安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造在安全生產(chǎn)中的實踐與應(yīng)用

李步明 燕太喜 楊 緒

（臨沂安泰能源有限公司，山東 臨沂 276000）

根據(jù)國家煤監(jiān)局《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》（煤安監(jiān)函〔2016〕5號）和山東煤監(jiān)局《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案實施標準》（魯煤監(jiān)技裝〔2016〕70號）文件，2017年12月公司對原安全監(jiān)控系統(tǒng)進行了升級改造，建成了千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，由原來模擬傳輸升級為數(shù)字傳輸，經(jīng)過半年多的運行，穩(wěn)定性和可靠性進一步提升，杜絕了監(jiān)測數(shù)據(jù)不準確的現(xiàn)象，為礦井的安全生產(chǎn)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的基本情況

臨沂安泰能源有限公司2002年2月安裝KJ70安全監(jiān)控系統(tǒng)，2007年10月升級為KJ70N安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電纜傳輸，抗干擾性差，傳感器采用催化元件，敏感度低，誤差較大，維護工程量較大，但該系統(tǒng)自安裝運行以來基本穩(wěn)定可靠，為礦井的安全生產(chǎn)提供了有力的安全保障。

2016年國家煤監(jiān)局印發(fā)了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》，2017年山東煤監(jiān)局制定了《山東煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案實施標準》，根據(jù)國家、省局的要求，公司對照標準請有關(guān)廠家就如何對礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作進行了研究分析，會同廠家制定出了安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案。2017年12月開始對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行全面徹底升級改造，由KJ70N升級為KJ70X系統(tǒng)。2018年4月安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作全部完成。

2 監(jiān)控系統(tǒng)改造后性能及地面配置

升級改造后的安全監(jiān)控系統(tǒng)選用先進成熟的高級編程軟件，操作簡單，功能強大，界面美觀，并具有語音報警功能。實現(xiàn)全數(shù)字化傳輸，具有自診斷、突出報警功能，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)融合、應(yīng)急聯(lián)動，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備具備抗干擾能力，運行更加穩(wěn)定可靠。全面升級后的KJ70X，以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)加現(xiàn)場總線作為系統(tǒng)的信息傳輸平臺，系統(tǒng)利用工業(yè)以太網(wǎng)平臺的快速通道實現(xiàn)多主并發(fā)通訊技術(shù)，使系統(tǒng)在設(shè)備抗干擾、實時性、可靠性、穩(wěn)定性、擴展性、數(shù)字化、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、數(shù)據(jù)融合、新技術(shù)應(yīng)用等方面技術(shù)水平進一步提升。

2.1 工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸

礦井建有千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，在地面機房安設(shè)核心交換機、井下安裝KJJ63環(huán)網(wǎng)交換機4臺，井上下敷設(shè)光纖6000余米，形成了千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)。礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)的應(yīng)用，實現(xiàn)了安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)和數(shù)字廣播系統(tǒng)傳輸一體化，提升了傳輸速度和抗干擾能力。

2.2 地面機房配置

地面機房是監(jiān)控系統(tǒng)的信息處理中心。

地面機房配置監(jiān)控主機5臺，通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)與地面、井下監(jiān)控分站、定位分站、廣播分站通信，負責(zé)系統(tǒng)的運行，參數(shù)的設(shè)置和控制，實時采集處理數(shù)據(jù)、顯示、編輯、存儲、查詢和打印等任務(wù)。

地面機房配置服務(wù)器，由監(jiān)控主機將監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，實現(xiàn)多網(wǎng)系統(tǒng)的融合。目前融合的系統(tǒng)有安全監(jiān)控、人員定位、調(diào)度廣播和調(diào)度電話。

地面機房配備2kVA 4h UPS不間斷電源，保證在主電網(wǎng)停電后備用電源連續(xù)工作達到4h以上。電源具有防雷保護裝置，系統(tǒng)具有良好的防雷措施。

3 監(jiān)控系統(tǒng)配置

（1）KJ70X安全監(jiān)控系統(tǒng)配置：① 監(jiān)控主機、網(wǎng)絡(luò)及軟件；②環(huán)網(wǎng)交換機、光纜和電纜；③ 供電電源及監(jiān)控分站；④ 各種傳感器及執(zhí)行器。

系統(tǒng)裝備了監(jiān)控主機2臺（1用、1備）、敷設(shè)光纜6000余米、監(jiān)控分站22臺（其中綜合分站9臺）、供電電源22臺、激光甲烷傳感器36臺、一氧化碳傳感器12臺、溫度傳感器15臺、負壓傳感器2臺、粉塵傳感器10臺、水位傳感器5臺、風(fēng)速傳感器15臺、開停傳感器36臺、饋電傳感器16臺、斷電執(zhí)行器16臺、風(fēng)門傳感器18臺、多參數(shù)傳感器2臺、風(fēng)筒傳感器10臺、壓力傳感器1臺、流量傳感器1臺。

（2）KJ128A人員定位系統(tǒng)配置：① 監(jiān)控主機、網(wǎng)絡(luò)及軟件； ②環(huán)網(wǎng)交換機、光纜和電纜；③ 供電電源、傳輸分站、讀卡分站；④ 定位標識卡。

系統(tǒng)裝備了綜合分站9臺、供電電源9臺、讀卡分站56臺、標識卡450張。

（3）KT425調(diào)度廣播系統(tǒng)配置：① 監(jiān)控主機、網(wǎng)絡(luò)及軟件； ②環(huán)網(wǎng)交換機、光纜和電纜；③ 供電電源、主廣播、副廣播。

