【正文】 計與本質(zhì)安全設(shè)計相互矛盾，這是目前傳輸線路易受干擾的內(nèi)因。部分傳感器元件一致性差，檢測易受干擾氣體影響，測量精度低。（5） 系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性有待提高a) 傳感器性能不穩(wěn)定井下環(huán)境惡劣，濕度及粉塵大，甚至伴有腐蝕性氣體，導(dǎo)致傳感器電路、感應(yīng)元件、接插件等容易氧化，接觸不良，造成工作不可靠。目前運行情況基本穩(wěn)定，該系統(tǒng)的設(shè)備安裝情況如下：1） 監(jiān)測監(jiān)控主備機及服務(wù)器： 3臺研華610L CPU E5200，配置為硬盤總?cè)萘浚?00G，操作系統(tǒng)：windows XP，內(nèi)存總?cè)萘浚?G，顯存：集成顯卡，處理器：其他.2） 分站及電源：共32套，具體安裝位置為：上倉皮帶機頭、15106回風(fēng)順槽、15煤皮帶巷、地面風(fēng)機房分站、中央變電所、15105進風(fēng)順槽、15106進風(fēng)順槽、15105高抽巷、15108進風(fēng)順槽、15煤皮帶機頭、15煤采區(qū)變電所、15107高抽巷、15110進風(fēng)順槽、15106進風(fēng)順槽、15煤軌道巷、燃氣鍋爐房、井底永久避難硐室、15103高抽巷、瓦斯抽放泵站、二采區(qū)變電所、5煤倉上口、15107進風(fēng)順槽、15煤軌道巷第二變電所、15109進風(fēng)順槽等。網(wǎng)絡(luò)以單模光纖為主要傳輸介質(zhì),建成井下一個相對獨立的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。煤種為優(yōu)質(zhì)無煙煤，可廣泛用于電力、冶金、化工等行業(yè)。批準(zhǔn)井田面積14平方公里。完全滿足了《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造技術(shù)方案》中所提出的傳輸數(shù)字化、抗電磁干擾、邏輯報警、分級報警、區(qū)域斷電、自診斷、自評估功能等要求，部分性能及功能指標(biāo)高于國家升級改造要求和同行業(yè)水平。（12） 增加加密存儲要求為有利于安全監(jiān)管監(jiān)察和企業(yè)安全管理，對采掘工作面等重點區(qū)域的瓦斯超限、報警、斷電信息應(yīng)進行加密存儲，采用如MDRSA加密算法對數(shù)據(jù)進行加密，確保數(shù)據(jù)無法被破解篡改。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；2) 模擬量傳感器維護、定期未標(biāo)校提醒；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)；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?！笆濉蹦?yīng)采用工業(yè)以太網(wǎng)。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。推行區(qū)域斷電，可由煤礦企業(yè)根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實際情況進行設(shè)置。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。突出、高瓦斯礦井的回風(fēng)隅角建議采用無線傳感器。試驗條件：形成完整的系統(tǒng)架構(gòu)，組成設(shè)備的類型齊全；至少一臺分站達到滿載要求；交換機及接口的每個電口至少帶載一臺設(shè)備。山西煤炭運銷集團保安煤業(yè)有限公司KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案 中國煤炭科工集團常州研究院有限公司 天地（常州）自動化股份有限公司 2017年3月45 / 45目 錄1 背景 4 國家要求 4 煤礦在用系統(tǒng)現(xiàn)狀 82 升級改造技術(shù)方案 12 升級改造原則及依據(jù) 12 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造原則 12 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造依據(jù) 13 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造完成情況 15 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)簡介 15 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)組成及工作原理 16 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)功能及性能指標(biāo) 18 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)特點 20 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 21 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造完成情況 23 