孙村煤矿安全监控系统升级改造及应用

王 彬 刘建峰

（孙村煤矿，山东 泰安 271000）

1 孙村煤矿安全监控系统简介

孙村煤矿已安装了淄博瑞安特自控设备有限公司生产的KJ76N型煤矿安全监控系统，安装监控分站43台，配备各类传感器共计242台。其中，甲烷传感器60台，温度传感器23台，粉尘传感器10台，风速传感器11台，一氧化碳传感器20台，风筒传感器8台，风门传感器40台，开停传感器25台，馈电传感器13台，负压传感器2台，氧气传感器6台，二氧化碳传感器5台，烟雾传感器10台，高低浓度甲烷传感器4台，流量传感器2台，液位传感器3台，从2003年5月系统安装使用至今。

2 孙村煤矿监控系统升级改造的背景

《国家煤矿安监局关于印发〈煤矿安全监控系统升级改造技术方案〉的通知》（煤安监函〔2016〕5号）文件和《关于转发国家煤矿安监局〈煤矿安全监控系统升级改造技术方案〉的通知》（鲁煤监技装〔2017〕13号）等文件中指出：促进安全监测监控新技术新装备的推广应用，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需要。2017年4月初在常州召开的煤矿安全监控系统升级改造宣贯会中，明确提出，新一代的安全监控系统在执行标准中应符合《升级改造技术方案要求》。

2.1 现用煤矿安全监测监控存在的主要问题

（1）安全监控系统设备数字化程度不高，尤其是传感器及执行器采用模拟传输技术，不能实现传感器及执行器的工作状态识别及故障自诊断，造成监测数据可靠性差；

（2）目前矿井安全监控系统抗电磁干扰性较弱。井下电磁环境恶劣，监控系统设备经常受到强电磁干扰，而监控设备普遍不具备抗电磁干扰能力，极易使数据混乱；

（3）目前矿井安全监控系统传感器防护等级为IP54，矿井皮带机头、综采工作面、掘进工作面粉尘浓度较大，喷水除尘、清洗现象普遍，经常造成传感器故障和数据不准确，传感器的防护等级也亟需提高；

（4）安全监测监控系统均为有线传输，受生产环境条件影响，在采掘面等生产条件有限的区域，布线困难，线缆极易受到损坏；

（5）目前矿井安全监控系统配套的甲烷传感器敏感元件多为载体催化原件，使用寿命有限，测量量程仅为4%，标校周期短，维护管理难度较大；

（6）电源后备电池（2h）的续航能力有待提升。

2.2 实施示范工程的必要性

为贯彻国家煤监局相关文件要求，通过自查，发现监控系统存在较多的安全隐患，针对隐患及存在的问题，提出了一系列的整改措施。为确保矿井的安全生产，矿井进行监控系统安全改造是必然的。

通过新技术的使用，实现系统融合、构建统一的监测平台，实现安全监控系统的全数字化，构建多主并发、对等通信高速率、冗余数据传输平台，提升安全监控系统的抗电磁干扰能力，增强大数据的分析、挖掘、应用，提高监控系统的可靠性、稳定性，促进了煤矿安全监控系统的升级换代，可以解决一直以来制约监控系统可靠性的瓶颈问题。

煤矿安全监控系统作为保障煤矿安全生产的重要组成部分，通过系统改造可以大大提高监控系统的稳定性和安全性。为充分发挥安全监控系统的重要作用，提升煤矿安全保障能力，有必要对安全监控系统进行改造升级。

3 系统升级改造方法及步骤

第一步，监控环网的改造。组建安全监控独立、传输稳定的环网，分别从副提升、皮带井入井组建环网。

孙村煤矿在井下-600m副井车房、-400m泵房、-800m副井车房、后一电所、-800m井底电所、扩大区二采变频车房、扩大区二采电所、-1100m泵房安装八台基于赫斯曼交换的矿用隔爆型交换机，在北立井通讯机房、东斜井机房安装两台，三层核心交换机安装在智慧矿山智慧中心。光缆经副提升接入各地点交换机，最后经主运皮带至三层核心交换机，构建完成了完备独立的安全监控工业环网。

