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

摘要：針對(duì)汾西礦務(wù)局賀西煤礦KJ95N安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的一些不足進(jìn)行了升級(jí)改造研究。通過(guò)升級(jí)改造，提高了該礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)性能、安全可靠性和應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞：煤礦；安全監(jiān)控系統(tǒng)；應(yīng)用；升級(jí)改造研究

煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)一般由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、分站、傳輸接口、主機(jī)、系統(tǒng)軟件等構(gòu)成，用來(lái)監(jiān)測(cè)CH4、CO、CO2、O2等氣體濃度，預(yù)防有毒有害氣體超限；監(jiān)控風(fēng)壓、風(fēng)筒、風(fēng)門(mén)狀態(tài)及局部通風(fēng)機(jī)開(kāi)機(jī)停機(jī)等，保證礦井供風(fēng)正常；具有當(dāng)所監(jiān)控項(xiàng)目出現(xiàn)異常時(shí)自主報(bào)警、斷電閉鎖等功能。隨著煤礦技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)控系統(tǒng)已趨于完善，但仍存在一些問(wèn)題：監(jiān)測(cè)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(wèn)題；傳感器使用壽命短、調(diào)校周期短，穩(wěn)定性和可靠性能不盡人意。因此，對(duì)于安全監(jiān)控系統(tǒng)的持續(xù)研究和不斷試驗(yàn)仍需進(jìn)行大量的理論實(shí)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(jì)運(yùn)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(yīng)用場(chǎng)所，但防護(hù)等級(jí)達(dá)不到IP65要求；b)系統(tǒng)具有預(yù)警、報(bào)警功能，但未達(dá)到升級(jí)改造方案所要求的分級(jí)報(bào)警要求；c)系統(tǒng)可接入瓦斯抽放監(jiān)測(cè)、礦井壓力監(jiān)測(cè)、采空區(qū)監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)，但多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合程度低，未實(shí)現(xiàn)井下多系統(tǒng)設(shè)備共纜通信，即井下設(shè)備級(jí)數(shù)據(jù)融合；d)部分性能指標(biāo)不滿足要求：(a)異地?cái)嚯姇r(shí)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(wú)法滿足煤礦安全生產(chǎn)要求；(b)備用電源能維持?jǐn)嚯姾笳９╇姇r(shí)間2h，不滿足4h的指標(biāo)要求；(c)模擬量傳輸處理誤差不超過(guò)1%，不滿足不超過(guò)0.5%的指標(biāo)要求；e)無(wú)存儲(chǔ)加密功能。因此，有必要對(duì)賀西煤礦在用KJ95N安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

2主要研究試驗(yàn)內(nèi)容

a)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)快速異地?cái)嚯娬{(diào)度算法的研究。通過(guò)研究分析異地?cái)嚯姷脑?、目?biāo)及目前異地?cái)嚯姷膶?shí)現(xiàn)方法，形成異地?cái)嚯娍刂频男滤惴?，原AQ6201—2006煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求中規(guī)定異地?cái)嚯姇r(shí)間不大于2個(gè)巡檢周期（60s），本項(xiàng)目形成的異地?cái)嚯娍刂扑惴ūＷC異地?cái)嚯娍刂颇茉?0s之內(nèi)完成；b)基于無(wú)主模式的新型安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)研究。該系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線的無(wú)主采集方式，計(jì)算機(jī)與傳輸接口（含智能網(wǎng)關(guān)）通過(guò)以太網(wǎng)連接，計(jì)算機(jī)不再作為巡檢主機(jī)對(duì)分站進(jìn)行一一巡檢并得到分站的回復(fù)，智能網(wǎng)關(guān)替代了計(jì)算機(jī)的功能來(lái)巡檢分站，并將得到的數(shù)據(jù)直接上傳給計(jì)算機(jī)，無(wú)需等待，從而加快響應(yīng)時(shí)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(chǔ)算法的研究。通過(guò)分析目前監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，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(shè)備智能識(shí)別即插即用方法的研究。系統(tǒng)的各組成設(shè)備正常安裝后，傳感器、執(zhí)行器、電源等設(shè)備通過(guò)即插即用的方式，將編碼的設(shè)備信息數(shù)據(jù)發(fā)送至分站及業(yè)務(wù)主機(jī)，完成設(shè)備的即插即用，通過(guò)地面軟件簡(jiǎn)單操作，即可完成設(shè)備配置投入工作；e)分級(jí)報(bào)警模型及傳感器實(shí)現(xiàn)方法的研究。通過(guò)對(duì)建立分級(jí)報(bào)警模型及傳感器實(shí)現(xiàn)方法的研究，形成新的傳感器報(bào)警機(jī)制。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)傳感器分級(jí)報(bào)警點(diǎn)的設(shè)定，系統(tǒng)及傳感器均實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)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(yùn)算速度快、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大、具有有線與無(wú)線接口且抗干擾能力強(qiáng)的采集裝置，實(shí)現(xiàn)井下多個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制，能適應(yīng)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(lèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息融合傳輸方法研究。針對(duì)井下不同安全監(jiān)控類(lèi)系統(tǒng)的性能、功能特點(diǎn)，及井下礦井巷道管狀結(jié)構(gòu)、復(fù)雜惡劣干擾工況環(huán)境對(duì)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，研究基于不同異?gòu)網(wǎng)絡(luò)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(diào)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(lèi)系統(tǒng)性能及功能中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的要求。

