现阶段煤矿安全监测监控系统应用探讨

2020-04-18张瀚超

煤 2020年4期

张瀚超

(晋能集团三元石窟煤业有限公司，山西长治 047500)

我国煤炭资源丰富，矿井遍布大江南北。近几年，煤矿安全监测监控系统的普及、推广、应用得到了长足发展，国家也推出了相应的行业标准和升级改造技术方案。但由于各矿条件不尽相同，在实际使用过程中，监控系统存在各种各样的问题。本文以《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》(煤安监函〔2016〕5号)为标准，对目前煤矿安全监控系统进行分析。

1 安全监控系统概况

煤矿安全监控系统是安全生产的保障，是现代化煤矿井下安全管理的重要手段，主要作用是对煤矿的瓦斯、一氧化碳、风速、烟雾、温度等环境参数和矿井生产、运输、提升、排水等环节的机电设备工作状态进行采集、监测和控制，用计算机分析处理取得的数据进行规范管理。为各级生产管理者和业务部门提供环境参数和设备动态信息，为生产指挥调度提供第一手资料。

通过对被测参数的比较和分析，为预防灾害事故提供技术数据，及时实现自动报警、断电和闭锁，便于提前采取防范措施，制止事故的发生或扩大；在发生事故的情况下，能及时指示最佳救灾和避灾路线，为抢救和疏散人员、器材提供决策信息[1]。

2 安全监控系统在安装、使用、维护中出现的问题

1) 信号传输方面。现有安全监控系统主要采用地面中心站—信号传输介质—井下分站—信号传输介质—传感器(断电控制器)—进行参数采集(接入被控开关，使开关介入闭锁)。安装过程中，地面中心站与井下分站间的信号传输介质采用光纤，安全监控系统新版技术方案要求井下分站间数据传输使用环网进行，但在实际运用过程中，由于井下环境恶劣，对于经常需要移动的分站，光纤传输的后期维护工作繁杂：光纤熔接在井下的成功率较地面降低许多，且光纤材质较硬，无法以小圈缠盘打理，不能大角度拉、扭，另外，光纤裁剪成较短段后失去使用价值，出现故障后排查故障工作量大；如使用网线，则需再增加交换机等连接设备，毕竟网线传输有最多100 m的传输距离上限；如使用RS485传输信号，又达不到传输规范的要求。

2) 传感器使用方面。新规范中要求传输数字化，在提升系统整体抗干扰等级以外，减少井下传感器线缆布置。RS485通信协议下只要并联电源和信号正负极，就可以让多台传感器共用一根通信线缆，但在实际使用过程中由于各种传感器互相存在功率差异，且井下分站、线缆使用环境较复杂，电路之中并联的存在势必导致电流下降，如果生产厂家对传感器的设计优化没有经过足够的测试，就会出现一根通信线缆上能接入的传感器达不到厂家宣称或负荷计算得出的数量。

另外在传感器使用中，会出现由于强电磁干扰尤其是井下变频器、无功补偿器等产生的电磁干扰导致传感器数据失真。在强电磁干扰下，之前规范使用的频率性模拟量传感器传回地面中心站的数据会出现放大、无序升降、“漂负”等异常现象[2]。系统升级改造后，经过RS485传输制式的普及系统整体抗干扰等级提升，这种现象暂时没有出现。

3) 系统维护方面。由于国家对安全监控系统的网络环境及数据安全要求较高，因此在煤矿，对安全监控系统的数据、网络设置都有一定偏向，以尽量简单的网络结构来保障系统稳定运行、数据安全。

目前，山西省内煤矿使用的安全监控系统数据主要向市(县)级能源局(或主体企业总部)、安全监管执法与决策支持系统、自动化集成系统等上级数据采集系统上传数据；在数据规范方面主要采用山西省地方标准《山西省信息化工程安全建设规范》DB14协议、沈阳新元科技有限公司等数据采集协议、FTP协议进行数据采集。

新规范要求实现多系统融合，在数据传输规范及网络安全方面提出了一个新课题。安全监控系统在保证自身数据正常上传的同时，要采集其他系统的数据进行融合，数据采集的过程会破坏安全监控系统网络环境的稳定，由于采集数据方向和传输数据方向涉及不同的组网，安全监控系统经常会通过主备机增加网卡、设置多个IP地址等方式实现数据多向采集和传输，而煤矿往往缺乏专业网络安全工作人员，在网闸、防火墙、杀毒软件等软硬件设备购置、使用、更新上也缺乏专业参考意见，导致专网与专网、互联网与专网、局域网与互联网、专网之间病毒传播屡有发生，经常会出现“一个携带病毒的优盘破坏整个集团公司网络”等极端个例。

而这些尚是网络环境这单一方面，还没有涉及到数据格式转换、数据库端口开放等其他会令系统抗风险能力进一步下降的隐患。

3 优化建议

针对这些问题，参考具体案例，提出一些优化建议，以供参考。

1) 在井下分站间数据传输网络方面，以IMC-V111ET-TB型1口VDSL2以太网延长器为例， IMC-V111ET-TB是一款具有成本效益的以太网距离延长解决方案，使用24AWG电缆最高可延长1 400 m。IMC-V111ET-TB提供1个100 Mbps RJ45以太网端口，1个接线端子端口通过VDSL2实现对称/不对称以太网传输。IMC-V111ET-TB支持两线传输，支持-40～75℃宽温。

这款以太网延长器使用的技术并不是非常的前沿和繁杂，但是在井下组网方面可以起到减少光缆布置的效果。尽管使用两线制传输在铜芯线缆长度增加后带宽会出现衰减，但对于数据传输量较小的设备，在组网方面，可以起到不错的实用效果，目前已有部分环网系统研发单位使用这项技术研发设备，可以作为减少光缆布置的一个缓冲方案。

2) 传感器技术发展日新月异，多参数传感器无异是其中集大成者。在合理优化供电设计、使用功耗更低的元器件后，多参数传感器在保证参数采集的同时，在减少设备投入、优化线路供电、降低分支损耗等方面有诸多优势，也使传感器信号线缆抗电磁干扰有了更多可能，新规范中也建议推广使用。

3) 网络安全方面，建议组建小型局域网为主，通过三层交换机在IP的安全策略建设上进行操作实现网间互联，进行不同网段间数据互访；或是在进入网络后端增加硬件防火墙，在三层交换机进行路由走向设定，末端PC用户可通过只设置三层交换机路由后一个网段的IP地址，实现所有输入网络的同时数据访问，既可大大提升数据传输效率，又能进一步降低成本，简化网络结构，提高网络抗风险能力(拓扑结构如图1所示)[3]。

图1 小型局域网拓扑结构

局限于网络在现有矿井生产活动中扮演的角色，短时间内提高网络安全管理水平并不现实。身处“大数据时代”，网络作为煤矿保障安全的手段，在远程监视、数据采集汇总等基础应用之上，势必会有更加广阔的应用空间，网络安全作为网络使用的核心话题，也将在新的高度被重新审视。网络技术专业人才及新技术、新思路的推广也将大大提高煤矿的网络安全管理水平。