第二步，升级地面中心站服务器。将地面服务器配置进行提升，运行内存不能小于16G，配备网卡不少于2个。

将中心站值班用工控机、WEB页发布、三层核心机交换机网络管理软件、图形站工控机进行替换。

第三步，升级中心站系统软件。能够兼容新老系统传感器的传输数据。

改造步骤的具体实施如下所述：

3.1 增加报警、断电等控制功能

系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。用户可根据矿方实际情况配置报警值。

推行逻辑报警，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，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用。

完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。KJ70X实现在特殊情况下，可远程本地、异地区域断电，可根据需要自行设定断电区域。

3.2 增加支持多网多系统融合、应急联动

多系统的融合采用地面方式。在地面统一平台上融合环境监测(江苏三恒)、人员定位（济南新云鹏）、应急广播（江苏三恒）等系统。在瓦斯超限断电等需要立即撤人的紧急情况下，监控系统与应急广播、通讯、人员定位进行应急联动。

多网融合具体安排如下：

（1）孙村煤矿多网融合采用地面软件融合。

（2）安装新KJ70X系统的同时，把KJ70X融合软件联动协议提供给调度通讯（杭州北辰）、人员定位厂家（山东新云鹏），让上述两个厂家根据提供的协议进行对应的软件编写工作。

（3）在调度通讯和人员定位厂家编写完程序后，安全监控系统厂家分别将调度通讯和人员定位进行联合调试，逐步完善。

3.3 增加自诊断、自评估功能

系统软件增加自诊断、自评估功能，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断程序具有以下功能：模拟量传感器维护、定期未标校提醒。模拟量传感器、控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态显示。系统可实现防爆电源远程监控。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。

三恒KJ70X安全监控系统提供自诊断管理软件，可以对系统软件的运行环境包括操作系统、双机热备、数据库及必要组件等软件环境进行诊断，也可以对CPU内存硬盘等硬件指标是否达到要求进行诊断。同时系统可以通过软件对传感器与分站的通信质量进行监测，可以分析出传感器传输是否受到干扰等。

3.4 增加加强数据应用分析

安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，包括以下内容：

（1）伪数据标注及异常数据分析。三恒KJ70X安全监控系统软件内置了很多通讯异常识别代码，分别代表不同类型的异常情况。例如，03号代码表示分站通讯有误码，可以帮助快速查找及解决问题。亦可根据传感器参数的上升速率等指标，来判断是否存在伪数据。当突然传来高数值的时候，可以在短时间内再次巡检该分站，确认数据的真实性等。

（2）系统具有瓦斯涌出、火灾预测预警专用软件。瓦斯涌出与火灾等预测预警与安全监控系统兼容。可通过接口与安全监控系统对接，系统利用各项参数的历史数据，进行系统的大数据分析。

（3）大数据分析。系统具有信息融合功能，根据融合的系统不同，可以分析出不同的信息。比如，电力监控系统与产量结合，可以分析设备或区域的工效。通过对比井下各处的风速、参数，结合风系监测系统的数据，可以对井下通风情况进行评估。

（4）可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。具备数据对接接口。

3.5 增加加密存储要求

为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，KJ70X系统采用RSA加密算法对数据进行加密，防止数据被篡改。

4 系统升级改造效果

安全监控系统全面实现数字化传输，传感器必须通过浪涌（冲击）抗扰度3级试验，且防护等级均为IP65，可在淋水环境下正常工作。采掘地点（两个回采工作面、四个掘进工作面）应用激光甲烷传感器，提高数据准确率。实现分级报警、逻辑报警、区域断电、应急联动功能。支持多网、多系统融合，实现在地面统一平台上必须融合环境监测、人员定位、应急广播。孙村煤矿经过升级改造实时监测监控各个地点，随时调度指挥生产，避免和减少了安全事故的发生，同时有效促进了孙村煤矿矿井智慧化矿山建设。