KJ95N煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備升級情況 273 升級改造需求 50 改造范圍 50 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造系統(tǒng)需求 514 升級改造實施方案 51 環(huán)網(wǎng)改造 51 分站改造 52 電源改造 54 傳感器改造 575 費用預(yù)算 58附錄一 關(guān)鍵設(shè)備及指標(biāo) 611 背景 國家要求針對目前國內(nèi)煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題，2016年12月29日國家煤礦安監(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》的通知煤安監(jiān)函〔2016〕5號，通知要求：“大型礦井、煤與瓦斯突出礦井的在用安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作應(yīng)在2018年底前完成；其他礦井應(yīng)在“十三五”末完成”。試驗加載方法：系統(tǒng)中不同類型組成設(shè)備均分別進行試驗；試驗在系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下進行，即系統(tǒng)傳感、傳輸、顯示、控制、執(zhí)行的功能正常。建議加裝粉塵監(jiān)測設(shè)備。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，促進各類傳感器的正確安裝、設(shè)置、維護，監(jiān)控系統(tǒng)的正常使用，防止違法行為。（6） 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)的有機融合、監(jiān)測監(jiān)控與GIS技術(shù)的有機融合。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。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。（9） 加強數(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；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)。（13） 方便用戶使用、維護、培訓(xùn)軟件界面友好，方便調(diào)用，強化幫助功能。 煤礦在用系統(tǒng)現(xiàn)狀山西煤炭運銷集團保安煤業(yè)有限公司位于郊區(qū)舊街鄉(xiāng)境內(nèi)，石太鐵路和太舊高速公路從井田南部區(qū)外通過，距太舊高速公路3公里,距陽泉市區(qū)25公里,交通條件較為便利。主采15煤層。礦井從2005年5月正式開工建設(shè)，一期工程設(shè)計生產(chǎn)能力90萬噸/年，年銷售收入7億元。環(huán)網(wǎng)采用東土交換機做為內(nèi)核，其中，井下?lián)Q機共計4臺，型號為：KJJ135，分別布置在井下中央變電所、上倉皮帶機頭、15煤軌道巷第一配電室、采區(qū)變電所。3） 傳感器：高低濃度甲烷傳感器63臺，低瓦斯傳感器6臺，礦用一氧化碳傳感器27臺，溫度傳感器12臺，礦用風(fēng)速傳感器11臺，雙向風(fēng)速傳感器4臺，礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器8臺，礦用風(fēng)門開閉狀態(tài)傳感器17臺，礦用氧氣傳感器3臺，礦用紅外二氧化碳傳感器6臺，礦用負壓傳感器2臺，硫化氫傳感器1臺，煙霧傳感器13臺，遠程控制開關(guān)33臺，機電設(shè)備開停傳感器46臺，聲光報警器14臺等。傳感器在進水、受到振動和猛烈撞擊時，輸出數(shù)據(jù)會發(fā)生失真。b) 傳感器供電不穩(wěn)定AQ 62012006規(guī)定甲烷傳感器到分站的傳輸距離不得小于2 km。安全監(jiān)控系統(tǒng)具有測點多、分布廣、傳輸距離長等特點，傳感器到分站的距離從幾十米到數(shù)千米不等，極易受到外部信號的干擾，主要包括：在井下狹小的空間內(nèi)，本質(zhì)安全型傳感器弱電信號線與動力電纜多為平行鋪設(shè)，形成一個耦合回路；大型電氣設(shè)備啟動和停止時會產(chǎn)生浪涌干擾；井下變頻設(shè)備、大功率設(shè)備工作時會釋放強烈的電磁干擾，這些外部干擾會對信號傳輸造成較大影響，導(dǎo)致系統(tǒng)極易產(chǎn)生誤報警，嚴(yán)重時通信中斷，設(shè)備無法工作。a) 系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的抗干擾能力不足，需通過以下試驗：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。而且也不能及時提醒用戶對傳感器進行標(biāo)校、維護。（8） 無井下融合功能，數(shù)據(jù)綜合利用不足a) 監(jiān)控系統(tǒng)目前僅實現(xiàn)單系統(tǒng)運行，無法實現(xiàn)與井下人員定位、礦井壓力、瓦斯抽放等系統(tǒng)設(shè)備的井下數(shù)據(jù)融合，各系統(tǒng)需單獨布線，重復(fù)設(shè)置井下分站、電源，電纜敷設(shè)工作量大、建設(shè)成本高，安裝、維護復(fù)雜。