煤礦安全監控系統技術改造方案實施

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摘要：針對傳統煤礦安全監控系統存在傳感器傳輸易受電磁干擾、各系統間聯動性差、設備智能化程度低的問題，對傳統的煤礦安全監控系統進行了技術升級改造。結合該煤礦的系統現狀，給出系統的總體架構方案，并對每部分的具體改造內容進行了說明，最后簡述該煤礦安全監控系統升級改造后的實際應用效果。目前該煤礦安全監控系統已改造完畢并投入使用，各方面性能指標皆得到了提升，具有一定的推廣應用價值。

關鍵詞：安全監控系統；技術升級改造；性能指標

煤礦安全監控系統在礦井煤礦開采過程中發揮著非常重要的作用，可對礦井的復雜工作環境進行監測、報警，有效預防礦井下的煤塵、瓦斯、火災等重要事故[1]，國家各級政府部門要求所有瓦斯礦井必須裝備安全監控系統。然而，原有安全監控系統在使用過程中存在一些缺陷，影響了系統的使用效果，例如：①傳輸模式缺陷：原有安全監控系統傳感器采用頻率/電流模擬信號傳輸，隨著井下大型機械設備的增多，在傳輸過程中容易受到電磁干擾產生誤報警；②各系統之間聯動性差：原有的安全監控系統、人員定位系統、語音擴播系統等來自于不同的供應商，導致各自的中心站軟件不同，系統之間沒有信息交互，聯動性差；③設備智能化程度低：設備無法根據自身工作狀態的識別及時提醒井上人員進行標校、維修、更換等操作[2]。綜上分析可看出非常有必要對煤礦安全監控系統進行技術升級改造。

1瑞龍煤礦安全監控系統現狀

該公司于2010年4月按照《煤礦安全監控系統及檢測儀器使用管理規范》（AQ1029-2007）要求，招標采購建設重慶梅安森科技股份有限公司的KJ73N型煤礦安全生產監控系統。主干網采用總線傳輸方式，監控分站與中心站通過RS485方式進行通信，傳感器與監控分站采用頻率/開關量模擬信號傳輸方式。表1為中心站設備配置情況，表2為井下設備安裝情況。

2系統技術升級改造方案總體架構

技術升級改造后的系統總體架構方案如圖1所示。圖中，中心站監控主機采用雙機熱備配置，監控主備機之間通過網線連接進行“心跳”監測，當主監控機發生故障時，備監控機自動啟動，切換時間小于30s，監測數據不丟失；監控主機接入局域網，局域網上的終端可通過WEB瀏覽進入實時監控畫面進行相關查詢、打印圖表等操作；主干網通過工業以太環網進行數據傳輸，監控分站與中心站可通過以太網或RS485方式進行數據傳輸；升級后的智能傳感器、斷電執行器與監控分站之間通過RS485通信方式進行連接。改造后的安全監控系統總體架構分為三層：第一層：由地面監控中心站及網絡終端組成。功能為：負責對井下工作設備進行實時控制，對監測數據進行智能分析處理、在線顯示和存儲等；負責實現監測數據的異地網絡通訊和實時共享。第二層：由各個井下監控分站組成。功能為：為智能傳感器進行集中供電；與地面中心站進行數據傳輸；對傳感器上傳的監測數據進行預處理及分類顯示；對斷電控制器進行控制。第三層：由各類終端設備組成，包括智能型數字傳感器、斷電控制器等。功能為：傳感器負責對井下的工作環境進行實時監測，同時將監測數據向上傳輸給監控分站，此外還具備就地顯示及超限報警功能；斷電控制器負責執行監控分站的斷電指令。

3安全監控系統具體改造內容

3.1機房設備及軟件升級改造

（1）充分利用機房現有的部分硬件設備，有效避免重復投資，包括：打印機、UPS、電源避雷器及聲光報警器等。為確保升級改造后的系統穩定性，將現有的2臺工控機升級為高性能工控機；將現有的2臺服務器升級為高性能服務器作為數據采集、存儲端；新增2臺聲光報警器，當系統發生故障時發出聲光報警信息。（2）將中心站軟件升級，增加多系統融合軟件1套；采用開源數據庫二次開發，不再單獨配置數據庫軟件。

3.2分站升級改造

將分站全部升級為具有獨立智能設備采集口的分站，通過RS485與智能傳感器、識別器通訊，同時分站防護等級達到IP65，滿足5號文抗電磁干擾要求。

3.3電源箱升級改造

電源箱全部進行更換，按照分站數量1∶1進行配置，同時備用10套電池以備后期更換，改造后的電源箱實際供電時間不低于4h。

3.4傳感器升級改造

傳感器改造為防護等級IP65的傳感器。礦井上下所有甲烷傳感器優先采用數字式低濃度甲烷傳感器，包括150107工作面（4臺）、150102工作面（3臺）、150202軌順（2臺）、150101探巷（2臺）及其他地點共計25臺數字式低濃度甲烷傳感器。所有采掘工作面及各皮帶機頭也都安裝了不同類型的數字傳感器，具體類型如表3所示。以上傳感器按照《煤礦安全規程》要求額外配置不低于20%的備用量，甲烷不低于180%備用量，CO傳感器200%備用。

3.5饋電斷電器升級改造

將饋電斷電器升級為具有數字化傳輸、滿足抗電磁干擾要求的智能饋電斷電器，共計11臺。3.6傳輸方式升級改造目前瑞龍礦安全監控系統采用電纜總線傳輸，結合實際情況，在井下中央2#變電所、膠帶機頭硐室、采區變電所、監控機房各設置1臺千兆環網交換機，監控調度機房設置2臺環網匯聚數據接口（一用一備），從而實現安全監控系統主干網采用工業以太網技術要求。表4所示為傳輸方式改造的具體內容安排。

4實際應用效果

安全監控系統在經過完整的技術升級改造后，取得了較好的升級改造效果：（1）改造后的系統以工業以太環網+RS485通信方式作為信息傳輸的主體骨架，提高了系統的數字化水平和抗干擾能力；同時擴展了豐富的數據接口，增加了多系統融合軟件，為多系統接入與數據融合提供了支持，提高了多系統的聯動性。（2）監控分站與傳感器、斷電控制器之間皆采用數字信號進行數據通訊，提升了數據傳輸的抗干擾能力，解決了“誤報、誤控”問題。

5結論

本文針對原有瑞龍煤礦安全監控系統的缺陷與不足，對系統進行了技術升級改造，改造后的系統有效解決了井下硬件設備故障率高、傳感器數據傳輸異常等問題；根據各系統標準數據接口格式，通過軟件實現了多個廠家各系統之間的聯動和數據交互；改造后的傳感器采用全智能型接口，具備自識別、自診斷和定期維護、標校提醒等功能，抗干擾能力強，提高了煤礦企業的安全生產管理水平和煤礦安全監控系統的智能化水平。

參考文獻：

[1]陳佩佩.煤礦安全監控系統升級改造實施要點探討[J].能源技術與管理,2019,44(6):11-12,77.

[2]馬龍.抗電磁干擾技術在煤礦監控系統中的應用[J].煤礦安全,2019,50(11):113-115.

作者：李光輝 單位：山西壽陽潞陽瑞龍煤業有限公司