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摘要：為不斷完善和提升安全監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能，達到國家煤礦安全監(jiān)察局對安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的最新要求，東懷煤礦分析了目前系統(tǒng)存在的不足，因地制宜地實施了KJ70X系統(tǒng)的升級改造。改造后系統(tǒng)性能顯著提升，滿足要求，為今后的安全生產提供借鑒。

關鍵詞：煤礦安全；監(jiān)測監(jiān)控；大數據；升級改造

1東懷煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介

東懷煤礦位于廣西百色，是廣西第一大生產礦井，分一、二兩個水平開采，年生產能力150萬噸。目前東懷煤礦全礦絕對瓦斯涌出量為12.61m3/min，相對涌出量3.81m3/t，采煤工作面最大瓦斯涌出量為3.87m3/min，掘進工作面最大瓦斯涌出量為0.24m3/min，為低瓦斯礦井。東懷煤礦從2006年就使用江蘇三恒科技股份有限公司的KJ70煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，2009年升級為KJ70N，2015年再次升級為KJ770，由地面中心站、干線擴展器、備用電源箱、區(qū)域控制器、各種傳感器、監(jiān)控器等設備組成。目前共安設監(jiān)控分站40個，瓦斯傳感器120臺，負壓傳感器7臺，風速傳感器22臺，開停傳感器25臺，CO傳感器54臺，溫度傳感器30臺，煙霧傳感器20臺。監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，數據可靠。

2東懷煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級的背景

2.1實施安全監(jiān)控系統(tǒng)升級的必要性

（1）根據《國家煤礦安監(jiān)局關于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）和《國家安全監(jiān)管總局國家煤礦安監(jiān)局關于進一步加強煤礦重大災害防治有效防范重特大事故的通知》（安監(jiān)總煤裝〔2016〕10號）的精神，煤礦必須推廣應用安全監(jiān)測監(jiān)控新技術新裝備，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)技術性能和安全可靠性，促進安全監(jiān)測監(jiān)控多元融合和信息共享，提高煤礦安全預測預警水平，實現安全監(jiān)測監(jiān)控信息的深度分析和綜合利用。（2）根據近來全國范圍內發(fā)生的一系列瓦斯爆炸事故，事故礦井多為低瓦斯礦井，因此對于低瓦斯礦井的瓦斯防治工作尤為重要。并且，隨著采掘深度的增加，瓦斯含量呈增加趨勢，積極應對瓦斯防控，特別是對低瓦斯礦井瓦斯監(jiān)測監(jiān)控及防治措施管理十分必要，必須加大投入及升級改造的力度，有效杜絕瓦斯爆炸事故的發(fā)生，確保安全生產。

2.2現用安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的主要問題

（1）數據傳輸采用樹狀網絡結構，巡檢速度慢；數據傳輸采用主從通信結構，數據傳輸率低。系統(tǒng)巡檢速度慢，井下測點數據傳輸到地面需要30秒至1分鐘，這樣的傳輸效率受傳輸方式的影響很大。（2）數據共享方面不能實現多網融合，與其他系統(tǒng)無法實現聯動控制，安全監(jiān)控系統(tǒng)數據交換不夠迅速，實時性方面有待提升。（3）數據傳輸數采用傳統(tǒng)電纜模式傳送，可靠性不高，井下電纜電線眾多，信號傳輸易受到電磁干擾的影響，使監(jiān)控數據偶有出現誤差造成誤報警斷電的現象，特別是瓦斯傳感器、CO傳感器等誤傳對生產管理造成不便。（4）供電電源續(xù)航能力差，僅2小時左右，可靠性低。

3KJ70X系統(tǒng)升級改造方案及實施

3.1改造方案

根據東懷煤礦目前所用的KJ770系統(tǒng)應用實際情況，考慮到經濟性和實用性，決定采用“新系統(tǒng)搭建→示范采區(qū)試推→全礦井推行→新舊系統(tǒng)并行→撤除舊系統(tǒng)”的方式循序開展升級改造工作。經對比，決定繼續(xù)采用江蘇三恒科技股份有限公司的KJ70X系統(tǒng)，該系統(tǒng)以工業(yè)以太環(huán)網＋現場總線作為系統(tǒng)的信息傳輸平臺，利用工業(yè)以太網平臺的快速通道實現多主并發(fā)通訊技術，能使系統(tǒng)在設備抗干擾、實時性、可靠性、穩(wěn)定性、擴展性、數字化、數據分析應用、數據融合、新技術應用等方面技術水平進一步提升，達到安全生產和相關規(guī)定要求。首先，升級改造地面中心站。在原有設備基礎上進行升級，提升監(jiān)控主、備機熱備功能，升級軟件為KJ70X，完善分級報警、斷電等控制功能、多網和多系統(tǒng)融合、自診斷和自評估功能、數據分析等功能。其次，對監(jiān)控環(huán)網進行改造。增加中心站核心交換機、地面和井下環(huán)網交換機，分別在井下一水平井布有3個千兆節(jié)點，二水平2個千兆節(jié)點。形成一體式冗余環(huán)網方式，組建獨立、穩(wěn)定的傳輸網絡。最后，對井下傳感器、供電電源、分站等設備的升級。實現傳輸信號達到全數字化，提升抗電磁干擾能力、IP65防護等級、自診斷自評估功能。

