煤矿安全监控系统技术升级改造方案实施与应用

李光辉

（山西寿阳潞阳瑞龙煤业有限公司，山西晋中045400）

煤矿安全监控系统在矿井煤矿开采过程中发挥着非常重要的作用，可对矿井的复杂工作环境进行监测、报警，有效预防矿井下的煤尘、瓦斯、火灾等重要事故[1]，国家各级政府部门要求所有瓦斯矿井必须装备安全监控系统。然而，原有安全监控系统在使用过程中存在一些缺陷，影响了系统的使用效果，例如：①传输模式缺陷：原有安全监控系统传感器采用频率/电流模拟信号传输，随着井下大型机械设备的增多，在传输过程中容易受到电磁干扰产生误报警；②各系统之间联动性差：原有的安全监控系统、人员定位系统、语音扩播系统等来自于不同的供应商，导致各自的中心站软件不同，系统之间没有信息交互，联动性差；③设备智能化程度低：设备无法根据自身工作状态的识别及时提醒井上人员进行标校、维修、更换等操作[2]。综上分析可看出非常有必要对煤矿安全监控系统进行技术升级改造。

1 瑞龙煤矿安全监控系统现状

该公司于2010 年4 月按照《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》（AQ1029-2007）要求，招标采购建设重庆梅安森科技股份有限公司的KJ73N型煤矿安全生产监控系统。主干网采用总线传输方式，监控分站与中心站通过RS485 方式进行通信，传感器与监控分站采用频率/开关量模拟信号传输方式。表1为中心站设备配置情况，表2为井下设备安装情况。

表1 中心站设备配置情况

表2 井下设备安装情况

2 系统技术升级改造方案总体架构

技术升级改造后的系统总体架构方案如图1 所示。图中，中心站监控主机采用双机热备配置，监控主备机之间通过网线连接进行“心跳”监测，当主监控机发生故障时，备监控机自动启动，切换时间小于30s，监测数据不丢失；监控主机接入局域网，局域网上的终端可通过WEB浏览进入实时监控画面进行相关查询、打印图表等操作；主干网通过工业以太环网进行数据传输，监控分站与中心站可通过以太网或RS485 方式进行数据传输；升级后的智能传感器、断电执行器与监控分站之间通过RS485通信方式进行连接。

改造后的安全监控系统总体架构分为三层：

图1 系统改造方案总体架构

第一层：由地面监控中心站及网络终端组成。功能为：负责对井下工作设备进行实时控制，对监测数据进行智能分析处理、在线显示和存储等；负责实现监测数据的异地网络通讯和实时共享。

第二层：由各个井下监控分站组成。功能为：为智能传感器进行集中供电；与地面中心站进行数据传输；对传感器上传的监测数据进行预处理及分类显示；对断电控制器进行控制。

第三层：由各类终端设备组成，包括智能型数字传感器、断电控制器等。功能为：传感器负责对井下的工作环境进行实时监测，同时将监测数据向上传输给监控分站，此外还具备就地显示及超限报警功能；断电控制器负责执行监控分站的断电指令。

3 安全监控系统具体改造内容

3.1 机房设备及软件升级改造

（1）充分利用机房现有的部分硬件设备，有效避免重复投资，包括：打印机、UPS、电源避雷器及声光报警器等。为确保升级改造后的系统稳定性，将现有的2台工控机升级为高性能工控机；将现有的2台服务器升级为高性能服务器作为数据采集、存储端；新增2台声光报警器，当系统发生故障时发出声光报警信息。

（2）将中心站软件升级，增加多系统融合软件1套；采用开源数据库二次开发，不再单独配置数据库软件。

3.2 分站升级改造

将分站全部升级为具有独立智能设备采集口的分站，通过RS485 与智能传感器、识别器通讯，同时分站防护等级达到IP65，满足5号文抗电磁干扰要求。

3.3 电源箱升级改造

电源箱全部进行更换，按照分站数量1∶1 进行配置，同时备用10套电池以备后期更换，改造后的电源箱实际供电时间不低于4h。

3.4 传感器升级改造

传感器改造为防护等级IP65的传感器。矿井上下所有甲烷传感器优先采用数字式低浓度甲烷传感器，包括150107 工作面（4 台）、150102 工作面（3 台）、150202轨顺（2台）、150101探巷（2台）及其他地点共计25台数字式低浓度甲烷传感器。所有采掘工作面及各皮带机头也都安装了不同类型的数字传感器，具体类型如表3所示。

以上传感器按照《煤矿安全规程》要求额外配置不低于20%的备用量，甲烷不低于180%备用量，CO传感器200%备用。

表3 采掘工作面及各皮带机头传感器安装情况

3.5 馈电断电器升级改造

将馈电断电器升级为具有数字化传输、满足抗电磁干扰要求的智能馈电断电器，共计11台。

3.6 传输方式升级改造

目前瑞龙矿安全监控系统采用电缆总线传输，结合实际情况，在井下中央2#变电所、胶带机头硐室、采区变电所、监控机房各设置1台千兆环网交换机，监控调度机房设置2台环网汇聚数据接口（一用一备），从而实现安全监控系统主干网采用工业以太网技术要求。表4所示为传输方式改造的具体内容安排。

表4 传输方式改造的具体内容安排

4 实际应用效果

安全监控系统在经过完整的技术升级改造后，取得了较好的升级改造效果：

（1）改造后的系统以工业以太环网+RS485 通信方式作为信息传输的主体骨架，提高了系统的数字化水平和抗干扰能力；同时扩展了丰富的数据接口，增加了多系统融合软件，为多系统接入与数据融合提供了支持，提高了多系统的联动性。

（2）监控分站与传感器、断电控制器之间皆采用数字信号进行数据通讯，提升了数据传输的抗干扰能力，解决了“误报、误控”问题。

5 结论

本文针对原有瑞龙煤矿安全监控系统的缺陷与不足，对系统进行了技术升级改造，改造后的系统有效解决了井下硬件设备故障率高、传感器数据传输异常等问题；根据各系统标准数据接口格式，通过软件实现了多个厂家各系统之间的联动和数据交互；改造后的传感器采用全智能型接口，具备自识别、自诊断和定期维护、标校提醒等功能，抗干扰能力强，提高了煤矿企业的安全生产管理水平和煤矿安全监控系统的智能化水平。