（1） 整體性原則安全監(jiān)控系統(tǒng)升級改造是一個系統(tǒng)性的工程，上至井上的系統(tǒng)主機，下至井下的傳感器、執(zhí)行器，各個設(shè)備在系統(tǒng)內(nèi)相互配合、協(xié)調(diào)工作，從而完成系統(tǒng)的功能及指標(biāo)，同時需要考慮整個礦井的安全類監(jiān)測系統(tǒng)在地面、井下的數(shù)據(jù)融合，即升級改造要有全局意識，要遵循整體性原則。（5） 易操作性原則針對煤礦工作人員的技術(shù)特點，提供先進且易于維護的人機界面功能，提供信息共享與交流、信息資源查詢與檢索等快速工具。 《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)要求》AQ62012006216。 《煤礦用低濃度載體催化式甲烷傳感器》AQ62032006216。 《煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通用技術(shù)條件》MT/T10042006216。 《礦用信號轉(zhuǎn)換器》MT/T10062006216。 《礦用網(wǎng)絡(luò)交換機》MT/T10812008216。 《電子計算機場地通用規(guī)范》GB/T28872000216。 《礦井建設(shè)項目安全設(shè)施設(shè)計審查和竣工驗收規(guī)范》AQ1055－2008216。 《爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備通用要求》216。 《礦井井下緊急避險系統(tǒng)建設(shè)管理暫行規(guī)定》216。系統(tǒng)基于工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)+現(xiàn)場總線通信架構(gòu)，采用分布式控制、多系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合、即插即用、斷線續(xù)傳、電磁兼容、設(shè)備故障診斷等技術(shù)，對原有系統(tǒng)進行性能及功能大幅提升，部分指標(biāo)超過升級改造要求及同行業(yè)水平。監(jiān)控分站為煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)井下區(qū)域數(shù)據(jù)采集中心，對分站下級傳感器、執(zhí)行器、電源等設(shè)備進行管理，實時監(jiān)測煤礦井下環(huán)境及工況參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行打包上傳，可根據(jù)自身邏輯進行工作，當(dāng)檢測到有環(huán)境或工況參數(shù)異常時，發(fā)出斷電或報警指令，進行斷電或報警，以保證煤礦井下安全。電源為系統(tǒng)交換機、監(jiān)控分站、傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備進行供電，提供本安電源輸出，并具有充、放電電壓、電流，充放電狀態(tài)等監(jiān)測功能，通過RS485接口將數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)控分站、地面主機，并具有遠程充放電維護功能。監(jiān)控分站通信鏈路為不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供不同信道，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測、人員定位、礦井壓力、瓦斯抽放等不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)傳感執(zhí)行設(shè)備、無線接入器等裝置的共纜通信和井下設(shè)備級數(shù)據(jù)融合，監(jiān)控分站直接或通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備間接將不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)送至地面不同的系統(tǒng)主機，完成分站過程數(shù)據(jù)上傳，不同的業(yè)務(wù)主機根據(jù)用戶需求將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為信息進行展示。后期通過七五、八五、十二五科技攻關(guān)，公司先后設(shè)計研發(fā)了KJKJKJ9KJ95N等型號煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)。 利用瓦斯?jié)舛葧r間序列識別礦井工作面生產(chǎn)工序的方法發(fā)明已受理提出一種利用瓦斯?jié)舛葧r間序列識別礦井工作面生產(chǎn)工序的方法，通過計算瓦斯?jié)舛葧r間序列值的相鄰濃度點的斜率值的方法來識別工作面的生產(chǎn)工序，具有較強的實用性。 監(jiān)測煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的瓦斯量監(jiān)測信息異常的方法 發(fā)明已授權(quán)提出了一種監(jiān)測煤礦監(jiān)控系統(tǒng)中的瓦斯量監(jiān)測信息異常的方法，利用同一巷道工作面不同位置瓦斯間的邏輯關(guān)系，判斷瓦斯?jié)舛犬惓?。