【正文】 云南東源瀘西煤業(yè)有限公司云龍二號井安全監(jiān)測監(jiān)控升級改造方案一、概述2016年末國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》煤安監(jiān)函〔2016〕5號文件，要求2018年底大型礦井、煤與瓦斯突出礦井的在用安全監(jiān)控系統(tǒng)完成升級改造工作。同時《煤礦安全規(guī)程》（2016版）對安全監(jiān)控系統(tǒng)也提出了新的更高要求，提高安全監(jiān)控系統(tǒng)在安全生產(chǎn)中的作用。隨著礦井信息化建設(shè)的加快，各種系統(tǒng)建設(shè)的越來越多，井下干擾增多，使得安全監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響，維護(hù)工作量不斷增大，分析問題的難度逐步上升，也需要對安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，將更多的新技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。KJ90N安全監(jiān)控系統(tǒng)是重慶研究院在2014年針對抗干擾送檢的全新安全監(jiān)控系統(tǒng)，利用工業(yè)以太網(wǎng)+總線傳輸平臺，使系統(tǒng)在設(shè)備抗干擾、實時性、可靠性、穩(wěn)定性、擴(kuò)容接入能力、防護(hù)等級、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(jìn)一步提升。同時系統(tǒng)通過AQ62012006對抗干擾（浪涌、靜電、射頻電磁場輻射、電快速瞬變脈沖群）要求等級，并取得“MA”認(rèn)證。二、設(shè)計依據(jù)1） 《煤礦安全規(guī)程》2016版2） 《安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造》5號文件3） 《煤礦安全裝備基本要求》4） 《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求（AQ62012006）》5） 《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)測儀器使用規(guī)范》AQ102920076） 《低壓電器外殼防護(hù)等級》三、升級改造要求及實現(xiàn)途徑（逐條對應(yīng)升級文件） 傳輸數(shù)字化在分站至中心站數(shù)字化傳輸?shù)幕A(chǔ)上，將傳感器（模擬量）至分站升級為數(shù)字傳輸，實現(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字化，促進(jìn)智能傳感器發(fā)展。KJ90N系統(tǒng)配套所有模擬量傳感器均具有智能數(shù)字化傳輸功能，采用RS485/CAN總線可選的方式。智能模擬量傳感器具有類型、狀態(tài)、故障自識別功能，調(diào)校狀態(tài)識別提醒功能，對未按照規(guī)定時間調(diào)校的傳感器進(jìn)行識別并報警。 開關(guān)量按照附表進(jìn)行選擇性更換，盡量保持不變，如果客戶需要更換為全數(shù)字化，我院也有對應(yīng)的數(shù)字化產(chǎn)品。斷電儀也是同客戶溝通，如果客戶需要數(shù)字化產(chǎn)品，我院也有對應(yīng)產(chǎn)品，在資金不允許的情況下，暫時不升級。 增強(qiáng)抗電磁干擾能力安全監(jiān)控系統(tǒng)及組成設(shè)備采用抗干擾（EMC）技術(shù)設(shè)計，通過以下試驗：地面設(shè)備3級靜電抗擾度試驗，評價等級為A；2級電磁輻射抗擾度試驗，評價等級為A；2級脈沖群抗擾度試驗，評價等級為A；交流電源端口3級、直流電源與信號端口2級浪涌（沖擊）抗擾度試驗，評價等級為B。KJ90N系統(tǒng)取得了抗干擾認(rèn)證，實現(xiàn)了在施加干擾時不影響傳感器正常運行，其中群脈沖通過了3級抗擾度試驗，高于5號文件要求。 應(yīng)用先進(jìn)傳感技術(shù)及裝備推廣使用架構(gòu)簡單系統(tǒng)以及激光、紅外等低功耗傳感器、自診斷型傳感器，鼓勵使用多參數(shù)傳感器。突出礦井的采煤工作面進(jìn)、回風(fēng)巷，煤巷、半煤巖巷和有瓦斯涌出的巖巷掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中，采區(qū)回風(fēng)巷，總回風(fēng)巷瓦斯傳感器推薦使用激光、紅外等全量程傳感器。突出、高瓦斯礦井的回風(fēng)隅角建議采用無線傳感器。建議加裝粉塵監(jiān)測設(shè)備。重慶研究院開發(fā)的紅外、激光傳甲烷感器已銷售使用多年，數(shù)字化、抗干擾、防護(hù)等各項指標(biāo)均滿足本次升級改造要求。尤其2014年投產(chǎn)并銷售使用的激光甲烷傳感器，相對紅外甲烷檢測技術(shù)具有進(jìn)一步的提高： ①是目前測量精度最高的設(shè)備；②采用半導(dǎo)體激光吸收光譜檢測技術(shù)，克服了紅外檢測原理受水、水汽影響；③傳感器內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)氣體，具有實時自校準(zhǔn)功能；④采用諧波檢測信號處理技術(shù)，僅對甲烷氣體濃度信息進(jìn)行響應(yīng)，避免背景氣干擾誤報。