安全监控系统升级改造在安全生产中的实践与应用

李步明 燕太喜 杨 绪

（临沂安泰能源有限公司，山东 临沂 276000）

根据国家煤监局《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）和山东煤监局《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〔2016〕70号）文件，2017年12月公司对原安全监控系统进行了升级改造，建成了千兆工业以太环网，由原来模拟传输升级为数字传输，经过半年多的运行，稳定性和可靠性进一步提升，杜绝了监测数据不准确的现象，为矿井的安全生产奠定了可靠的技术基础。

1 监测监控系统的基本情况

临沂安泰能源有限公司2002年2月安装KJ70安全监控系统，2007年10月升级为KJ70N安全监控系统，该系统采用电缆传输，抗干扰性差，传感器采用催化元件，敏感度低，误差较大，维护工程量较大，但该系统自安装运行以来基本稳定可靠，为矿井的安全生产提供了有力的安全保障。

2016年国家煤监局印发了《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》，2017年山东煤监局制定了《山东煤矿安全监控系统升级改造技术方案实施标准》，根据国家、省局的要求，公司对照标准请有关厂家就如何对矿井安全监控系统升级改造工作进行了研究分析，会同厂家制定出了安全监控系统升级改造技术方案。2017年12月开始对安全监控系统进行全面彻底升级改造，由KJ70N升级为KJ70X系统。2018年4月安全监控系统升级改造工作全部完成。

2 监控系统改造后性能及地面配置

升级改造后的安全监控系统选用先进成熟的高级编程软件，操作简单，功能强大，界面美观，并具有语音报警功能。实现全数字化传输，具有自诊断、突出报警功能，能够实现数据融合、应急联动，监控系统设备具备抗干扰能力，运行更加稳定可靠。全面升级后的KJ70X，以工业以太环网加现场总线作为系统的信息传输平台，系统利用工业以太网平台的快速通道实现多主并发通讯技术，使系统在设备抗干扰、实时性、可靠性、稳定性、扩展性、数字化、数据分析应用、数据融合、新技术应用等方面技术水平进一步提升。

2.1 工业以太环网传输

矿井建有千兆工业以太环网，在地面机房安设核心交换机、井下安装KJJ63环网交换机4台，井上下敷设光纤6000余米，形成了千兆工业以太环网。矿井工业以太环网的应用，实现了安全监控系统、人员定位系统和数字广播系统传输一体化，提升了传输速度和抗干扰能力。

2.2 地面机房配置

地面机房是监控系统的信息处理中心。

地面机房配置监控主机5台，通过工业以太环网与地面、井下监控分站、定位分站、广播分站通信，负责系统的运行，参数的设置和控制，实时采集处理数据、显示、编辑、存储、查询和打印等任务。

地面机房配置服务器，由监控主机将监控数据传输到服务器，实现多网系统的融合。目前融合的系统有安全监控、人员定位、调度广播和调度电话。

地面机房配备2kVA 4h UPS不间断电源，保证在主电网停电后备用电源连续工作达到4h以上。电源具有防雷保护装置，系统具有良好的防雷措施。

3 监控系统配置

（1）KJ70X安全监控系统配置：① 监控主机、网络及软件；②环网交换机、光缆和电缆；③ 供电电源及监控分站；④ 各种传感器及执行器。

系统装备了监控主机2台（1用、1备）、敷设光缆6000余米、监控分站22台（其中综合分站9台）、供电电源22台、激光甲烷传感器36台、一氧化碳传感器12台、温度传感器15台、负压传感器2台、粉尘传感器10台、水位传感器5台、风速传感器15台、开停传感器36台、馈电传感器16台、断电执行器16台、风门传感器18台、多参数传感器2台、风筒传感器10台、压力传感器1台、流量传感器1台。

