導語：煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：針對汾西礦務局賀西煤礦KJ95N安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的一些不足進行了升級改造研究。通過升級改造，提高了該礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的技術性能、安全可靠性和應用水平。

關鍵詞：煤礦；安全監(jiān)控系統(tǒng)；應用；升級改造研究

煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機構、分站、傳輸接口、主機、系統(tǒng)軟件等構成，用來監(jiān)測CH4、CO、CO2、O2等氣體濃度，預防有毒有害氣體超限；監(jiān)控風壓、風筒、風門狀態(tài)及局部通風機開機停機等，保證礦井供風正常；具有當所監(jiān)控項目出現(xiàn)異常時自主報警、斷電閉鎖等功能。隨著煤礦技術的進步，監(jiān)控系統(tǒng)已趨于完善，但仍存在一些問題：監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)廠家產(chǎn)品眾多，但產(chǎn)品兼容性較差；系統(tǒng)功能存在缺陷，不能有效解決一些較低頻率發(fā)生的安全問題；傳感器使用壽命短、調校周期短，穩(wěn)定性和可靠性能不盡人意。因此，對于安全監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)研究和不斷試驗仍需進行大量的理論實踐。

1現(xiàn)有系統(tǒng)概況

賀西煤礦采用KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)已累計運行14a，系統(tǒng)總體使用穩(wěn)定，能滿足煤礦的安全需要，但依然存在如下不足：a)雖然傳感器能適用于采掘工作面應用場所，但防護等級達不到IP65要求；b)系統(tǒng)具有預警、報警功能，但未達到升級改造方案所要求的分級報警要求；c)系統(tǒng)可接入瓦斯抽放監(jiān)測、礦井壓力監(jiān)測、采空區(qū)監(jiān)測等系統(tǒng)，但多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合程度低，未實現(xiàn)井下多系統(tǒng)設備共纜通信，即井下設備級數(shù)據(jù)融合；d)部分性能指標不滿足要求：(a)異地斷電時間為2倍巡檢周期，在煤與瓦斯突出等極端情況下不能快速斷電，無法滿足煤礦安全生產(chǎn)要求；(b)備用電源能維持斷電后正常供電時間2h，不滿足4h的指標要求；(c)模擬量傳輸處理誤差不超過1%，不滿足不超過0.5%的指標要求；e)無存儲加密功能。因此，有必要對賀西煤礦在用KJ95N安全監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造。

2主要研究試驗內(nèi)容

a)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)快速異地斷電調度算法的研究。通過研究分析異地斷電的原理、目標及目前異地斷電的實現(xiàn)方法，形成異地斷電控制的新算法，原AQ6201—2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術要求中規(guī)定異地斷電時間不大于2個巡檢周期（60s），本項目形成的異地斷電控制算法保證異地斷電控制能在10s之內(nèi)完成；b)基于無主模式的新型安全監(jiān)控系統(tǒng)架構研究。該系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場總線的無主采集方式，計算機與傳輸接口（含智能網(wǎng)關）通過以太網(wǎng)連接，計算機不再作為巡檢主機對分站進行一一巡檢并得到分站的回復，智能網(wǎng)關替代了計算機的功能來巡檢分站，并將得到的數(shù)據(jù)直接上傳給計算機，無需等待，從而加快響應時間；c)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)大容量數(shù)據(jù)壓縮傳輸、存儲算法的研究。通過分析目前監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的特點，研究系統(tǒng)數(shù)據(jù)的壓縮算法，使系統(tǒng)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)均為有用數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大大減小，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?；d)傳感器、電源等設備智能識別即插即用方法的研究。系統(tǒng)的各組成設備正常安裝后，傳感器、執(zhí)行器、電源等設備通過即插即用的方式，將編碼的設備信息數(shù)據(jù)發(fā)送至分站及業(yè)務主機，完成設備的即插即用，通過地面軟件簡單操作，即可完成設備配置投入工作；e)分級報警模型及傳感器實現(xiàn)方法的研究。通過對建立分級報警模型及傳感器實現(xiàn)方法的研究，形成新的傳感器報警機制。根據(jù)系統(tǒng)對傳感器分級報警點的設定，系統(tǒng)及傳感器均實現(xiàn)分級報警；f)井下多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合裝置研究。研究一款低功耗、運算速度快、數(shù)據(jù)存儲容量大、具有有線與無線接口且抗干擾能力強的采集裝置，實現(xiàn)井下多個異構系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制，能適應于井下干擾大、環(huán)境惡劣的工況條件，并能24h連續(xù)穩(wěn)定可靠工作；g)井下安全監(jiān)控類系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息融合傳輸方法研究。針對井下不同安全監(jiān)控類系統(tǒng)的性能、功能特點，及井下礦井巷道管狀結構、復雜惡劣干擾工況環(huán)境對系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，研究基于不同異構網(wǎng)絡的傳輸控制方法，尤其在低速傳輸鏈路條件下的數(shù)據(jù)傳輸調度算法，在已承載不同系統(tǒng)不同傳輸帶寬、傳輸速率大小容量數(shù)據(jù)包情況下，滿足各類系統(tǒng)性能及功能中對數(shù)據(jù)傳輸實時性的要求。