因此，在礦方資金預(yù)算允許的條件下，優(yōu)先推薦使用激光甲烷傳感器。無線甲烷傳感器由于受電池使用時間限制，目前市面相關(guān)產(chǎn)品較少。我院自2016年開始研發(fā)，產(chǎn)品仍在研發(fā)階段，預(yù)計2017年底投產(chǎn)。粉塵傳感器設(shè)計方案時需要考慮，至少工作面要增加。 提升傳感器的防護(hù)等級將采掘面?zhèn)鞲衅鞯姆雷o(hù)等級由IP54提升到IP65。重慶研究院自2012年進(jìn)行傳感器數(shù)字化、抗干擾及提高防護(hù)等級等技術(shù)研究，新改進(jìn)傳感器自2014年開始陸續(xù)投產(chǎn)，2015年完成了所有傳感器的升級，傳感器防護(hù)等級均達(dá)到IP65，能夠在淋水環(huán)境下正常工作。 完善報警、斷電等控制功能系統(tǒng)實現(xiàn)分級報警，根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮?、瓦斯超限持續(xù)時間、瓦斯超限范圍等，設(shè)置不同的報警級別，實施分級響應(yīng)。各級別報警濃度值的設(shè)置可由煤礦企業(yè)根據(jù)相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和實際情況決定。重慶研究院通過軟件實現(xiàn)了靈活設(shè)置多級報警功能，并可對瓦斯報警的持續(xù)時間過長進(jìn)行報警，可由用戶根據(jù)實際情況設(shè)置報警參數(shù)及范圍。推行邏輯報警，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，促進(jìn)各類傳感器的正確安裝、設(shè)置、維護(hù)，監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用，防止違法行為。具體邏輯關(guān)系可由煤礦企業(yè)根據(jù)實際情況進(jìn)行設(shè)置。軟件實現(xiàn)了邏輯點功能，可根據(jù)多個監(jiān)測點和一組邏輯關(guān)系計算出一個新的點，可設(shè)置報警條件。煤礦企業(yè)根據(jù)實際情況進(jìn)行定義和設(shè)置。完善就地斷電功能，提高斷電的可靠性，并加強(qiáng)饋電狀態(tài)監(jiān)測。推行區(qū)域斷電，可由煤礦企業(yè)根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實際情況進(jìn)行設(shè)置。軟件實現(xiàn)了就地斷電設(shè)置和遠(yuǎn)程自動斷電功能。上位機(jī)將就地斷電設(shè)置下發(fā)給分站后，分站就可以根據(jù)設(shè)置的條件進(jìn)行斷電控制；遠(yuǎn)程自動斷電實現(xiàn)在每個監(jiān)測點超限時可以根據(jù)用戶的設(shè)置進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)區(qū)域斷電。 支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合實現(xiàn)井下有線和無線傳輸網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合、監(jiān)測監(jiān)控與GIS技術(shù)的有機(jī)融合。多系統(tǒng)的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓勵新安裝的安全監(jiān)控系統(tǒng)采用井下融合方式。在地面統(tǒng)一平臺上必須融合的系統(tǒng)：環(huán)境監(jiān)測、人員定位、應(yīng)急廣播，如有供電監(jiān)控系統(tǒng)，也應(yīng)融入。其它可考慮融合的系統(tǒng)：視頻監(jiān)測、無線通信、設(shè)備監(jiān)測、車輛監(jiān)測等。重慶研究院自產(chǎn)系統(tǒng)可通過地面安全監(jiān)控系統(tǒng)站實現(xiàn)瓦斯監(jiān)控、人員定位、應(yīng)急廣播系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合，可對數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示，對多系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，并可實現(xiàn)應(yīng)急救援聯(lián)動。對其它廠家的系統(tǒng)開放接口協(xié)議，配合完成融合功能。（井下融合部分由硬件支持） 格式規(guī)范化 系統(tǒng)主干網(wǎng)應(yīng)采用工業(yè)以太網(wǎng)。分站至主干網(wǎng)之間有線傳輸宜采用工業(yè)以太網(wǎng)，也可采用RS48CAN、LonWorks、Profibus?！笆濉蹦?yīng)采用工業(yè)以太網(wǎng)。模擬量傳感器至分站的有線傳輸采用工業(yè)以太網(wǎng)、RS48CAN；無線傳輸采用WaveMesh、Zigbee、WiFi、RFID。系統(tǒng)改造后支持聯(lián)網(wǎng)并按要求數(shù)據(jù)格式上傳。