（2）KJ128A人员定位系统配置：① 监控主机、网络及软件； ②环网交换机、光缆和电缆；③ 供电电源、传输分站、读卡分站；④ 定位标识卡。

系统装备了综合分站9台、供电电源9台、读卡分站56台、标识卡450张。

（3）KT425调度广播系统配置：① 监控主机、网络及软件； ②环网交换机、光缆和电缆；③ 供电电源、主广播、副广播。

系统装备了11台主音箱、26台副音箱、供电电源11台。

4 监控系统升级改造后的技术特征

（1）传输数字化

矿井安全监控系统全部以工业以太环网作为系统的信息传输平台，分站与分站间采用光缆传输，井下所有模拟量传感器和分站之间传输采用全数字化，使用RS485现场总线方式通讯。

（2）增强抗电磁干扰能力（表1）

表1 改造前后抗电磁干扰能力的标准对比

（3）先进传感器技术和装备

升级改造后的监控系统甲烷传感器全部选用激光甲烷传感器（激光甲烷传感器36台、多参数传感器2台，粉尘传感器10台）。更换的传感器外壳采用不饱和聚脂工程塑料，防护等级达到IP65，提升了设备的环境适应性，减少设备故障率和维护量。

（4）系统实现分级报警、逻辑报警、就地断电、异地断电控制

升级改造后的安全监控系统实现了分级报警，根据瓦斯浓度高低、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，根据不同的报警级别，实施分级响应。推行逻辑报警，系统会根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，保证监控系统的正常使用。远程本地、异地区域断电，可根据矿井需要自行设定断电区域。

（5）系统实现了多系统融合

地面实现了安全监控、人员定位、通信联络（应急广播、调度电话）的融合，井下现场实现了人员定位和安全监控系统的融合，将进一步完善供电监控、工业电视录像系统的融合。

（6）系统主干网采用工业以太网传输，支持联网并按要求格式上传。

（7）系统实现自诊断、自评估功能

① 传感器、控制器的设置及定义；② 模拟量传感器维护、定期未标校提醒；③ 控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；④ 中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。

（8）数据应用分析

① 伪数据标注及异常数据分析；② 瓦斯涌出、火灾等的预测预警；③ 大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；④ 可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。

（9）应急联动，瓦斯超限报警情况下，自动与人员定位、应急广播、调度电话等系统的联动。

（10）系统巡检周期不超过20s，异地断电不超过40s，备用电源能维持断电后工作4h以上，双机热备自动切换。

（11）系统采用RSA加密算法对数据进行加密，防止数据被篡改。

5 升级改造后效果检验

（1）安全监控系统升级改造工作，进一步提升了矿井的装备水平，安全监测监控系统实现了信息化、智能化、自动化、网络化、一体化。

（2）系统以工业以太环网进行架构，安全监控系统、人员定位系统、应急广播系统使用统一的传输平台，分站级设备自带网络接口，传感器更换为数字式传感器，能够在复杂的电磁环境中，保持数据准确稳定的上传至地面监控主机。

（3）综合分站、总线式传感器的应用减少了现场重复布线的工作量，节约了材料成本。

（4）激光甲烷传感器的投入使用，取代了催化燃烧式甲烷传感器，抗干扰能力增强，不受井下环境因素的干扰，监测的甲烷数据更准确、可靠。

（5）实现了多网融合，三维立体图集中显示了人员定位、安全监控、通信联络系统的监测数据，实时全面掌握矿井安全生产环境变化。

（6）实现了应急联动功能，在瓦斯超限报警情况下，通过监控主机发出报警信息与人员定位、调度广播、调度电话实现应急联动，有效地提升了矿井事故预警和应急处置能力。

6 结语

系统通过全面彻底的升级改造后，经过半年的运行，系统运行安全、平稳、可靠。随着安全监控系统的升级改造、完善，安全监控系统自动化、智能化、信息化水平得到进一步提升，对预防矿井存在的安全隐患和防止煤矿事故的发生起到了重要的作用，为全面推进矿井安全生产标准化建设及矿井安全生产提供强有力的保障。