3.2實現傳感器數字化，增強抗電磁干擾能力

在工作面回風巷、專用回風巷及總回風巷使用更為先進的激光、紅外全量程傳感器，增強傳感器的靈敏性及反應速度，數據準確且穩(wěn)定性高，便于管理維護；傳感器和分站防護等級均達到IP65要求，運行穩(wěn)定，質量可靠，根據傳感器和分站的性能適當升級模塊或程序實現監(jiān)控數據數字化的傳輸及接收，實現了所有模擬量傳感器數字化傳輸（RS485），有效增強抗電磁干擾能力。

3.3完善報警、斷電等控制功能

（1）設置甲烷及一氧化碳傳感器根據瓦斯?jié)舛却笮?、超限持續(xù)時間、瓦斯超限范圍等分為四級報警，實施分級響應。（2）利用KJ70X安全監(jiān)控系統(tǒng)的組合報警功能，根據巷道布置及瓦斯涌出等實際生產情況，實施邏輯報警。（3）測試并完成系統(tǒng)本地、異地斷電情況。斷電設置與饋電狀態(tài)相關聯，發(fā)生斷電動作相應饋電狀態(tài)無變化時會有饋電異常顯示。（4）在地面中心站配置區(qū)域，本區(qū)域內的任意甲烷傳感器報警都可以斷區(qū)域內的所有開關。

3.4完善多網多系統(tǒng)融合、應急聯動

建立多網融合平臺，融入礦井安全監(jiān)控視頻系統(tǒng)，應急廣播系統(tǒng)及人員定位系統(tǒng)。以甲烷超限為試驗，測試系統(tǒng)根據事故地點及人員定位系統(tǒng)進行分析并通過應急廣播向相關區(qū)域發(fā)送指令的情況。

3.5增加自診斷、自評估功能

（1）完善傳感器、控制器的設置及定義。實現傳感器、控制器的設置以及定義診斷和評估，當檢測到傳感器報警、斷電、復電門限設置不滿足相關標準及規(guī)定時能發(fā)出報警信息提示。（2）具備模擬量傳感器維護、定期未標校提醒。按要求設置甲烷、一氧化碳傳感器標校提醒功能，軟件上并有報警信息提示。（3）具備模擬量傳感器、控制器、電源箱等設備及通信網絡的工作狀態(tài)。系統(tǒng)能夠實現井下各監(jiān)測點的所有類型的傳感器以及分站、電源箱的狀態(tài)檢測和故障信息上傳功能。（4）具備中心站軟件自診斷功能，包括雙機熱備、數據庫存儲、軟件模塊通信。系統(tǒng)數據庫密碼不正常、數據庫連接失敗、軟件模塊異常關閉以及工作異常時系統(tǒng)能發(fā)出異常信息提示。

3.6增強數據應用分析功能

（1）實現傳感器標校期間的數據分析功能和異常數據分析功能。（2）系統(tǒng)根據瓦斯涌出量測試數據預測預警功能（火災按照一氧化碳傳感器及溫度傳感器進行配置；瓦斯涌出按照瓦斯?jié)舛群惋L速及巷道橫截面積進行配置）；通過大數據對比分析，預測瓦斯涌出及CO含量變化情況規(guī)律。（3）系統(tǒng)軟件具備系統(tǒng)融合以及數據分析顯示查詢功能。測試監(jiān)控系統(tǒng)、語音廣播、人員定位的融合數據在聯動平臺上進行顯示情況。3.7增強加密存儲功能系統(tǒng)監(jiān)測數據及斷電信息已采用RSA加密算法進行存儲，防止數據被篡改。非法篡改后，系統(tǒng)自帶篡改顯示。采用RSA加密法，仍可以還原被修改數據。

4KJ70X系統(tǒng)升級改造后應用效果

4.1達到國家煤監(jiān)局相關標準

升級改造后，各項功能均達到《國家煤礦安監(jiān)局關于印發(fā)〈煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術方案〉的通知》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）的要求，滿足安全生產的需要。

4.2系統(tǒng)運行高速、穩(wěn)定

新、舊系統(tǒng)并行及完全使用新系統(tǒng)前后效果對比顯示，新系統(tǒng)運行更為穩(wěn)定，傳感器及信號傳輸網絡運行平穩(wěn)，系統(tǒng)巡檢周期小于10s，異地斷電時間小于5s，分站到傳感器之間的傳輸距離最遠可達6km，雙機熱備自動切換功能，熱備切換試驗10秒內自動切換，供電電源延長供電時間1倍，達到4h。系統(tǒng)信號準確，抗干擾能力強，沒有誤報警斷電等情況。

4.3架構簡化、設備可靠性高，有效降低維護勞動強度

KJ70X系統(tǒng)有效簡化信號傳輸結構，設備使用數量下降為原來的60%左右，數字化傳輸減少了電纜的使用；配套的高性能傳感器、分站等設施功能強大、防護等級高，質量可靠，大大減輕了監(jiān)控維護人員的勞動強度。

4.4系統(tǒng)自動化、智能化水平明顯提升

KJ70X系統(tǒng)實現的數據多網融合，應急情況下多系統(tǒng)聯動，自評估、自診斷功能，大數據應用分析及加密功能大大增強了安全監(jiān)控系統(tǒng)的自動化和智能化技術水平，快速準確的數據分析處理及系統(tǒng)聯動有效縮短了應急情況下發(fā)送指令的時間，為事故預測預警及災害搶險救援提供了重要保證。

作者:曹志華 黃瀟 孫國鋒 單位:吉利百礦集團有限公司東懷煤礦