3研究的總體設計

系統(tǒng)傳輸采用典型工業(yè)環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線傳輸架構，采用目前煤礦應用比較成熟的RS485總線，該總線抗干擾能力強，網(wǎng)絡拓撲符合煤礦現(xiàn)場應用，系統(tǒng)工作原理采用多主結構、事件主動上傳、傳輸壓縮算法機制，縮短系統(tǒng)的巡檢周期和異地斷電時間，實現(xiàn)窄帶優(yōu)先傳輸和斷線續(xù)傳。開發(fā)無線信號轉換器，接收人員定位信號，無線傳輸后自動接入系統(tǒng)，以實現(xiàn)多系統(tǒng)井下的鏈路融合。在部分采掘工作面、回風流及總回風處安裝激光甲烷傳感器，滿足煤礦對新設備應用的要求，傳感器防護等級提高到IP65，提高傳感器工作的穩(wěn)定性與可靠性。煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)改造方案采用更換關鍵設備的方式，如分站、電源，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化傳輸，根據(jù)煤礦實際情況安裝數(shù)字式傳感器，實現(xiàn)多系統(tǒng)融合。a)地面部分。為了確保多系統(tǒng)融合的處理時效和安全，地面部分需要建設一套軟件平臺和硬件平臺。主要包含監(jiān)控主備機、數(shù)據(jù)融合服務器和監(jiān)控系統(tǒng)軟件等，并安裝大容量數(shù)據(jù)庫SQLServer2012標準版。監(jiān)控主機的配置不低于：I7處理器/16GB內(nèi)存/3個千兆網(wǎng)卡/1GB獨顯/2TB硬盤/22寸16∶9顯示器/Win1064位操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)融合采用冗余服務器，在冗余服務器安裝融合平臺，實現(xiàn)工業(yè)環(huán)網(wǎng)和辦公網(wǎng)內(nèi)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與WEB（萬維網(wǎng)）；b)主干傳輸系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建設一套百兆環(huán)網(wǎng)來滿足新安全監(jiān)測系統(tǒng)使用。地面部分采用天地（常州）自動化股份有限公司2臺CJJ02地面環(huán)網(wǎng)接入器（配置7個～8個光口組環(huán)、RS485口/1個～6個以太網(wǎng)電口，可通過跳接片任意設置。以太網(wǎng)電口，速率10Mbit/s自適應；RS485口，速率1200bit/s），安裝在機房，方便主備機、服務器等設備的接入，同時方便地面洗煤廠等監(jiān)控分站的接入。井下部分采用天地（常州）自動化股份有限公司8臺KJJ32交換機，該交換機內(nèi)置4路百兆光口，4路百兆電口與4路智能網(wǎng)關接口復用，分別安裝在井下中央變電所、中央水倉變電所及皮帶變電所等位置。井上下設備組成一套百兆環(huán)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定；c)現(xiàn)場分站、電源技術研究。監(jiān)控分站是監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分，無論在功能上還是位置上，在系統(tǒng)中都起到了承上啟下的作用。它主要完成數(shù)據(jù)采集及預處理、邏輯控制輸出和與上下級設備通訊的功能。作為一個重要的數(shù)據(jù)處理單元，可以在主干傳輸網(wǎng)絡不通的情況下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲，并在傳輸恢復正常后完成斷點續(xù)傳。為了滿足新一代監(jiān)控系統(tǒng)的要求，滿足相關行業(yè)標準、國家文件的要求，本次改造需升級分站和更換部分電源；d)傳感器升級研究。為滿足監(jiān)控系統(tǒng)升級改造要求，對監(jiān)控系統(tǒng)用傳感器進行了以下多個方面的研究設計：傳感器實現(xiàn)數(shù)字化（風門開關除外）；外殼防護等級由IP54提升至IP65；EMC（電磁兼容）抗干擾等級提高至抗電磁輻射2級、群脈沖3級、浪涌3級；防爆形式由Exib/Exdib升級為Exia/Exdia（Ex代表防爆電氣產(chǎn)品；ia即在正常工作、1個和2個故障時均不能點燃爆炸性氣體混合物；ib即在正常工作和1個故障時不能點燃爆炸性氣體混合物；ia安全等級高于ib）；傳感器傳輸距離延長至6km；增加欠壓、故障、斷線、重啟等自診斷功能；實現(xiàn)智能識別，即插即用。

4經(jīng)濟及社會效益

4.1經(jīng)濟效益新系統(tǒng)采用的環(huán)網(wǎng)結構及具備的自診斷功能，減少了故障處理時間和維護人員，提高了工作效率；采用的激光甲烷傳感器，降低了標校維護工作量。按減少維護人員5人、年人工綜合成本6×104元計算，每年可節(jié)約人工成本30×104元，實現(xiàn)減員提效。數(shù)字化傳感器的使用，減少了CH4誤報警次數(shù)和斷電次數(shù)，縮短了停電事故影響時間，提高了生產(chǎn)效率。數(shù)字信號傳輸減少了線纜的重復敷設，降低了礦井生產(chǎn)成本。礦井每年敷設線纜約15000m，按線纜輻射量減少40%計算，減少線纜敷設約6000m，按5元/m計算，年節(jié)約資金約3×104元。4.2社會效益新技術和新裝備的使用，使安全監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加真實可靠，為礦井安全生產(chǎn)提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。新技術和新裝備的使用，促進了礦井安全技術裝備水平的提升，使礦井淘汰模擬信號，實現(xiàn)數(shù)字化礦山目標，為礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展打下了堅實基礎。多系統(tǒng)融合、報警聯(lián)動功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的綜合分析和利用，為應急救援提供了參考依據(jù)，進一步提高了礦井的災害預防能力及應急救援水平。技改項目的實施，為集團公司其他礦井升級改造提供了參考經(jīng)驗，為煤炭行業(yè)安全監(jiān)測升級改造提供了現(xiàn)場應用依據(jù)，為國家相關法律法規(guī)的推行打下了堅實基礎。

5結語

分析了賀西煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題，在技術上提出了優(yōu)化的具體方案，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，在本質安全方面有了較高的提升，并且在一定程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本，為煤礦智慧礦山的發(fā)展提供了理論和實踐的支持。

作者:梁發(fā)明 單位:汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)