煤矿安全监控系统升级改造研究

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摘要：为提高井下安全，以李雅庄煤矿为分析对象，开展了该矿井的安全监控系统总体设计、硬件优化匹配及关键仪器的选型设计等工作。实践表明，升级改造后的安全监控系统具有更高的控制功能，数据计算能力及安全报警功能更强，能更好的实现矿井中安全保护，达到了预期效果。

关键词：煤矿；安全监控系统；升级改造

1概况

李雅庄煤矿是山西焦煤霍州煤电集团下属的一座国家一级安全生产标准化矿井，设计生产能力150万t/a，核定生产能力240万t/a，井田面积30.41km2，许可开采煤层为1号、2号煤层，现主要开采2号煤层。矿井服务年限为24a，其中2号煤层的服务年限为9.54a。矿井相对瓦斯涌出量11.2m3/t，绝对瓦斯涌出量41.9m3/min，回采工作面最大绝对瓦斯涌出量22.43m3/min，属高瓦斯矿井。煤层自燃等级为Ⅱ类，自燃倾向性为自燃，煤尘具有爆炸性。矿井水文地质类型为复杂，正常涌水量为160m3/h，最大涌水量为200m3/h。李雅庄煤矿配备了一套完整的煤矿开采系统，包括采掘系统、通风系统、运输系统、供电系统、供水系统、排水系统、抽放系统、避险系统及井下安全监控系统等。但随着自动化控制技术的不断升级，李雅庄煤矿原有的安全监控系统需要优化改造。结合李雅庄煤矿中现有安全监控系统现状，在分析该矿井特征基础上，开展了监控系统的升级设计、关键仪器的选型设计，实现了更高功能的矿井中安全监控需求，对提高井下煤矿开采效率及保障井下作业安全具有重要意义。

2总体改造设计

2.1安全监控系统软件总体方案

在现有李雅庄煤矿KJ2000N型安全监控系统的基础上，对安全监控系统进行了升级设计改造。新型的KJ2000X安全监控系统主要由地面中心站、网络传输接口、井下分站、井下防爆电源、各种矿用传感器、矿用机电控制设备及KJ2000X安全生产监测终端软件组成。在现有配置基础上，新增安装了监控主机、监控备机、主服务器、备服务器、多网融合服务器，核心交换机等，将系统井下设备更换为了工业以太环网+现场总线的架构，全新安装环网交换机7台、交换机电池7台、监控分站37台、分站电源35台以及传感器、断电器等设备。在矿井中增加了KJ2007G型井下分站、KDW6B隔爆兼本质安全型电源、各种涉及安全生产的监测传感器、报警箱和断电控制器等。井下分站和传感器安装在井下具有煤尘、甲烷、一氧化碳等危险气体的环境中，对煤矿井下的各种安全、生产参数进行实时监测，并传输到地面中心站。各种数据由分站和中心站处理，按要求发出声、光报警和断电控制信号。地面中心站是整个系统的控制中心，安装在地面计算机房，地面中心站经过网络传输接口采用光缆与井下分站联结通讯。升级后的KJ2000X井下安全监控系统可以更加准确、全面地了解井下安全情况和生产情况，实现对灾害事故的早期预测和预报，并能及时地自动处理。生产调度人员可以掌握井下设备运行情况，准确地指挥生产。安全监控系统总体框架如图1所示。

2.2系统硬件部分改造设计

KJ2000X系统地面中心站的硬件包括专用数据服务器、客户机终端、WINDOWS7兼容网卡、网线、插头等，同时配置专用数据上传终端电脑和硬件网络防火墙，在确保网络安全运行的前提下实现双机上传。主机的最低配置为服务器主频2.8GHz以上，16G以上的内存；监控主机、监控备机为IPC-610工控机，i7-2600CPU，8G内存，1T硬盘，ATX250W电源，DVD-ROM光驱，2个COM，1个LPT，5个PCI，1个PCI-E×1，1个PCI-E×16扩展槽位，2个千兆网口，23.6寸液晶显示器，带键盘及鼠标。声光报警器安装在监控中心，与监控系统主机、备机配套使用，报警声级强度在距其1m远处不小于80dB(A)。

3监控系统关键设备选型设计

3.1矿用隔爆兼本安型监控分站

根据所安全监控系统的功能特点，选用了KJ2000X-F1矿用隔爆兼本安型监控分站，该监控分站的射频电磁场辐射（A）为2级，浪涌（冲击）（A）为3级，电快速瞬变脉冲群（A）3级，额定电压为DC28V，工作电流不大于2A。监控分站具有4路独立RS485通讯接口，传输速率9600bps，可连接具有RS485接口的智能传感器或智能执行机构。监控分站对外提供8路本安电源，供外接传感器、断电器工作使用，可以通过模拟量数字信号监测甲烷、一氧化碳、风速、温度、压力等环境参数，还可以通过开关量数字信号监测风门开关、设备开/停状态等各种开关参数，具有参数保存功能，断电后初始化信息不丢失，重新上电后可以按掉电前的监控参数独立工作。使用监控分站配接的电源箱可以为安全监控设备提供稳定的电源，系统停电后具有后备电源功能，使配接设备正常工作4h以上。监控分站实物如图2所示。

3.2矿用高低浓度甲烷传感器

为实现对井下高浓度甲烷的实时检测，选用了GJC4/100（A）型煤矿用高低浓甲烷传感器。该仪器能实现对0～100%浓度甲烷的测定，仪器响应时间小于20s，供电电压为（9～24）VDC，遥控距离大于5m，输出信号为RS4852400bps，防护等级IP65，仪器上的零点调校、灵敏度调校、报警点、断电点、自检点、485地址均可通过遥控器实现，具备声光报警功能、分级报警、软件标校提醒、记录等功能。

3.3矿用烟雾传感器

选用了GQL5(A)型矿用烟雾传感器，采用抗干扰（EMC）技术设计，通过2级电磁辐射抗扰度试验。当烟雾浓度达到5%obs/m时，传感器应动作，响应时间不大于20s。采用RS485通讯方式进行信号输出，工作电压DC9~24V，工作电流≤50mA，具有声光报警功能，仪器抗扰度能力的射频电磁场辐射（A）为2级，电快速瞬变脉冲群（A）为3级，满足井下烟雾浓度的检测及报警要求。

4结语

将先进的控制技术应用到煤矿的安全监控系统中，是实现矿井智能化升级改造的重要方向。升级后的李雅庄煤矿安全监控系统功能更加全面、抗干扰性更强，选择的安全监控系统仪器设备检测精度更高，系统的数据处理能力更强，防护等级提升至了IP65，实现了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，有效保障了矿井中的作业安全。

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作者：王永庆 单位：山西焦煤霍州煤电集团