安全监控系统升级改造研究

李新建

摘 要：煤矿生产安全是煤炭行业的重中之重，人们必须确保煤炭生产安全、高效。在这个过程中，煤矿安全监控系统发挥重要作用，能够有效保障井下作业人员的生命安全。目前，该系统仍存在一些问题。本文全面分析了煤矿安全监控系统的应用现状和问题，并提出相应的升级改造措施。

关键词：安全监控系统;改造;方案;煤矿;生产安全

中图分类号：TD76 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）06-0093-04

Research on Upgrading and Reforming of Safety Monitoring System

LI Xinjian

（Quanping Quarry，Lengshuijiang Hunan 417500）

Abstract： The safety of coal production is the top priority of the coal industry， and people must ensure that coal production is safe and efficient. In this process， the coal mine safety monitoring system plays an important role， which can effectively protect the life safety of underground workers. At present， there are still some problems with this system. This paper comprehensively analyzed the application status and problems of coal mine safety monitoring system， and proposed corresponding upgrade and transformation measures.

Keywords： safety monitoring system;transformation;plan;coal mine;production safety

上陡巖煤矿位于冷水江市中连乡，核定生产能力为15万t/a。该矿采用斜井开拓方式，布置有3个井筒，即主井、副井和风井（平硐）。上陡岩煤矿划分为1个水平，布置有5个采区，即13采区、23采区（生产采区）、24采区（准备采区）。该矿采用走向长壁后退式采煤法，运用爆破落煤，使用全部垮落法管理顶板[1-3]。岩巷掘进采用锚网喷或料石砌碹支护，煤巷掘进采用木支架支护。上陡岩煤矿正常涌水量为20 m3/h，最大涌水量为46 m3/h，矿井水仓容量为550 m3，水文地质条件中等。

1 矿井安全监控系统现状

上陡岩煤矿现有的矿井安全监控系统为KJ90N煤矿安全监控系统，该系统安装时使用关联的KJF75和KJ90N型分站、重庆梅安森科技股份有限公司生产的GJ40A型甲烷传感器、煤炭科学研究总院生产的GJ4/40G型瓦斯传感器。井下各采掘工作面、主要机电硐室、各回风上山以及重点机房布置了分站和传感器，主要通风大巷安装了风速传感器，以监控巷道风速。上陡岩煤矿共设置12个分站，安装瓦斯传感器48个、二氧化碳传感器10台、风速传感器11个、设备开停传感器17个、水位传感器4个、负压传感器5个。矿井安全监控系统的传输方式是传感器通过专用的信号电缆以200～100 Hz的频率或1～5 mA的电流将信号传输到分站并在分站上显示出来。分站经二芯的主通信电缆将各种传感器的信息传输给地面的中控站，其间采用RS485通信方式。

2 现有矿井安全监控系统存在的问题

经分析，上陡岩煤矿现有的矿井安全监控系统（KJ90N煤矿安全监控系统）存在诸多问题，如表1所示。

3 矿井安全监控系统的升级改造方案

当前，上陡岩煤矿需要将现有的KJ90N煤矿安全监控系统升级改造为KJ95（A）煤矿安全监控系统。矿井所有模拟量传感器被升级改造为具备抗干扰能力、IP65防护等级和数字通信功能的传感器，针对不具备IP65防护等级和抗干扰能力的传感器，采取更换的方式，保证传感器满足性能要求[4-7]。

