧等各類傳感器累計180 臺,對井下各種氣體參數(shù)及局扇開停等進行實時監(jiān)測。在地面監(jiān)控中心安裝監(jiān)控顯示終端2 臺,將監(jiān)控系統(tǒng)各種參數(shù)集中顯示在調(diào)度大廳內(nèi),供監(jiān)控值班人員進行參數(shù)設置等各種操作。
安全監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件設備嚴格按照《煤礦安全規(guī)程》、國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)的《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》、《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》 (AQ6201—2006) 的規(guī)定,進行設備安裝和參數(shù)設置,系統(tǒng)升級后在數(shù)字化傳輸、防護等級、抗干擾性、自診斷和自評估功能等方面符合相關(guān)規(guī)定及技術(shù)標準要求,監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定,斷電功能靈敏可靠,滿足礦井安全生產(chǎn)需要。
礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)改造后,經(jīng)過近半年投入使用,通過與改造前的系統(tǒng)進行對比,取得的效果主要有3 個方面。
(1) 改造后安全監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡連接采用環(huán)形式連接,解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡連接中易發(fā)生的“一點斷全網(wǎng)斷”弊端,為安全監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸提供了可靠的網(wǎng)絡保障。
(2) 井下瓦斯監(jiān)測分站監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸模式由單鏈路串聯(lián)傳輸改換為環(huán)形式雙鏈路網(wǎng)絡鏈接傳輸,完全解決了單鏈路傳輸時易發(fā)生的一個監(jiān)測分站或一處監(jiān)測線路發(fā)生故障或增減分站時,整個監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸都會中斷的問題,實現(xiàn)井下地點傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時穩(wěn)定傳輸,為井下安全生產(chǎn)提供了保障。
(3) 抗干擾能力顯著增強。經(jīng)過升級改造的傳感器和分站均實現(xiàn)數(shù)字化傳輸,有效解決了運行不穩(wěn)定的問題。
夏店煤礦通過對井下安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)鏈路傳輸及監(jiān)測分站進行升級改造,解決傳統(tǒng)單鏈路傳輸系統(tǒng)容易出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸中斷的弊端,使井下各作業(yè)地點傳感器能夠及時連續(xù)穩(wěn)定性的上傳監(jiān)測數(shù)據(jù),不僅為地面監(jiān)控中心能夠?qū)崟r掌握井下各地點安全生產(chǎn)信息,而且能夠為處理井下發(fā)生異常情況制定處置方案時提供科學有效的依據(jù),確保礦井安全生產(chǎn),具有極大的推廣應用價值。