煤矿安全监控系统升级改造技术方案30

1 概述

2016年末国家煤矿安监局印发《安全监控系统升级改造技术方案》煤安监函〔2016〕5号文件，要求2018年底大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统完成升级改造工作。同时《煤矿安全规程》（2016版）对安全监控系统也提出了新的更高要求，提高安全监控系统在安全生产中的作用。

随着矿井信息化建设的加快，各种系统建设的越来越多，井下干扰增多，使得安全监控系统稳定性受到影响，维护工作量不断增大，分析问题的难度逐步上升，也需要对安全监控系统进行升级改造，将更多的新技术应用到系统中，提高系统运行的稳定性。

KJ90N安全监控系统是重庆研究院在2014年针对抗干扰送检的全新安全监控系统，利用工业以太网+总线传输平台，使系统在设备抗干扰、实时性、可靠性、稳定性、扩容接入能力、防护等级、数字化、数据分析应用、数据融合、新技术应用等方面技术水平进一步提升。同时系统通过AQ6201-2006对抗干扰（浪涌、静电、射频电磁场辐射、电快速瞬变脉冲群）要求等级，并取得“MA”认证。

2 设计依据

1） 《煤矿安全规程》2016版

2） 《安全监控系统升级改造》5号文件 3） 《煤矿安全装备基本要求》

4） 《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）》 5） 《煤矿安全监控系统及监测仪器使用规范》AQ1029-2007 6） 《低压电器外壳防护等级》GB4942.2

3 升级改造要求及实现途径（逐条对应升级文件）

3.1 传输数字化

在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（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，促进智能传感器发展。

KJ90N系统配套所有模拟量传感器均具有智能数字化传输功能，采用RS485/CAN总线可选的方式。智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态识别提醒功能，对未按照规定时间调校的传感器进行识别并报

警。

开关量按照附表进行选择性更换，尽量保持不变，如果客户需要更换为全数字化，我院也有对应的数字化产品。断电仪也是同客户沟通，如果客户需要数字化产品，我院也有对应产品，在资金不允许的情况下，暂时不升级。

3.2 增强抗电磁干扰能力

安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。

KJ90N系统取得了抗干扰认证，实现了在施加干扰时不影响传感器正常运行，其中群脉冲通过了3级抗扰度试验，高于5号文件要求。

3.3 应用先进传感技术及装备

推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。

突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。建议加装粉尘监测设备。

重庆研究院开发的红外、激光传甲烷感器已销售使用多年，数字化、抗干扰、防护等各项指标均满足本次升级改造要求。尤其2014年投产并销售使用的激光甲烷传感器，相对红外甲烷检测技术具有进一步的提高： ①是目前测量精度最高的设备；②采用半导体激光吸收光谱检测技术，克服了红外检测原理受水、水汽影响；③传感器内置标准气体，具有实时自校准功能；④采用谐波检测信号处理技术，仅对甲烷气体浓度信息进行响应，避免背景气干扰误报。因此，在矿方资金预算允许的条件下，优先推荐使用激光甲烷传感器。

无线甲烷传感器由于受电池使用时间限制，目前市面相关产品较少。我院自2016年开始研发，产品仍在研发阶段，预计2017年底投产。 粉尘传感器设计方案时需要考虑，至少工作面要增加。 3.4 提升传感器的防护等级

将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。

重庆研究院自2012年进行传感器数字化、抗干扰及提高防护等级等技术研究，新改进传感器自2014年开始陆续投产，2015年完成了所有传感器的升级，传感器防护等级均达到IP65，能够在淋水环境下正常工作。

3.5 完善报警、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。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。

重庆研究院通过软件实现了灵活设置多级报警功能，并可对瓦斯报警的持续时间过长进行报警，可由用户根据实际情况设置报警参数及范围。

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，防止违法行为。具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。

软件实现了逻辑点功能，可根据多个监测点和一组逻辑关系计算出一个新的点，可设置报警条件。煤矿企业根据实际情况进行定义和设置。

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。 软件实现了就地断电设置和远程自动断电功能。上位机将就地断电设置下发给分站后，分站就可以根据设置的条件进行断电控制；远程自动断电实现在每个监测点超限时可以根据用户的设置进行控制，可以实现区域断电。

3.6 支持多网、多系统融合

实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。 多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。

重庆研究院自产系统可通过地面安全监控系统站实现瓦斯监控、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。对其它厂家的系统开放接口协议，配合完成融合功能。（井下融合部分由硬件支持）

3.7 格式规范化

系统主干网应采用工业以太网。

分站至主干网之间有线传输宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网。

模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。

系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。

KJ90N系统主干网设计有百兆、千兆以太环网，环网切换时间不大于50ms。分站至主干网交换机采用RS485总线传输。模拟量传感器至分站采用

RS485/CAN总线可选择，无线传感器采用Zigbee技术，通过无线传输方式监测上隅角参数。

3.8 增加自诊断、自评估功能

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。自诊断的内容至少应包括：

1） 传感器、控制器的设置及定义；

不允许用户设置的报警阀值低于行标要求，只可高于行标。 2） 模拟量传感器维护、定期未标校提醒；

已实现传感器调校分组功能，可对每组定义调校周期，到期未调校进行提醒。 3） 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； 控馈断电仪自动识别

4） 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。 中心站软件已经实现双机热备、数据库存储和通讯模块工作是否正常的监测和记录；

重庆研究院软件可对定义的传感器类型与上传的类型进行对比，对不一致的进行报警，避免由于定义错误引起的误报警。同时，智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态识别提醒功能，对未按照规定时间调校的传感器进行识别并报警。为传感器及分站供电的电源具有信息管理功能，能够对电源模块的工作状态、电池剩余电量、腔体的温度进行实时监测并上传，并具有远程电源管理功能，能够对电池进行充放电管理，延长电池使用寿命。

3.9 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，至少应包括以下内容：