KJ90N系統(tǒng)主干網(wǎng)設(shè)計有百兆、千兆以太環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)切換時間不大于50ms。分站至主干網(wǎng)交換機(jī)采用RS485總線傳輸。模擬量傳感器至分站采用RS485/CAN總線可選擇，無線傳感器采用Zigbee技術(shù)，通過無線傳輸方式監(jiān)測上隅角參數(shù)。 增加自診斷、自評估功能實現(xiàn)系統(tǒng)定期的自診斷、自評估，能夠預(yù)先發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在安裝使用中存在的問題。自診斷的內(nèi)容至少應(yīng)包括：1） 傳感器、控制器的設(shè)置及定義； 不允許用戶設(shè)置的報警閥值低于行標(biāo)要求，只可高于行標(biāo)。2） 模擬量傳感器維護(hù)、定期未標(biāo)校提醒；已實現(xiàn)傳感器調(diào)校分組功能，可對每組定義調(diào)校周期，到期未調(diào)校進(jìn)行提醒。3） 模擬量傳感器、控制器、電源箱等設(shè)備及通信網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)；控饋斷電儀自動識別4） 中心站軟件自診斷，包括雙機(jī)熱備、數(shù)據(jù)庫存儲、軟件模塊通信。中心站軟件已經(jīng)實現(xiàn)雙機(jī)熱備、數(shù)據(jù)庫存儲和通訊模塊工作是否正常的監(jiān)測和記錄；重慶研究院軟件可對定義的傳感器類型與上傳的類型進(jìn)行對比，對不一致的進(jìn)行報警，避免由于定義錯誤引起的誤報警。同時，智能模擬量傳感器具有類型、狀態(tài)、故障自識別功能，調(diào)校狀態(tài)識別提醒功能，對未按照規(guī)定時間調(diào)校的傳感器進(jìn)行識別并報警。為傳感器及分站供電的電源具有信息管理功能，能夠?qū)﹄娫茨K的工作狀態(tài)、電池剩余電量、腔體的溫度進(jìn)行實時監(jiān)測并上傳，并具有遠(yuǎn)程電源管理功能，能夠?qū)﹄姵剡M(jìn)行充放電管理，延長電池使用壽命。 加強(qiáng)數(shù)據(jù)應(yīng)用分析安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有大數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用功能，至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：1） 偽數(shù)據(jù)標(biāo)注及異常數(shù)據(jù)分析；20秒內(nèi)完成上升及下降過程，%，理解為偽數(shù)據(jù)。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；系統(tǒng)實現(xiàn)了對控饋不符、超限不斷電、超限不撤人等多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合分析功能；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)。有數(shù)據(jù)對接接口在系統(tǒng)監(jiān)控軟件進(jìn)行升級改造后，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)應(yīng)用分析功能，主要有以下幾點：（1）通過對甲烷、風(fēng)速、壓力的監(jiān)測，并結(jié)合一套邏輯關(guān)系，實現(xiàn)了瓦斯涌出報警，具體參數(shù)用戶可以設(shè)置；（2）通過對一氧化碳、溫度和風(fēng)速的監(jiān)測，并結(jié)合一套邏輯關(guān)系，實現(xiàn)了火災(zāi)等預(yù)警預(yù)測，具體參數(shù)用戶可以設(shè)置；（3）對模擬量值的監(jiān)測，通過在一定時間內(nèi)的完成某個過程的變化，幅度超過一定值的情況進(jìn)行篩分，實現(xiàn)了為數(shù)據(jù)標(biāo)注，和異常數(shù)據(jù)分析功能；（4） 平臺使用各項性能指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)自評估的大數(shù)據(jù)分析；（5）系統(tǒng)對外提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，并具有安全驗證功能； 應(yīng)急聯(lián)動在瓦斯超限、斷電等需立即撤人的緊急情況下，可自動與應(yīng)急廣播、通信、人員定位等系統(tǒng)的應(yīng)急聯(lián)動。通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)了重慶院安全監(jiān)控、人員定位及廣播系統(tǒng)的聯(lián)動，在甲烷超限時，可啟動廣播系統(tǒng)，同時告知在危險區(qū)域的人員。 提升系統(tǒng)性能指標(biāo)1） 系統(tǒng)巡檢周期不超過20s；KJ90N系統(tǒng)巡檢周期最快可達(dá)2秒，一般設(shè)置一臺分站通信時間2秒，一條總線掛接45臺分站。2） 異地斷電時間不超過40s；KJ90N系統(tǒng)異地斷電可通過兩種方式實現(xiàn)，一是通過中心站軟件實現(xiàn)兩臺分站之間斷電，二是在一條總線之間