东滩煤矿安全监控系统升级改造及应用

2018-11-15翟大臣冯清喜

山东煤炭科技 2018年11期

夏伟翟大臣冯清喜

（兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东邹城 273500）

东滩煤矿原使用的KJ31N安全监控系统是北京康斯培克环保系统设备有限公司在2006年对KJ75安全监控系统进行升级改造的系统，整个系统运行基本稳定，为东滩煤矿的安全生产发挥了重要作用。东滩煤矿根据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）、《山东煤矿安全监控系统升级改造技术方案实施标准》（鲁煤监技装〔2017〕70号）等相关文件要求，将原KJ31N安全监控系统升级改造为江苏三恒科技股份有限公司生产的KJ70X型安全监控系统。截至2018年8月底已完成新系统升级改造工作。

1 原有监控系统的状况

原有监控系统由地面中心站、干线扩展器、备用电源箱、区域控制器、各种传感器、监控器等设备组成，并于2013年对安全监控中心站设备及软件进行升级改造。目前系统运行稳定可靠，共分北风井、西风井、洗煤厂、一采区、三采区、十四采区、六采区（包括四采区）七条干线。地面中心站位于调度指挥中心，主要包括主机、备机、服务器、终端机、打印机、录音电话、UPS电源、干线转换分配器、网络交换机等设备。

2 改造的必要性

东滩煤矿原采用KJ31N煤矿安全监控系统，已累计运行11年。系统总体运行稳定，能够满足煤矿的安全需要，但与《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）、《山东煤矿安全监控系统升级改造技术方案实施标准》（鲁煤监技装〔2017〕70号）的通知要求相比尚存在如下不足：

（1）传感器能够适用于采掘工作面应用场所，但防护等级达不到IP65要求；

（2）系统具有预警、报警功能，但未达到分级报警要求；

（3）系统未实现与人员位置监测、应急广播等系统的融合；

（4）部分性能指标不满足要求；

（5）异地断电时间不超过60s，不能满足不超过断电40s的要求；

（6）系统巡检周期小于30s，不能满足小于巡检周期20s的要求；

（7）备用电源能维持断电后正常供电时间2h，不能满足供电4h的指标要求；

（8）无存储加密功能；

（9）系统主干网未采用工业以太网；

（10）未使用低功耗激光甲烷传感器。

3 系统升级改造主要内容

此次系统升级改造所包含的内容，围绕国家总局的指导性文件，共有13条主要功能。

3.1 传输数字化

东滩煤矿使用的KJ70X监控系统不仅所有模拟量传感器实现数字化传输（RS485），开停、风门、烟雾等开关量传感器也实现数字化传输（RS485）。

3.2 增强抗电磁干扰能力

KJ70X煤矿安全监控系统通过检验机构EMC相关检验，满足相关抗电磁干扰要求。

3.3 推广应用先进技术及装备

在几个重点工作面都安装了激光甲烷传感器，井下避险硐室安装了多参数传感器。传感器至中心站网络层级为3层：传感器→ 分站 → 中心站。

3.4 提升传感器防护等级

东滩煤矿安全监控系统所有模拟量传感器防护等级均为IP65。

3.5 完善报警、断电等控制功能

（1）东滩矿安全监控系统软硬件都实现分级报警，甲烷及一氧化碳传感器报警根据瓦斯浓度大小、超限持续时间、瓦斯超限范围等分为四级报警。

（2）目前甲烷及一氧化碳传感器已按要求实现四级声光报警，系统已在部分区域按照巷道布置实现逻辑报警。

（3）系统本地异地断电已经测试完成。系统具备区域断电功能，可以在地面中心站配置区域，本区域内的任意甲烷传感器报警都可以断开区域内的所有开关。如图1所示。

图1 区域断电功能显示页面

3.6 支持多网多系统融合

多系统的融合采用地面方式，在地面统一平台上和调度通信系统、应急广播系统、人员位置监测系统进行融合。目前已经完成监控系统与各系统的融合。

3.7 格式规范化

（1）系统主干线以及分站均采用专用工业以太网进行通讯。东滩矿监控系统布置了独立工业环网。分别在井下南翼、东翼、北翼组成三个环型网络，地面中心站机房配备了两台核心交换机。

（2）所有传感器至分站的有线传输采用RS485进行传输。

（3）东滩煤矿安全监控系统升级改造后，满足全省煤矿安全生产信息数据联网要求，可以按统一的数据格式将数据进行上传。如图2所示。

图2 工业以太环网示意图

3.8 增加自诊断、自评估功能

（1）系统已实现传感器、控制器的设置以及定义诊断和评估，当检测到传感器报警、断电、复电门限设置不满足相关标准及规定时能发出报警信息提示。

（2）系统已按要求设置甲烷、一氧化碳传感器标校提醒功能，软件上有报警信息提示。

（3）系统能够实现井下各监测点的所有类型的传感器以及分站、电源箱的状态检测和故障信息上传功能。系统数据库密码不正常、数据库连接失败、软件模块异常关闭以及工作异常时系统能发出异常信息提示。

3.9 加强数据应用分析

（1）系统已实现传感器标校期间的数据分析功能和异常数据分析功能。

（2）系统能提供瓦斯涌出量预测预警功能，火灾按照一氧化碳传感器及温度传感器进行配置；瓦斯涌出按照瓦斯浓度和风速及巷道横截面积进行配置。

在多系统融合平台的基础上实现应急联动功能。在紧急情况下自动与应急广播、人员位置、调度通信等系统应急联动。目前已经完成人员位置监测系统的融合，应急广播和调度通信的联动正在调试。

3.10 应急联动

在多系统融合平台的基础上实现应急联动功能。在紧急情况下自动与应急广播、人员位置、调度通信等系统应急联动。目前已经完成监控系统与各系统的融合。如图3所示。

图3 应急联动功能显示页面

3.11 提升系统性能指标

（1）系统巡检周期不超过10s。

（2）异地断电时间最短缩至5s。

（3）电源电池能维持断电后正常供电4h/8h。

（4）系统具有双机热备自动切换功能，切换时间小于30s。

（5）模拟量传输处理误差不超过0.5%。

（6）可实现6km远距离本安供电，不加中继。

（7）系统及分站具有断线续传功能。

（8）目前系统电源续航能力明显提高，所有分站电源的续航能力不低于4h。

（9）目前所有分站都具备断线续传功能。

3.12 增加加密存储要求

系统采用RSA加密法进行加密，后台运行。确保数据无法被破解篡改。

如图4所示。

图4 加密存储控制页面

3.13 方便用户使用、维护、培训

目前软件界面友好，方便调用，方便数据筛选、查询。按要求各软件操作、查询界面与主体软件布局一致。能实现数据列表自定义页面和供具体用户对其最关注的数据进行定制化显示等。

4 升级改造效果

目前，新系统已经完成全部设备、线缆的安装和敷设工作，共计安装环网交换机10台，分站48台，各类传感器445台，敷设、调整线缆6万余米，全部实现了采掘工作面、重点部位实时动态监测。新系统主干线采用专用工业以太网进行通讯，实现了传输数字化，增强了抗电磁干扰能力，分站、传感器、电源箱、环网交换机具备状态监测功能，分站具有断线续传功能，所有传感器防护等级均由IP54提升到IP65，传感器具备井下就地分级报警，具备逻辑报警等功能；系统多网多系统融合及三维立体显示功能已融合完毕，并符合各项标准。