該方法實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)備及傳輸線纜的共享，既簡化了煤礦井下多種獨立拓撲結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)平臺建設(shè)復(fù)雜度，避免重復(fù)勞動，又使得井下現(xiàn)場設(shè)備布置簡單有序，同時降低了多種系統(tǒng)建設(shè)的成本。試驗條件：形成完整的系統(tǒng)架構(gòu)，組成設(shè)備的類型齊全；至少一臺分站達到滿載要求；交換機及接口的每個電口至少帶載一臺設(shè)備。推廣應(yīng)用先進傳感技術(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。（1） 具有激光甲烷、紅外甲烷等新型傳感器，設(shè)備穩(wěn)定、可靠；（2） 具有多參數(shù)傳感器；（3） 所有數(shù)字傳感器均具有自診斷功能；（4） 具有無線傳感器。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。推行區(qū)域斷電，可由煤礦企業(yè)根據(jù)井下供電系統(tǒng)的實際情況進行設(shè)置。鼓勵新安裝的安全監(jiān)控系統(tǒng)采用井下融合方式。格式規(guī)范化系統(tǒng)主干網(wǎng)應(yīng)采用工業(yè)以太網(wǎng)。系統(tǒng)改造后支持聯(lián)網(wǎng)并按要求數(shù)據(jù)格式上傳。（1） 系統(tǒng)具有監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)達標(biāo)檢查功能，可對傳感器漏裝，報警、斷電、復(fù)電門限設(shè)置錯誤進行診斷、報警；（2） 系統(tǒng)具有傳感器定期未標(biāo)校提醒和標(biāo)校超時提醒功能；（3） 系統(tǒng)具有分站、傳感器、電源箱、控制器自診斷功能，可檢測設(shè)備軟硬件故障、通信故障等；（4） 中心站軟件具有雙機熱備異常、數(shù)據(jù)存儲異常、通信異常等自診斷功能。在系統(tǒng)融合的基礎(chǔ)上可實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動功能，在緊急情況下可自動與應(yīng)急廣播、人員定位等系統(tǒng)實現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動。采用同態(tài)加密、SHA25SHA51DES、RSA等混合加密算法，提高了監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸、歷史數(shù)據(jù)進行高效、可靠的加密存儲，以防止違規(guī)刪除、篡改監(jiān)控系統(tǒng)報警、斷電等重要數(shù)據(jù)。改進KJF16B分站延用原KJF16B分站不銹鋼外殼、塑料外殼、液晶及按鍵板，主要對主板進行了如下改進：1) 保留頻率量/開關(guān)量端口，使之能夠接入頻率型、開關(guān)量型傳感器，兼容煤礦現(xiàn)有的部分傳感器設(shè)備，降低改造成本；2) 增加RS48CAN、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口，滿足分站到傳感器、分站到上位機不同傳輸方式的數(shù)字化傳輸要求；3) 多種傳輸接口的設(shè)計，滿足不同接口類型、不同系統(tǒng)子設(shè)備的接入，實現(xiàn)井下多網(wǎng)、多系統(tǒng)的融合；4) 采用電源、通信端口多重保護設(shè)計，提高分站EMC抗干擾能力；5) 采用高性能ARM Cortex M3處理器和實時嵌入式操作系統(tǒng)，分站處理能力更強，以滿足多系統(tǒng)融合處理要求；6) 增加大容量Flash存儲器，實現(xiàn)分站斷線續(xù)傳功能，保證監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性。3) 實現(xiàn)與傳感器的數(shù)字化傳輸。5) 具備以太網(wǎng)通信、RS485通信功能，實現(xiàn)分站與上位機、分站與分站間的數(shù)據(jù)快速交互。9) 具有斷線續(xù)傳功能，可連續(xù)存儲24小時數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性。 電源升級改造情況為滿足監(jiān)控系統(tǒng)升級改造需要求，采用國內(nèi)領(lǐng)先的恒流截止、瞬態(tài)抑制、能量環(huán)流等先進技術(shù)，對監(jiān)控系統(tǒng)用電源KDW6KDW65A、KDW16A、電源本安保護電路進行改進，增加了電源的帶載能力，有效保證了傳感器供電的可靠性。（4） 防爆形式由Exib/Exd ib提升至Exia/Exd ia：防爆形式提升后，傳感器安全等級更高，能夠適用于0區(qū)和1區(qū)等危險區(qū)域。（6） 具有ID唯一碼：傳感器具有唯一ID碼標(biāo)識，實現(xiàn)對傳感器設(shè)備整個生命周期管理，便于管理維護和問題跟蹤。（10） 變送器小型化：變送器采用