3.1 高低浓度甲烷传感器

上陡岩煤矿需要购置48台GJG100J型高低浓度甲烷传感器，用于取代现在使用的甲烷传感器，如表2所示。

3.2 风速风向传感器

上陡岩煤矿需要购置11台GFW15型风速风向传感器，用于取代现在使用的风速风向传感器，如表3所示。

3.3 二氧化碳传感器

上陡岩煤矿需要购置10台GRG5H（B）型二氧化碳传感器，用于取代现在使用的二氧化碳传感器，如表4所示。

3.4 风门语音传感器

上陡岩煤矿需要购置17套GFK60型风门语音传感器，用于取代现在使用的风门语音传感器，如表5所示。

3.5 开停水位传感器

上陡岩煤矿需要购置4台GKT5L型开停水位传感器，用于取代现在使用的开停水位传感器，如表6所示。

上陡岩煤矿需要购置11台KDG1/127型馈电传感器，用于取代现在使用的馈电传感器，如表7所示。

4 矿井安全监控系统升级改造实现的功能

一是传输数字信号。在改造升级方案中，KJ95（A）煤矿安全监控系统的模拟量传感器、开关量传感器、断电执行器和电源箱全部采用CAN2.0B数字总线传输数据，优于升级改造要求。

二是增强抗电磁干扰能力。在下陡岩煤矿安全监控系统的改造升级方案中，地面设备静电抗扰度试验等级为3级B、电磁辐射抗扰度试验等级为3级B，脉冲群抗扰度试验等级为3级B。在浪涌冲击抗扰度试验中，交流电源端口等级为3级B、直流电源与信号端口等级为3级B。

三是整体提升传感器的防护等级。在KJ95（A）煤矿安全监控系统中，所有传感器及分站的外壳防护等级为IP65，优于升级改造要求。

5 矿井安全监控系统升级改造的检验

5.1 设置分级报警参数

人们要分别设置标准报警值、分级倍数和持续时间。若监测值高于标准报警值与Ⅳ级倍数的乘积时，则触发四级报警。KJ95（A）煤矿安全监控系统具有三种逻辑报警模型，采用多测点变化模型。当相互关联的一组测点的监测值均大于报警上限，持续时间超过设定值时，有违正常逻辑，触发逻辑报警。

5.2 检测就地断电功能

将新增加的断电器测点20401D与甲烷传感器关联，当甲烷传感器的监测值达到设置的断电值时，断电器断电;当甲烷传感器的监测值低于复电值时，断电器复电。

5.3 检测区域断电功能

人们要添加断电区域，关联一组断电器。其间需要添加分级报警区域，关联一组传感器，同时关联相应的断电区域。当分级报警区域任一传感器的监测值高于断电区域设置的断电启动值时，断电器断电。

5.4 检测KJ95（A）数字监控系统

GIS平台可以通过数据接口获取人员定位系统区域（读卡机位置）的人员/车辆位置信息和工作状态，然后进行统计显示。KJ95（A）数字监控系统可以融合人员（车辆）定位系统、视频监控系统和无线通信系统。其间可以选取系统地面数据融合方法，采用基于XML+HTTP的WebServices开发平台。通过制定标准协议函数，人们可以实现系统之间的数据请求和获取，KJ95（A）数字监控系统融合GIS平台的架构如图1所示。

KJ95（A）数字监控系统融合GIS平台后，其可以通过多图层叠加设计实现集成展示。KJ95（A）数字监控系统可以存储其他系统获取的数据，为系统之间的互动做好准备。GIS平台集成了应急广播和人员定位系统的实时数据，KJ95（A）数字监控系统融合GIS平台的展示如图2所示。

5.5 井下设备改造

本次升级改造将分站安装在新鲜风流且无明显淋水处，根据上陡岩煤矿现场实际用量，需要将KJ75N、KJF90分站更换为KJ95N分站，本次设计更换33台。光缆由地面机房交换机经主平硐下井进入21上车场交换机，本次工业以太环网设计预计使用8芯光缆13 km。矿井所有模拟量传感器被升级改造为具备抗干扰能力、IP65防护等级和数字通信功能的传感器，若传感器不具备IP65防护等级和抗干扰能力，则采取更换的方式，保证其满足性能要求。

6 结语

上陡岩煤矿安全监控系统改造适应煤矿安全生产的需要，可以提高系统的技术性能和安全可靠性，促进安全监控多元融合和信息共享，提高矿井安全预测预警水平，实现安全监控信息的深度分析和综合利用。当前，煤矿企业要合理使用安全监控系统，充分发挥其在煤矿安全生产中的重要作用，提升井下日常安全生产的技术保障水平。

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