基于多系统融合的煤矿安全监控系统升级改造研究

王晋锋

（山西煤炭运销集团裕兴煤业，山西 高平 048403）

1 煤矿现有监控系统评估

裕兴煤业有限公司核定生产能力为90 万t/年，现有一套KJ340 型煤矿安全监控系统，主要用来检测甲烷、一氧化碳、风速、负压、温度以及局部通风机、皮带和水泵的开停状态等。矿井于2011 年安设一套井下人员定位考勤管理系统，系统主要由主备机、传输接口、定位分站、读卡器、识别卡等组成。同时，矿井安设有HL-TKB19 型有线通信系统、KT338 型语音广播系统、KT105A 型无线通信系统。在升级改造之前对矿井现有的安全监控系统、人员定位系统、通讯系统进行了评估，现有的系统存在以下问题：

（1）现有安全监控系统未实现多网、多系统融合，专网运行，信息孤岛，预警弱，系统间联动不足，海量数据未充分利用。如：监控系统无法实现环境监测、人员定位、应急广播、视频监测等系统的融合，不支持系统之间的应急联动。

（2）信息传输抗电磁干扰能力差，稳定性、可靠性不高，易受到水、尘的影响，抗人为干扰能力差。现有监控系统部分分站、传感器未通过抗电磁干扰能力实验，且未取得抗干扰实验相关的安标认证。

（3）系统功能不完善。现有监控系统可以实现就地断电、报警和异地断电功能，具备区域断电功能，不具备分级报警和逻辑报警功能；具备部分自诊断、自评估功能，但传感器设置与定义检查、井下监控设备故障自诊断、软件故障自诊断等功能达不到新标准要求。

（4）数据传输及系统性能指标不达标。现有系统传感器采用频率或电流信号传输数据，未建立工业以太网及实现完全数字化，模拟量传感器与分站之间采用频率信号传输方式。

2 升级改造方案设计

升级改造的前提是搭建一套煤矿安全监控多系统融合平台，将安全监控系统、人员管理系统、供电监控系统、视频监控、应急广播通讯系统在地面集成、汇聚到融合系统，实现多系统集中监控、数据共享。多系统融合平台架构如图1 所示。系统支持多种数据格式/协议的接入，包括TXT、OPC、API 等格式，并可为其他相关系统提供所需数据。

图1 安全监控多系统融合平台的搭建

在搭建多系统融合平台的前提下，依据《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求：系统主干网应采用工业以太网，传输数字化，支持多网、多系统融合，因此，为实现升级改造必须为煤矿建设一个安全监控专用的工业以太环网。工业以太环网传输线路：采用MGTSV-12B 光缆，光缆从调度机房核心交换机经副井至中央变电所KJJ18 矿用本安型千兆环网交换机，从中央变电所沿轨道运输大巷至二采区配电点KJJ18 矿用本安型千兆环网交换机，从二采区沿胶带运输大巷经主井口至地面洗煤厂KJJ18 矿用本安型千兆环网交换机，最后从地面洗煤厂至调度机房核心交换机，形成工业以太环网。然后以工业以太环网为媒介，将业务终端、显示终端、数据中心、移动应用、井下各监测分站、各系统模块整合，实现安全监测、人员定位、应急广播、视频监测等系统的融合，达到系统之间的信息共享及应急联动。

根据搭建的多系统融合平台及架构设计，选用山西阳光三极公司研发的KJ340X 型煤矿安全监控系统，设计安全监控多系统融合拓扑图，如图2所示。

图2 煤矿安全监控系统拓扑图

3 KJ340X 煤矿安全监控系统的安装使用

3.1 安装及维护

必须先完成系统软件、环网的建设，再按片区完成分站、电源、传感器的更换工作。具体步骤如下：第一步是建设煤矿安全监控系统专用千兆工业以太环网；第二步为了不中断安全监测系统的正常运行及数据上传，在监控室搭建新的安全监控系统平台，新旧两套软件系统并列运行，并生成数据上传至上级监管部门；第三步是分阶段、分区域进行分站、电源、传感器的更换，优先改造不具有断电控制功能区域的分站及传感器，再改造采掘工作面的分站、电源、传感器，逐步接入新系统；第四步是对接人员管理系统、通讯系统、应急广播系统等，实现多系统的融合及联动；第五步是贯穿整个安装过程的调试、校核及维护管理工作。

3.2 升级后的使用效果

升级后的系统符合《煤矿安全规程》及国家煤矿安监局印发的《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》等行业标准的要求。系统具有融合功能，实现人员定位、广播、通讯、视频监控、设备监控及电力监控等系统的融合交互，实现应急联动，联动关系可根据实际情况设置。系统实现“一矿一图”功能，集成煤矿安全环境状况各方面的信息于一个界面，直观展示煤矿安全生产环境监测实时数据及变化趋势，满足安全管理需要。

系统可接入分站数量最大255 台，每台分站可配接传感器最大32 个，系统最大测点数8160 点；系统巡检周期小于10s，本地断电时间小于2s，异地断电时间小于20s；分站具有远距离供电功能，最大距离不小于6km；系统采用全数字传输方式，数据传输质量高，抗干扰能力强，有线支持以太网、RS485、CAN 传输方式，无线支持Zigbee；系统已通过抗电磁干扰试验；系统具有分级报警和逻辑报警功能；具有就地断电功能和异地断电功能，并加强了馈电状态监测，提高断电的可靠性；系统具备定期的自诊断、自评估功能，具备分级报警、逻辑报警、就地断电、异地断电等功能。

4 结语

安全监控系统作为煤矿信息化的基础将得到越来越多的关注和重视。一些老旧矿井现有的安全监控系统不达标，推倒重建的成本高、工期长。裕兴煤业有限公司对原有的安全监控系统等进行多系统融合，利用新技术和产品进行升级改造，取得了良好的应用效果，同时控制了成本，缩短了工期，为矿井安全监控系统的标准化改造提供了新的思路及成功经验。