邢东矿安全监控系统升级改造优化与现状分析

靳鹏博

（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台 054000）

1 概 况

邢东矿井田位于河北省邢台市东北约4 km 处，东距京深高速公路3.2 km，西部毗邻市区，地理位置优越。邢东矿采用立井多水平开拓方式，矿井分为-760 和-980 两个水平，其中-760 水平分为1100 采区和1200 采区；-980 水平分为2100 采区和2200 采区，目前该水平无采掘生产活动。矿井采用中央并列式通风方式，副井进风，主井回风，-760 轨道大巷、管子道、分拣硐室为矿井主要进风大巷，-760 皮带大巷、-760 回风巷为矿井主要回风大巷；上下两水平间由4 条暗斜井连通（进风斜井、副暗斜井、主暗斜井、回风斜井），构成“两进两回”通风系统。邢东矿为低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量为4.51 m3/min，相对涌出量为2.33 m3/t；邢东矿开采的2 号煤层为II 类自燃煤层，最短自然发火期为54 d，煤尘具有爆炸性。

2 现有监测系统及存在的问题

目前邢东矿安装有重庆科技技术研究院生产的KJ90NB 安全监测监控系统1 套，共安装分站17台，各类传感器及断电控制器近180 台，目前系统采用总接线传输接口方式进行监测数据传输，传感器采用电流信号方式进行输出。系统于2012 年安装使用，已经运行多年，部分设备老化严重，功能不齐全，并出现了以下问题。

（1）煤矿安全监控系统网络结构可靠性差。

现有监控系统还采用主副式通信传输结构，虽然已有光纤环网的监控系统，但其分支仍采用主从式结构，数据传输效率低，经常性出现传感器中断现象，无法实现设备间互联互控、区域危险快速控制。

（2）监控系统设备数字化程度不高。

目前在用的传感器采用模拟量传输技术，从而导致传感器与分站双向传输数据以及工作状态识别及故障判断不能实现，造成监测数据误差性比较大。

（3）监控系统不具备开放性能。

监控系统的生产厂家依据自身协议传输数据，导致异构系统无法接入，多网多系统融合性差。

（4）煤矿安全监控系统抗电磁干扰性较差。

井下设备存放安全性差，监控系统设备经常受到磁波干扰，监控设备抗干扰能力差，数据经常性混乱传输，经常产生冒大数、误报警、误断电现象，甚至造成系统瘫痪。

基于以上原因，必须升级改造邢东矿监测系统，实现矿井中安全监测监控更高更多功能的需求，提升邢东矿安全生产保障作用有重大及长远的意义。

3 安全监控系统升级改造

3.1 地面改造工程

地面改造工程中新增2 台工业控制机，淘汰原有老化严重工控机，并配备工控机抗干扰模块4 个。

新增2 台服务器，多系统融合使用，新增2 台上传机，淘汰原有2 台老化严重上传机（上传软件维持不变，目前邢东矿往省局上传软件为沈阳新元公司的KJ90 上传软件），新增UPS 电源1 套，新增地面输出本安型交换机2 台，用做光纤转换。

对监控系统软件具有的预警、断电报警功能进行完善，利用新换装的2 台上传机实现监控数据的远程实时监测及联网上传，并满足安全监控系统主机及联网主机双机热备份、连续运行的要求。

3.2 井下全矿井改造工程

根据国家总局要求，所有煤矿安全监控系统都要升级改造，实现数字化方式传输，能够实现数据融合，监控系统设备具备抗干扰能力，运行更加稳定可靠。为提高传输数据数字化、抗干扰能力、系统性能，对分站、传感器等设备进行更换。

（1）监控分站。目前使用的20 台监控分站，传感器与分站传输方式为电流传输，抗干扰能力弱，不符合模拟量传感器到分站采用数字化传输（抗干扰）的规定。此次全部更换为支持工业以太网、RS485、CAN 传感器采样与满足抗干扰要求的监控分站，分站通过光纤传输方式，将井下实现监控数据上传至监控中心站软件。