系統(tǒng)裝備了11臺主音箱、26臺副音箱、供電電源11臺。

4 監(jiān)控系統(tǒng)升級改造后的技術(shù)特征

（1）傳輸數(shù)字化

礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)全部以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)作為系統(tǒng)的信息傳輸平臺，分站與分站間采用光纜傳輸，井下所有模擬量傳感器和分站之間傳輸采用全數(shù)字化，使用RS485現(xiàn)場總線方式通訊。

（2）增強抗電磁干擾能力（表1）

表1 改造前后抗電磁干擾能力的標準對比

（3）先進傳感器技術(shù)和裝備

升級改造后的監(jiān)控系統(tǒng)甲烷傳感器全部選用激光甲烷傳感器（激光甲烷傳感器36臺、多參數(shù)傳感器2臺，粉塵傳感器10臺）。更換的傳感器外殼采用不飽和聚脂工程塑料，防護等級達到IP65，提升了設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，減少設(shè)備故障率和維護量。

（4）系統(tǒng)實現(xiàn)分級報警、邏輯報警、就地斷電、異地斷電控制

升級改造后的安全監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了分級報警，根據(jù)瓦斯?jié)舛雀叩?、瓦斯超限持續(xù)時間、瓦斯超限范圍等，根據(jù)不同的報警級別，實施分級響應(yīng)。推行邏輯報警，系統(tǒng)會根據(jù)巷道布置及瓦斯涌出等的內(nèi)在邏輯關(guān)系，實施邏輯報警，保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用。遠程本地、異地區(qū)域斷電，可根據(jù)礦井需要自行設(shè)定斷電區(qū)域。

（5）系統(tǒng)實現(xiàn)了多系統(tǒng)融合

地面實現(xiàn)了安全監(jiān)控、人員定位、通信聯(lián)絡(luò)（應(yīng)急廣播、調(diào)度電話）的融合，井下現(xiàn)場實現(xiàn)了人員定位和安全監(jiān)控系統(tǒng)的融合，將進一步完善供電監(jiān)控、工業(yè)電視錄像系統(tǒng)的融合。

（6）系統(tǒng)主干網(wǎng)采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸，支持聯(lián)網(wǎng)并按要求格式上傳。

（7）系統(tǒng)實現(xiàn)自診斷、自評估功能

① 傳感器、控制器的設(shè)置及定義；② 模擬量傳感器維護、定期未標校提醒；③ 控制器、電源箱等設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)；④ 中心站軟件自診斷，包括雙機熱備、數(shù)據(jù)庫存儲、軟件模塊通信。

（8）數(shù)據(jù)應(yīng)用分析

① 偽數(shù)據(jù)標注及異常數(shù)據(jù)分析；② 瓦斯涌出、火災(zāi)等的預(yù)測預(yù)警；③ 大數(shù)據(jù)分析，如多系統(tǒng)融合條件下的綜合數(shù)據(jù)分析等；④ 可與煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)檢查分析工具對接數(shù)據(jù)。

（9）應(yīng)急聯(lián)動，瓦斯超限報警情況下，自動與人員定位、應(yīng)急廣播、調(diào)度電話等系統(tǒng)的聯(lián)動。

（10）系統(tǒng)巡檢周期不超過20s，異地斷電不超過40s，備用電源能維持斷電后工作4h以上，雙機熱備自動切換。

（11）系統(tǒng)采用RSA加密算法對數(shù)據(jù)進行加密，防止數(shù)據(jù)被篡改。

5 升級改造后效果檢驗

（1）安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作，進一步提升了礦井的裝備水平，安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了信息化、智能化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、一體化。

（2）系統(tǒng)以工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)進行架構(gòu)，安全監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、應(yīng)急廣播系統(tǒng)使用統(tǒng)一的傳輸平臺，分站級設(shè)備自帶網(wǎng)絡(luò)接口，傳感器更換為數(shù)字式傳感器，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，保持數(shù)據(jù)準確穩(wěn)定的上傳至地面監(jiān)控主機。

（3）綜合分站、總線式傳感器的應(yīng)用減少了現(xiàn)場重復(fù)布線的工作量，節(jié)約了材料成本。

（4）激光甲烷傳感器的投入使用，取代了催化燃燒式甲烷傳感器，抗干擾能力增強，不受井下環(huán)境因素的干擾，監(jiān)測的甲烷數(shù)據(jù)更準確、可靠。

（5）實現(xiàn)了多網(wǎng)融合，三維立體圖集中顯示了人員定位、安全監(jiān)控、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時全面掌握礦井安全生產(chǎn)環(huán)境變化。

（6）實現(xiàn)了應(yīng)急聯(lián)動功能，在瓦斯超限報警情況下，通過監(jiān)控主機發(fā)出報警信息與人員定位、調(diào)度廣播、調(diào)度電話實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動，有效地提升了礦井事故預(yù)警和應(yīng)急處置能力。

6 結(jié)語

系統(tǒng)通過全面徹底的升級改造后，經(jīng)過半年的運行，系統(tǒng)運行安全、平穩(wěn)、可靠。隨著安全監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造、完善，安全監(jiān)控系統(tǒng)自動化、智能化、信息化水平得到進一步提升，對預(yù)防礦井存在的安全隱患和防止煤礦事故的發(fā)生起到了重要的作用，為全面推進礦井安全生產(chǎn)標準化建設(shè)及礦井安全生產(chǎn)提供強有力的保障。