杨村煤矿KJ90X安全监测监控系统升级改造

邵光磊 唐耀勇 张 皓

(兖州煤业杨村煤矿，山东 济宁 272118)

1 矿井概况

杨村煤矿位于兖州煤田西北部边缘，地质构造复杂，断层多，水量大，历年来皆为低瓦斯矿井。该矿目前开采二迭纪山西组的3层煤和该纪太原群的16上层煤和17层煤。3层煤平均厚度7.94m，16上层煤平均厚度1.16m，17层煤平均厚度1.05m，各煤层均有爆炸性，煤尘爆炸指数分别为：16上层煤44.33%，17层煤44.91%，3层煤40.63%。各煤层中自然发火倾向等级为：16上煤、17煤为三类不易自燃，3煤为二类自燃，自然发火期3～6个月。2016年矿井相对瓦斯涌出量0m3/t，二氧化碳相对涌出量3.45m3/t；矿井绝对瓦斯涌出量0m3/min，二氧化碳绝对涌出量5.81m3/min。

2 监控系统现状和改造的必要性

杨村煤矿现运行的监控系统为中煤科工集团重庆研究院有限公司生产的KJ90NB型安全监控系统，目前有监控分站36台、开关量传感器62台、模拟量传感器168台、馈电断电器20台；监控主机采用主备机双机热备方式，安装Windows2003操作系统、SQLServer2000数据库管理软件和KJ90NB型煤矿安全监控系统软件。系统已累计运行16年。系统总体使用稳定，但与《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的通知（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》的通知（鲁煤监技装〔2017〕70号）的要求相比，在系统数字化传输、抗干扰性能、分级报警和断电、多系统融合、自诊断功能等方面尚存在不符合要求的情况。

3 监控系统升级改造后实现功能

杨村煤矿安全监控系统升级后，具有如下功能特点：

（1）模拟量传感器到分站数据传输实现数字化，设计传感器使用RS485总线传输技术，数据传输采用CRC16校验，确保数据传输的可靠性。

（2）改造更换的分站及传感器通过浪涌、静电、群脉冲及辐射等抗干扰认证，且系统取得抗干扰安标认证。

（3）现有的传输方式为总线型传输方式，需要进行升级改造成环网，设计的系统传输平台采用工业以太环网+总线技术，实现多路数据并行快速传输。

（4）设计的分站、传感器防护等级均达到IP65，满足在恶劣环境中能正常工作,电源持续时间可以达到4h要求。

（5）系统具备接入无线传感器功能。

（6）KJ90X软件实现了分级报警，可设置最多5级，可根据颜色区别级别，同时具有瓦斯异常变化识别及筛选功能，可将异常变化的瓦斯传感器快速筛选出来并形成报表；软件支持逻辑点报警功能，可根据用户实际需求编辑开关量或模拟量测点，形成新的逻辑测点，并支持对逻辑测点报警或断电设置；设计所有涉及断电的测点均具有馈电功能，同时可根据具体断电需求，实现通过分站完成交叉断电功能，确保断电的可靠性；软件支持多个断电点设置，可在紧急情况下实现区域断电。传感器的报警响度达到80dB，声光报警频率可实现4级，使用不同频率进行区分。

（7） KJ90X软件完善了逻辑报警功能，用户可根据实际业务应用进行自定义配置。

（8） KJ90X安全监控平台发布了《安全监控系统数据融合及联动交互数据规范》，人员定位、广播及电力子系统厂家按照该规范要求提供数据，即可方便实现融合联动，联动预案及参数可设置。

（9）系统具有自诊断评估功能。智能传感器实现了类型识别，当出现中心站软件定义的传感器类型与实际挂接的传感器类型不一致时，软件能进行类型不匹配报警，同时不保存采集的异常数据。如图1所示。

图1 传感器挂接不匹配提示

（10）实现数据分析及应用。传感器标校数据分析；异常数据分析；大数据分析。

（11）对数据实施加密存储。

（12）可实现多系统融合及融合展示。多系统融合的目的是要将安全监控平台相关子系统的数据集成融合到安全监控平台中，实现实时数据的融合展示、分析和利用，支持WEB浏览。如图2、图3所示。

4 改造技术方案

根据杨村煤矿实际，本次系统改造设计以满足《煤矿安全规程（2016版）》及《安全监控系统升级改造方案》要求，本着经济、节约的原则，避免重复投资，坚持旧设备最大化利用的原则进行。主要改造内容包含机房设备及软件改造、传感器改造、分站改造、环网平台改造、馈电断电器改造5个部分。具体改造方案如下：

（1）机房设备及软件改造。采用部分设备更换及软件升级相结合的方式，新安装融合软件、上传软件、地面声光报警器、网络防火墙、融合服务器等设备；

（2）传感器改造。将矿井所有模拟量传感器全部改造升级为具备数字通讯功能、具备抗干扰能力、具备IP65防护等级的传感器。开关量传感器及断电控制器未要求采用数字传输，本次监控系统升级改造只对不具备抗干扰能力的开关量传感器进行更换。线缆：由于改造时，绝大部分线缆能重复使用，只需调整部分线缆与传感器的接线方式；

（3）分站改造。在原分站安装地点一对一更换监控分站，本次升级改造采用全新设计的KJ90-F16(C)总线型分站，分站具有6条总线，其中4条总线用于各类传感器的接入，1条用于与监控主机的通讯，1条用于与其他智能设备的连接。通过系统优化，将部分分站合并，提高分站端口利用率，将井下35台分站合并为23台，减少升级改造费用；

（4）馈电断电器改造。符合升级改造要求，采用部分更换的方式；

（5）环网平台改造。其中主干线缆应当分设两条，从副井井筒的两侧保持一定间距进入井下。新建设监控系统百兆环网一套，本次升级在监控机房布置1台KJJ220地面输出本安型交换机，并在井下中央变电所、南副巷变电所、三煤变电所各布置1台KJJ15(A)矿用本安型网络交换机，并形成光纤冗余环网。

图2 二维GIS融合展示

图3 web浏览融合展示界面

5 升级后的系统

KJ90X煤矿安全监控系统采用先进的分布式处理模式，能充分发挥各部分设备的性能优势，结构简洁，可操作性强，便于系统的日常维护及管理。系统主干连接为树型结构，安装扩展简单。因此本方案设计为分层结构，具体组成如图4所示。

图4 KJ90X煤矿安全监控系统结构示意图

6 结束语

杨村煤矿安全监控系统升级改造后，系统功能有了很大提高，维护操控更加规范化，提高了煤矿安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，有效控制和减少了煤矿瓦斯事故，在降低矿井灾害方面发挥了重要作用，保障了矿井的安全生产。