（2）电源箱。目前井下正在工作的电源箱不具备电源信息管理及抗干扰要求，应予以淘汰，全部更换为符合抗干扰要求的电源。

（3）模拟量传感器。在利用旧系统自带的传输线缆，更换所有传感器并实现了IP65 的防护等级，实现井下传感器的全数字化建设。

（4）开关量传感器及断电器。将目前使用的所有开关量传感器及断电器全部更换，以达到数字化改造传输的要求。

（5）工业以太环网传输平台。由于目前使用的监控系统未使用工业以太环网传输平台，巡检周期及传输稳定性都达不到相关要求，需要建设工业以太环网平台，并将光缆从不同的井筒进入井下，形成冗余环网。分别在地面调度室监控中心机房、井底车场变电所、1100 采区变电所、2200 采区变电所，这4 个地点设置环网交换机，并配置配套的电源箱，光缆直接接入地面调度室监控中心机房核心交换机，敷设多芯光纤冗余通道，并组成环网。地面电、光缆与动力、照明电缆共用室外电缆沟及电缆排管敷设，无电缆沟及电缆排管处，采用电缆穿栅格式塑料管埋地敷设。井下光缆敷设主巷道采用帮槽内隐藏性铺设，其它巷道采用电缆挂钩方式敷设。光纤为了保证信号衰减，尽量减少熔接次数。主干光纤每500 m 要求有20 m 的预留，为熔接预留长度。光缆/电缆敷设过程中，根据现场实际情况，需要做保护光缆/电缆段必须严格做保护；环网均以地面调度室监控中心机房为起点，分别经过井下各生产环节，最终连接回到监控中心机房，组建高速冗余环网平台，实现整个矿井监控数据的快速传输。工业以太环网传输平台如图1 所示。

图1 邢东矿工业以太网传输平台示意Fig.1 Industrial ethernet transmission platform of Xingdong Mine

3.3 系统融合及应急联动

升级后的安全监控系统提供了多系统联动功能，实现在瓦斯超限时，通过应急广播系统播放撤离信息，通过人员定位系统发送撤离信号。通信、应急广播、人员定位系统等须按照安全监控系统提供的交互协议实现并提供接口，即可实现交互联动。

由于邢东矿在用供电系统、应急广播系统、人员定位系统、视频监控系统等不是同一厂家生产提供，邢东矿将对在用多系统实行地面融合，各系统按照安全监控系统提供的交互协议实现并提供接口。

多系统联动功能的条件、参数和应急方案由邢东矿根据实际情况设定。联动控制逻辑模块在监测到超限并符合用户设定的联动条件时，系统不断发出告警声音，并弹出对话框由值班人员确认是否发出联动控制信号。值班人员确定后，系统自动根据预设方案进行联动控制，如图2 所示。

图2 KJ83X(A)系统融合平台架构Fig.2 KJ83X(A)system convergence platform architecture

4 升级改造安全监控系统

4.1 安全监控系统

邢东矿升级改造后使用的是煤炭科学技术研究院的KJ83X(A)型煤矿安全监控系统。该系统中模拟量传感器、开关量传感器、控制量传感器、电源箱全部采用CAN2.0B 数字总线传输数据；后备电源、分站全部采用数字化方式传输，所有设备全为数字化，一根线带载能力强（5～10 个传感器）；邢东矿监测系统在册使用的传感器、分站的防护等级均达到了能够满足淋水环境下设备正常工作的要求；采用多主并发的通讯模式，系统巡检及断电时间大为缩短，系统在正常及异常情况下，巡检周期不大于10 s，本地断电时间不大于2 s，异地断电时间最短缩至5 s，完全满足相关文件要求。

4.2 系统结构

目前邢东矿KJ83X(A)安全监控系统采用千兆光纤环网进行多种传输结构，系统结构如图3 所示。

图3 KJ83X(A)系统结构布置示意Fig.3 KJ83X(A)system structure layout

5 升级改造后运行现状

邢东矿安全监测监控系统升级改造后已稳定运行一年多时间，各项功能使用正常无异常情况发生，但随着监测系统的运行目前发现2 大问题。一是抗干扰能力仍需加强。随着煤矿采掘工作面智能化设备越来越大，设备越来越大，其相应产生电磁扰能力也在不断增强，导致甲烷传感器有误报警现象偶尔发生，传感器的中断次数也随着大型智能化设备的开启频繁而增加，造成安全监测工的维修力度增大。针对此问题应该不断升级传感器版本，增强抗电磁干扰能力，减少误报警次数和传感器中断次数。二是现在提倡的智能化矿山中智能化通风系统与安全监测监控系统互动联动缺失，缺少两者之间的系统融合与控制，不能实现根据安全监测监控系统监测数据与通风系统设施实现联动控制和预警闭锁通风设施功能，不能实现智能化通风系统功能。针对此问题应该加强与监测系统厂家联系，增加多系统融合功能的扩展性和扩展接口，实现智能化系统融合。

6 结 语

邢东矿KJ83X(A)型安全监控系统自改造后系统运行稳定，顺利通过了河北省煤监局的升级改造验收工作和河北省应急管理厅升级改造验收再抽查工作。升级改造后的安全监测系统是实现煤矿智能化、自动化的重要组成部分。邢东矿KJ83X(A)型安全监控系统功能更加全面、数据处理能力更强，实现了多系统融合，为邢东矿安全作业工作提供强有力的保障。