煤礦安全監控系統升級改造研究

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摘要：為提高井下安全，以李雅莊煤礦為分析對象，開展了該礦井的安全監控系統總體設計、硬件優化匹配及關鍵儀器的選型設計等工作。實踐表明，升級改造后的安全監控系統具有更高的控制功能，數據計算能力及安全報警功能更強，能更好的實現礦井中安全保護，達到了預期效果。

關鍵詞：煤礦；安全監控系統；升級改造

1概況

李雅莊煤礦是山西焦煤霍州煤電集團下屬的一座國家一級安全生產標準化礦井，設計生產能力150萬t/a，核定生產能力240萬t/a，井田面積30.41km2，許可開采煤層為1號、2號煤層，現主要開采2號煤層。礦井服務年限為24a，其中2號煤層的服務年限為9.54a。礦井相對瓦斯涌出量11.2m3/t，絕對瓦斯涌出量41.9m3/min，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量22.43m3/min，屬高瓦斯礦井。煤層自燃等級為Ⅱ類，自燃傾向性為自燃，煤塵具有爆炸性。礦井水文地質類型為復雜，正常涌水量為160m3/h，最大涌水量為200m3/h。李雅莊煤礦配備了一套完整的煤礦開采系統，包括采掘系統、通風系統、運輸系統、供電系統、供水系統、排水系統、抽放系統、避險系統及井下安全監控系統等。但隨著自動化控制技術的不斷升級，李雅莊煤礦原有的安全監控系統需要優化改造。結合李雅莊煤礦中現有安全監控系統現狀，在分析該礦井特征基礎上，開展了監控系統的升級設計、關鍵儀器的選型設計，實現了更高功能的礦井中安全監控需求，對提高井下煤礦開采效率及保障井下作業安全具有重要意義。

2總體改造設計

2.1安全監控系統軟件總體方案

在現有李雅莊煤礦KJ2000N型安全監控系統的基礎上，對安全監控系統進行了升級設計改造。新型的KJ2000X安全監控系統主要由地面中心站、網絡傳輸接口、井下分站、井下防爆電源、各種礦用傳感器、礦用機電控制設備及KJ2000X安全生產監測終端軟件組成。在現有配置基礎上，新增安裝了監控主機、監控備機、主服務器、備服務器、多網融合服務器，核心交換機等，將系統井下設備更換為了工業以太環網+現場總線的架構，全新安裝環網交換機7臺、交換機電池7臺、監控分站37臺、分站電源35臺以及傳感器、斷電器等設備。在礦井中增加了KJ2007G型井下分站、KDW6B隔爆兼本質安全型電源、各種涉及安全生產的監測傳感器、報警箱和斷電控制器等。井下分站和傳感器安裝在井下具有煤塵、甲烷、一氧化碳等危險氣體的環境中，對煤礦井下的各種安全、生產參數進行實時監測，并傳輸到地面中心站。各種數據由分站和中心站處理，按要求發出聲、光報警和斷電控制信號。地面中心站是整個系統的控制中心，安裝在地面計算機房，地面中心站經過網絡傳輸接口采用光纜與井下分站聯結通訊。升級后的KJ2000X井下安全監控系統可以更加準確、全面地了解井下安全情況和生產情況，實現對災害事故的早期預測和預報，并能及時地自動處理。生產調度人員可以掌握井下設備運行情況，準確地指揮生產。安全監控系統總體框架如圖1所示。

2.2系統硬件部分改造設計

KJ2000X系統地面中心站的硬件包括專用數據服務器、客戶機終端、WINDOWS7兼容網卡、網線、插頭等，同時配置專用數據上傳終端電腦和硬件網絡防火墻，在確保網絡安全運行的前提下實現雙機上傳。主機的最低配置為服務器主頻2.8GHz以上，16G以上的內存；監控主機、監控備機為IPC-610工控機，i7-2600CPU，8G內存，1T硬盤，ATX250W電源，DVD-ROM光驅，2個COM，1個LPT，5個PCI，1個PCI-E×1，1個PCI-E×16擴展槽位，2個千兆網口，23.6寸液晶顯示器，帶鍵盤及鼠標。聲光報警器安裝在監控中心，與監控系統主機、備機配套使用，報警聲級強度在距其1m遠處不小于80dB(A)。

3監控系統關鍵設備選型設計

3.1礦用隔爆兼本安型監控分站

根據所安全監控系統的功能特點，選用了KJ2000X-F1礦用隔爆兼本安型監控分站，該監控分站的射頻電磁場輻射（A）為2級，浪涌（沖擊）（A）為3級，電快速瞬變脈沖群（A）3級，額定電壓為DC28V，工作電流不大于2A。監控分站具有4路獨立RS485通訊接口，傳輸速率9600bps，可連接具有RS485接口的智能傳感器或智能執行機構。監控分站對外提供8路本安電源，供外接傳感器、斷電器工作使用，可以通過模擬量數字信號監測甲烷、一氧化碳、風速、溫度、壓力等環境參數，還可以通過開關量數字信號監測風門開關、設備開/停狀態等各種開關參數，具有參數保存功能，斷電后初始化信息不丟失，重新上電后可以按掉電前的監控參數獨立工作。使用監控分站配接的電源箱可以為安全監控設備提供穩定的電源，系統停電后具有后備電源功能，使配接設備正常工作4h以上。監控分站實物如圖2所示。

3.2礦用高低濃度甲烷傳感器

為實現對井下高濃度甲烷的實時檢測，選用了GJC4/100（A）型煤礦用高低濃甲烷傳感器。該儀器能實現對0～100%濃度甲烷的測定，儀器響應時間小于20s，供電電壓為（9～24）VDC，遙控距離大于5m，輸出信號為RS4852400bps，防護等級IP65，儀器上的零點調校、靈敏度調校、報警點、斷電點、自檢點、485地址均可通過遙控器實現，具備聲光報警功能、分級報警、軟件標校提醒、記錄等功能。

3.3礦用煙霧傳感器

選用了GQL5(A)型礦用煙霧傳感器，采用抗干擾（EMC）技術設計，通過2級電磁輻射抗擾度試驗。當煙霧濃度達到5%obs/m時，傳感器應動作，響應時間不大于20s。采用RS485通訊方式進行信號輸出，工作電壓DC9~24V，工作電流≤50mA，具有聲光報警功能，儀器抗擾度能力的射頻電磁場輻射（A）為2級，電快速瞬變脈沖群（A）為3級，滿足井下煙霧濃度的檢測及報警要求。

4結語

將先進的控制技術應用到煤礦的安全監控系統中，是實現礦井智能化升級改造的重要方向。升級后的李雅莊煤礦安全監控系統功能更加全面、抗干擾性更強，選擇的安全監控系統儀器設備檢測精度更高，系統的數據處理能力更強，防護等級提升至了IP65，實現了井下有線和無線傳輸網絡的有機融合、監測監控與GIS技術的有機融合，有效保障了礦井中的作業安全。

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作者：王永慶 單位：山西焦煤霍州煤電集團