矿井安全监控系统升级研究

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摘要：结合王坡煤矿矿井安全监控系统在使用中存在的问题，进行矿井安全监控系统的优化升级改造设计。改造后系统运行良好，提高了数据准确性和系统运行可靠性，提升了自动化及远程控制水平，满足了王坡煤矿安全监控需求。

关键词：安全监控系统；升级改造；安全生产

1概况

王坡煤矿的建设规模300万t/a大型矿井，井田面积25.35km2，综合机械化放顶煤开采，建有配套的洗选厂和铁路专用线。依据山西省国土资源厅许可，批准开采3号、9～15号煤层，属高瓦斯矿井，现开采3号煤层，3号煤层开采深度标高807—400m。矿井采用分区通风方式，机械抽出式通风方法。上寺头回风立井配备2台FBCDZ型对旋式轴流通风机。矿井设计一井一面，采用斜井开拓，共布置6个井筒，包括原有的主斜井、副斜井、上寺头回风立井、塔里进风立井、塔里回风立井，新建行人斜井。

2现有安全监控系统

2.1系统分析。王坡煤矿当前采用的是一套KJ90N型安全监控系统，该系统主干网采用工业以太环网传输，传感器采用频率或电流信号输出，部分在用传感器具备IP65防护等级和抗干扰能力。系统目前安装监控分站47台、开关量传感器200余台、模拟量传感器300余台、断电仪60余台，监控内容为瓦斯、风速、一氧化碳以及瓦斯抽放管路中的流量、温度、负压、浓度、设备开停等模拟量和开关量等。现有安全监控系统如图1所示。2.2存在问题。2.2.1未实现数字化传输。现有KJ90N型安全监控系统模拟量传感器到分站之间的传输方式采用的是频率型传输，不能快速、精准的将模拟量信号转换为相应的数字信号，信号传输失真及受干扰性严重。2.2.2抗电磁干扰能力弱。现有安全监控系统及组成设备抗电磁干扰能力差。设备运行过程中，当变频设备启动时，发现模拟量传感器存在数值有冒大、伪数据的现象，未达到安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计要求。检测数据不准确会给系统及人员反馈错误信息，容易造成误判，影响矿井安全生产。2.2.3传感器技术及装备不全。当前安全监控系统层级过多，且受于设计局限，未使用激光等全量程传感器，没有自诊断型传感器、无线传感器，没有多参数传感器。根据王坡煤矿现场作业需求，在采区回风巷、总回风巷瓦斯传感器要使用激光、红外等全量程传感器，回风隅角要采用无线传感器。

3安全监控系统升级改造

3.1总体改造方案设计。结合前文分析，对王坡煤矿安全监控系统进行优化改造设计。改造采用KJ90X煤矿安全监控系统，该系统采用分布式处理模式，能充分发挥各部分设备的性能优势，结构简洁，可操作性强，便于系统的日常维护及管理。系统主干连接为树型结构，安装扩展简单。改造后的安全监控系统如图2所示。3.2多系统应急联动改造。KJ90X安全监控平台应急联动采用用户配置应急联动预案，预案触发后自动或管理员确认方式下发命令，子系统接收到命令后自动执行。用户可以对联动预案进行管理，可增加、删除、修改，也可设置联动触发条件、联动的系统及联动的方式，是否是自动执行。3.3关键部件优化选型设计。3.3.1矿用温度传感器选型设计。选用GWP200型矿用温度传感器，测量范围-30～200℃，最大工作电流100mA，工作电压范围为9～25.0VDC，采用了RS485总线通讯，传输速率2400bps，具有IP65的防护等级，满足王坡煤矿温度检测要求。3.3.2开停传感器选型设计。选用GKT0.5L型开停传感器，用于监测煤矿井下机电设备（如风机、水泵、局扇、采煤机、运输机、提升机等）开停状态，可以将检测到的设备开停状况转换成各种标准信号并传送给矿井生产安全监测系统，实现矿井机电设备开停状态自动监测、控制。该传感器工作电压9.0～25.0VDC，工作电流≤70mA，采用了RS485数字通信，最大传输距离2km，满足井下使用需求。3.3.3液位传感器选型设计。选用KGU9901型液位传感器，该设备是一种全密封潜入式扩散硅测量仪表，能对井下水仓、中央泵房和工业水塔水位（包含液体液位）等水位信号进行实时检测。测量范围在0～10m，工作电压9～25VDC，采用了IP65防护等级，利用RS485进行通讯，满足井下水位检测要求。

4结语

为验证改造后的煤矿安全监控系统综合性能，在王坡煤矿进行了半年的运行测试。结果表明，整套新系统运行良好，系统中模拟量传感器到分站数据传输实现了数字化传输，各分站及传感器通过了浪涌、静电、群脉冲及辐射等抗干扰测试。实现了系统的5级分级报警，能根据颜色区别级别；传感器的报警响度为80dB，声光报警频率可实现4级，能用不同频率进行区分。改造后的系统综合性能达到了预期效果。据估算，改造后安全监控系统能使矿井设备故障率同比降低60%左右，设备故障的维修时间缩短60%以上，降低了人员的劳动强度，提高了井下作业安全性。

作者:张飞飞 单位:山西天地王坡煤业有限公司