3研究的總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)傳輸采用典型工業(yè)環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸架構(gòu)，采用目前煤礦應(yīng)用比較成熟的RS485總線，該總線抗干擾能力強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞厦旱V現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，系統(tǒng)工作原理采用多主結(jié)構(gòu)、事件主動(dòng)上傳、傳輸壓縮算法機(jī)制，縮短系統(tǒng)的巡檢周期和異地?cái)嚯姇r(shí)間，實(shí)現(xiàn)窄帶優(yōu)先傳輸和斷線續(xù)傳。開(kāi)發(fā)無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)換器，接收人員定位信號(hào)，無(wú)線傳輸后自動(dòng)接入系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)井下的鏈路融合。在部分采掘工作面、回風(fēng)流及總回風(fēng)處安裝激光甲烷傳感器，滿足煤礦對(duì)新設(shè)備應(yīng)用的要求，傳感器防護(hù)等級(jí)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(guān)鍵設(shè)備的方式，如分站、電源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)字化傳輸，根據(jù)煤礦實(shí)際情況安裝數(shù)字式傳感器，實(shí)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(shí)效和安全，地面部分需要建設(shè)一套軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)。主要包含監(jiān)控主備機(jī)、數(shù)據(jù)融合服務(wù)器和監(jiān)控系統(tǒng)軟件等，并安裝大容量數(shù)據(jù)庫(kù)SQLServer2012標(biāo)準(zhǔn)版。監(jiān)控主機(jī)的配置不低于：I7處理器/16GB內(nèi)存/3個(gè)千兆網(wǎng)卡/1GB獨(dú)顯/2TB硬盤(pán)/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(wù)器，在冗余服務(wù)器安裝融合平臺(tái)，實(shí)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(wàn)維網(wǎng)）；b)主干傳輸系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，建設(shè)一套百兆環(huán)網(wǎng)來(lái)滿足新安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用。地面部分采用天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司2臺(tái)CJJ02地面環(huán)網(wǎng)接入器（配置7個(gè)～8個(gè)光口組環(huán)、RS485口/1個(gè)～6個(gè)以太網(wǎng)電口，可通過(guò)跳接片任意設(shè)置。以太網(wǎng)電口，速率10Mbit/s自適應(yīng)；RS485口，速率1200bit/s），安裝在機(jī)房，方便主備機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備的接入，同時(shí)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(dòng)化股份有限公司8臺(tái)KJJ32交換機(jī)，該交換機(jī)內(nèi)置4路百兆光口，4路百兆電口與4路智能網(wǎng)關(guān)接口復(fù)用，分別安裝在井下中央變電所、中央水倉(cāng)變電所及皮帶變電所等位置。井上下設(shè)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(chǎng)分站、電源技術(shù)研究。監(jiān)控分站是監(jiān)控系統(tǒng)中的重要組成部分，無(wú)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(yù)處理、邏輯控制輸出和與上下級(jí)設(shè)備通訊的功能。作為一個(gè)重要的數(shù)據(jù)處理單元，可以在主干傳輸網(wǎng)絡(luò)不通的情況下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并在傳輸恢復(fù)正常后完成斷點(diǎn)續(xù)傳。為了滿足新一代監(jiān)控系統(tǒng)的要求，滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家文件的要求，本次改造需升級(jí)分站和更換部分電源；d)傳感器升級(jí)研究。為滿足監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造要求，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)用傳感器進(jìn)行了以下多個(gè)方面的研究設(shè)計(jì)：傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化（風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)除外）；外殼防護(hù)等級(jí)由IP54提升至IP65；EMC（電磁兼容）抗干擾等級(jí)提高至抗電磁輻射2級(jí)、群脈沖3級(jí)、浪涌3級(jí)；防爆形式由Exib/Exdib升級(jí)為Exia/Exdia（Ex代表防爆電氣產(chǎn)品；ia即在正常工作、1個(gè)和2個(gè)故障時(shí)均不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物；ib即在正常工作和1個(gè)故障時(shí)不能點(diǎn)燃爆炸性氣體混合物；ia安全等級(jí)高于ib）；傳感器傳輸距離延長(zhǎng)至6km；增加欠壓、故障、斷線、重啟等自診斷功能；實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別，即插即用。

4經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益

4.1經(jīng)濟(jì)效益新系統(tǒng)采用的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及具備的自診斷功能，減少了故障處理時(shí)間和維護(hù)人員，提高了工作效率；采用的激光甲烷傳感器，降低了標(biāo)校維護(hù)工作量。按減少維護(hù)人員5人、年人工綜合成本6×104元計(jì)算，每年可節(jié)約人工成本30×104元，實(shí)現(xiàn)減員提效。數(shù)字化傳感器的使用，減少了CH4誤報(bào)警次數(shù)和斷電次數(shù)，縮短了停電事故影響時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。數(shù)字信號(hào)傳輸減少了線纜的重復(fù)敷設(shè)，降低了礦井生產(chǎn)成本。礦井每年敷設(shè)線纜約15000m，按線纜輻射量減少40%計(jì)算，減少線纜敷設(shè)約6000m，按5元/m計(jì)算，年節(jié)約資金約3×104元。4.2社會(huì)效益新技術(shù)和新裝備的使用，使安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)更加真實(shí)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(shù)和新裝備的使用，促進(jìn)了礦井安全技術(shù)裝備水平的提升，使礦井淘汰模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山目標(biāo)，為礦山物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。多系統(tǒng)融合、報(bào)警聯(lián)動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的綜合分析和利用，為應(yīng)急救援提供了參考依據(jù)，進(jìn)一步提高了礦井的災(zāi)害預(yù)防能力及應(yīng)急救援水平。技改項(xiàng)目的實(shí)施，為集團(tuán)公司其他礦井升級(jí)改造提供了參考經(jīng)驗(yàn)，為煤炭行業(yè)安全監(jiān)測(cè)升級(jí)改造提供了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用依據(jù)，為國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的推行打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5結(jié)語(yǔ)

分析了賀西煤礦安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，在技術(shù)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(zhì)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(shí)踐的支持。

作者:梁發(fā)明 單位:汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)