| 项目名称 | 临县华烨煤业安全监控系统技术改造方案设计 | |
| 项目分类 | 煤矿安全 | |
| 研究单位 | 无 | |
| 知识产权及获奖情况 | 无 | |
| 项目介绍 | 临县华烨煤业安全监控系统技术改造方案设计 第一作者武奴顺 2021.08 （山西临县华烨煤业有限公司,山西 吕梁 033200； 2 吕梁学院，山西 吕梁 033200）
摘 要：为了解决我矿安全监控系统采用RS485单链路串联传输容易出现数据传输中断、传输速度慢等问题，我矿根据国家煤矿安监局《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求对矿井安全监控系统环网传输方式进行了技术改进，采用了双链路冗余环网组网的传输模式。极大地提高了网络稳定性，减少了因安全监控系统传输故障而引发的安全事故，保障了煤矿安全生产。 1.引言 针对山西临县华烨煤业有限公司安全监控系统的现状和需求，根据临县华烨煤业安全监控系统技术特点，本文提出了山西临县华烨煤业有限公司安全监控系统技术改造方案设计，针对改造前山西临县华烨煤业有限公司面临问题：安全监控系统传输光缆与矿井巷道范围内所控制的安全监控分站进行单链路串联传输，这种单链路串联传输的方式，如果有一点传输线路故障或者增加删除监控分站，就会导致整个数据传输链路中断，保障整个线路不出现故障点是非常困难的，导致这种单线串联方式可靠性低，系统不稳定，临县华烨煤业安全监控系统技术改造方案设计依据《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2019）》和《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029-2019）》要求，极大地提高了安全监控系统数据传输的可靠性。 2.技术改造背景 山西临县华烨煤业有限公司位于临县林家坪镇滴水局村南，北距临县县城57km，行政区划属临县林家坪镇管辖。矿区临近有离（石）—碛（口）公路通过，矿区距离石市区30km，于离石市区附近与临（县）—太（原）干线公路连接，至离石市西南3km交口可与孝柳铁路交接。矿井井田南北宽3.75km，东西长2.38km，井田面积6.971Km?。煤矿产能：120万吨/年；瓦斯等级：高瓦斯。 华烨煤矿目前在用的安全监控系统为中煤科工集团重庆研究院有限公司生产的KJ90NB型安全监控系统。该系统于2002年在华烨煤业安装使用，系统型号为KJ90NA型，KJ90NB型安全监控系统2013年进行了第一次升级改造，第一次升级改造后的安全监控系统符合当时的老版的《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）》和《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范（AQ1029-2007）》要求。系统自2018升级以后，全部设备防护等级已达到IP65，并具备数字化传输要求，并具有融合人员定位系统与广播系统的接口，但目前分站之间串联传输，任何一点故障都会导致系统瘫痪，系统稳定性很差。目前系统数据采用通讯线缆传输不符合《煤矿安全监控系统升级改造技术方案（煤安监函[2016]5号）》[1]通知要求的主干传输采用环网传输的要求。 山西临县华烨煤业有限公司根据国家能源局、国家矿山安全监察局有关智能化煤矿建设的有关要求[2，4]，中华人民共和国应急管理部4号令《煤矿重大事故隐患判定标准》[5]及《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号文的要求，在2021年对矿井安全监控系统进行了全面环网传输方式技术改进。 在改造前期，延用了传统安全监控系统的环网设备进行数据传输。井下环网交换机到安全监控分站之间采用RS485传输光缆传输方式，一条光缆连接多台分站。传输光缆一旦发生故障或者增加删除监控分站，将影响多台安全监控分站数据传输。 我矿在井下三个变电所设置了三台重庆煤科院生产的KJJ103型环网交换机，三台环网交换机互相通过光缆连接，再由中央变电所环网交换机支出两条光缆从不同井口传输至地面中心站，从而形成井下安全监控环网。井下环网交换机通过RS485转换模块，利用传输光缆与区域内每台安全监控分站进行单链路串联传输。在实际使用中发现，这种传输方式存在可靠性低的弊端，虽然井下三台环网交换机中可以实现某一交换机断开不影响实际数据传输，但是采用RS485单链路串联传输的安全监控分站，只要其中一段传输光缆出现或者增加删除监控分站，那么故障光缆后面所接的全部安全监控分站就处于中断传输状态。这就造成了各类传感器数据不能及时传输到地面中心站，不仅影响范围大、还不能及时掌握井下各类传感器的实时数据，从而不能保证煤矿的安全生产。在这种状况下，就必须解决这单一故障而影响多台瓦斯监控分站正常传输的问题。在确保数据传输稳定的前提下，我们打破常规，对井下安全监控系统环网传输方式进行了技术改进。
华烨煤业监控系统升级改造工作。在分站至中心站数字化传输的基础上，实现模拟量传感器至分站数字化传输；监控系统及组成设备达到静电抗扰度3级、电磁辐射抗扰度2级、脉冲群抗扰度2级、浪涌抗扰度3级；通过地面统一平台实现多系统的有机融合；传感器的防护等级由IP54提升到IP65；系统网传输速率全部达到100M；完善报警、断电等控制功能；数据存储采用RSA加密算法，防止数据被破解篡改；系统性能指标得到大幅提升，巡检周期不超过15S，异地断电时间不超过30S，备用电源断电后正常供电时间提升到4h,双机热备实现自动切换，模拟量传输处理误差不超过0.5%，分站本安电源实现分级管理，实现多系统融合与联动等功能，华烨煤业监控系统升级改造满足了2016年版《煤矿安全规程》[6]和相关安全生产行业标准[7，8]对煤矿安全监控系统的相关要求。 （1）升级改造后须达到《煤矿安全规程》2016版及《安全监控系统升级改造技术方案》煤安监函〔2016〕5号文件的要求； （2）在分站至中心站数字化传输的基础上，实现传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化； （3）增强抗电磁干扰能力，实现传感器RS-485总线的数字化通信，以及类型、状态、故障自诊断等智能化功能的实现和信息上传； （4）传感器的防护等级由IP54提升到IP65； （5）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； （6）实现瓦斯监控、人员定位、应急广播系统数据的融合，可对数据进行集中展示，对多系统数据进行融合分析，并可实现应急救援联动； （7）系统主干网采用稳定可靠的工业以太环网，满足系统融合需求； （8）实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容应包括：传感器、控制器的设置及定义；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；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； （9）安全监控系统具有大数据的分析与应用功能，至少包括：异常数据判别及伪数据标注；大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等，以实现瓦斯涌出、火灾等的预测预警；可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据； （10）系统对外提供标准规范的数据接口，并具有安全验证功能； （11）在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动； （12）性能指标应达到：系统巡检周期不超过20s；异地断电时间不超过40s；备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，具有双机热备自动切换功能；模拟量传输处理误差不超过0.5%；分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km； 4.技术改进： 改进前：井下环网交换机到安全监控分站之间采用RS485传输光缆传输方式，一条光缆连接多台分站。传输光缆一旦发生故障或者增加减少分站时，将影响多台安全监控分站数据传输。 改进后：井上下环网交换机到安全监控分站之间采用双链路冗余环网组网的先进传输模式进行数据传输。分别为KJ90-F16(B)和KJJ18(A)， KJJ18(A)交换机主干网为千兆传输，KJJ18(A)交换机与分站组网为百兆传输，KJ90-F16(B)交换机置于分站网为百兆传输。 我矿在井上设置了2台网络交换机，井下中央变电所设置2台,4#煤一采区变电所设置1台,4#煤二采区设置1台重庆煤科院生产的KJJ18（A）型环网交换机，6台环网交换机互相通过光缆连接，再由井下中央变电所2台环网交换机支出两条光缆从不同井口传输至地面中心站，从而形成井上下安全监控系统环网。 4#煤一采区瓦斯监控分站距离比较近比较集中，由4#煤一采区变电所KJJ18A交换机引出一条网线连接变电所KJJ90-F16(B)型分站在由变电所KJJ90-F16(B)型引出一条光缆走4#煤一采区轨道巷采用“手拉手式”方式连接4105回风、4105运输、4106运输、4106回风走4#一采区运输巷回到中央变电所KJJ18A交换机用网线连接组成小环网互联互通，使用这种方式如果有任意一线路或者一点发生故障都会走备线路正常传输瓦斯监控分站数据，不影响网络正常传输。 4#煤二采区瓦斯监控分站比较分散距离又远，由4#二采区变电所KJJ18A交换机用光缆连接4#煤二采区KJJ90-F16(B)、再由4#煤二采区变电所KJJ90-F16(B)用光缆走4#煤二采区运输巷采用“手拉手式”方式连接4#煤二采区水仓、5201回风、5201运输、4#煤二采区移动救生舱回到4#煤二采区变电所KJJ18A交换机组成小环网互联互通。使用这种方式如果有任意一线路或者一点发生故障都会走备线路正常传输瓦斯监控分站数据，不影响网络正常传输。 。
改造后井下数据传输原理图 5.安全监控系统分站的布置 根据华烨煤矿实际情况，共设置18个监控分站。 地面部分设置在监控中心站，主通风机房（１号分站）、地面筒仓（２号分站）、地面瓦斯抽放泵站（3号分站）等共3台监控分站。 井下设置中央变电所（2号分站）、4#煤一采区变电所（4号分站）、4#煤二采区变电所（9号分站）、4#煤二采区水泵房（23号分站）、永久避难硐室（12号分站）、永久避难硐室（13号分站）、4#煤仓上部（17号分站）、4#煤仓下部（19号分站）、2#煤仓上部（13号分站）、4#煤二采区移动救生舱（24号分站）、4105回风掘进（27号分站）、4105运输掘进（6号分站）、5201回风掘进（17号分站）、5201运输掘进（18号分站）、4106综采工作面（21号分站）、等共15台监控分站。 井下监控分站必须安装在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中，安设时应垫支架，或吊挂在巷道中，使其距巷道底板不小于300mm。 6.结论 （1）通过以上环形式网络连接可以规避传统级联式网络连接带来的“一点断全网断” 的隐患，极大地提高了网络稳定性。 （2）增加了瓦斯监控分站组网的备用环网链路，完全杜绝了由于瓦斯监控分站单条传输链路故障或者增加删除监控分站，而导致的分站数据传输中断问题，解决了安全监控系统运行不正常就是重大隐患。 （3）实现井下采掘工作面及其它地点涉及的各类传感器实时数据持续稳定上传，全面保障了矿井的安全生产。 （4）改进安全监控环网传输方式后，既使用新技术又使用了新工艺，光缆保护介质稳定、不易损坏，完全杜绝了井下瓦斯监控分站因传输链路故障引起数据中断的时间。 （5）保障了井下采掘工作面及其它地点涉及的各类传感器实时数据能够及时有效的传输到地面中心站，减少了因安全监控系统故障导致煤矿停产而造成的经济损失。 （6）为井下安全生产安全提供了可靠的,保障一方面保障了矿井的安全生产，另一方面杜绝了井下安全监控分站链路的故障率，提高生产效益，减少因安全监控系统故障失控而引发的安全事故, 参考文献
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