根據(jù)國(guó)家安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案相關(guān)文件和技術(shù)規(guī)范，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在滿足國(guó)家文件執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和傳感器、監(jiān)控分站分步進(jìn)行升級(jí)改造，并對(duì)系統(tǒng)改造過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行研究與探索，不斷地優(yōu)化系統(tǒng)升級(jí)方案，提升安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性與準(zhǔn)確性。

安全監(jiān)控系統(tǒng)擴(kuò)容后，增設(shè)了一路傳輸接口，雙路信號(hào)傳輸，巡檢周期為30s。該系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)與傳輸接口、傳輸接口與監(jiān)控分站、監(jiān)控分站與傳感器間采用通信電纜通訊。監(jiān)控分站備用電池續(xù)航能力不小于2h。傳感器傳輸信號(hào)全部為頻率信號(hào)，監(jiān)控分站與傳感器信號(hào)單向傳輸，頻率在200~1000Hz 之間。這種傳輸方式具有很大的缺陷，信號(hào)不需要檢驗(yàn)，系統(tǒng)抗干擾能力不強(qiáng)，在井下強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中易受到干擾，信號(hào)頻率發(fā)生變化，容易產(chǎn)生虛數(shù)據(jù)、誤報(bào)警、誤動(dòng)作，造成監(jiān)測(cè)工查找問(wèn)題困難，降低了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。傳感器防護(hù)等級(jí)為IP54，在井下高溫、高粉塵、高濕環(huán)境中，傳感器使用壽命不長(zhǎng)，系統(tǒng)在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)傳感器故障和數(shù)據(jù)不穩(wěn)定等問(wèn)題。為消除安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷，升級(jí)改造安全監(jiān)控系統(tǒng)刻不容緩。

安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造設(shè)計(jì)

煤礦為衰老去產(chǎn)能礦井，根據(jù)國(guó)家相關(guān)文件執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合許廠煤礦實(shí)際情況、安全監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況及服務(wù)年限，許廠煤礦決定采取經(jīng)濟(jì)合理的改造方案。因數(shù)字傳感器、數(shù)字分站證件不全，不適宜對(duì)數(shù)字傳感器與分站升級(jí)。經(jīng)與系統(tǒng)廠家山東瑞安特自控設(shè)備有限公司技術(shù)人員共同勘查現(xiàn)場(chǎng)和分析研究，決定盡可能利用現(xiàn)有安

全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備及線纜。安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)行總體設(shè)計(jì)、分步實(shí)施的方案，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸改造與數(shù)字化傳感器、分站升級(jí)改造兩步走。第一步，2017 年上半年完成網(wǎng)絡(luò)傳輸升級(jí)改造，將現(xiàn)有的傳輸接口升級(jí)為網(wǎng)絡(luò)傳輸接口，主副井監(jiān)測(cè)通信電纜傳輸升級(jí)為光纜傳輸，更換主備機(jī)服務(wù)器，升級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)軟件；第二步，2018 年各類數(shù)字傳感器、分站證件辦理齊全后，組織將井下傳感器全部升級(jí)為數(shù)字傳感器，監(jiān)控分站升級(jí)為數(shù)字分站。

地面系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)傳輸改造

為滿足監(jiān)控系統(tǒng)大數(shù)據(jù)、多網(wǎng)聯(lián)動(dòng)、多網(wǎng)融合、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)需求，對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)主備機(jī)進(jìn)行了升級(jí)，可滿足以太網(wǎng)平臺(tái)高性能的數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計(jì)需求，采用SQL Server 專用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，設(shè)計(jì)通用的數(shù)據(jù)庫(kù)接口為綜合自動(dòng)化平臺(tái)提供數(shù)據(jù)支持。充分利用現(xiàn)有資源，減少費(fèi)用投入，合理布局服務(wù)器安設(shè)，在調(diào)度室機(jī)房增設(shè)2 臺(tái)服務(wù)器和1 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)避雷器、電源避雷器、穩(wěn)壓電源、在線不間斷備用電源、報(bào)警器、打印機(jī)等進(jìn)行地面系統(tǒng)改造。

根據(jù)井下采區(qū)及采掘工作面布置，在滿足國(guó)家安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本著少花錢、多優(yōu)化的策略，進(jìn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造研究。制定出監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)到網(wǎng)絡(luò)傳輸接口間用光纜傳輸，網(wǎng)絡(luò)傳輸接口與監(jiān)控分站間利用現(xiàn)有的通信電纜進(jìn)行傳輸。在主、副井各敷設(shè)一條光纜，在副井底中央變電所內(nèi)集中安設(shè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)傳輸接口；根據(jù)礦井采區(qū)和采掘工作面分布情況，及監(jiān)控分站和傳感器使用數(shù)量，設(shè)計(jì)安設(shè)1 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和6 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口及7 臺(tái)備用電源箱。為減少接口投入，地面不設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口，將地面的監(jiān)控分站使用主副井原有監(jiān)測(cè)通訊電纜傳輸?shù)骄聜鬏斀涌?，再通過(guò)井下交換機(jī)與地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件升級(jí)后，實(shí)現(xiàn)分級(jí)報(bào)警，

根據(jù)瓦斯?jié)舛却笮?、瓦斯超限持續(xù)時(shí)間、瓦斯超限范圍等，設(shè)置不同的報(bào)警級(jí)別，實(shí)現(xiàn)分級(jí)響應(yīng)；同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有多網(wǎng)融合，多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能。該種方式優(yōu)化改造體現(xiàn)了整體布局、集中管理設(shè)計(jì)理念，在滿足國(guó)家監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了少投入。按許廠煤礦采區(qū)分布情況，該設(shè)計(jì)比按采區(qū)布置交換機(jī)和傳輸接口至少可節(jié)省3臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、1 臺(tái)網(wǎng)絡(luò)傳輸接口和6500m 光纜。節(jié)約了費(fèi)用投入，方便了系統(tǒng)管理。

井下數(shù)字傳感器、數(shù)字分站升級(jí)改造

將頻率信號(hào)傳感器全部升級(jí)到防護(hù)等級(jí)為IP65的數(shù)字傳感器。監(jiān)控分站升級(jí)到備用電源的續(xù)航能力不低于4h 的大容量數(shù)字監(jiān)控分站，與安全監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳輸。

 安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造整體進(jìn)展情況

根據(jù)安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)，第一步的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸已于2017 年6 月完成，第二步的數(shù)字分站與數(shù)字傳感器升級(jí)已基本完成?，F(xiàn)安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)為KJ76X 型安全監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)及

監(jiān)控設(shè)備三證齊全。安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)避雷器、電源避雷器、在線不間斷備用電源、網(wǎng)絡(luò)傳輸接口、報(bào)警器、打印機(jī)，監(jiān)控分站、甲烷傳感器、激光甲烷傳感器等共計(jì)243 臺(tái)各類數(shù)字傳感器組成，通過(guò)斷電器實(shí)現(xiàn)斷電功能，集數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、報(bào)警、控制、存儲(chǔ)于一體，巡檢周期為6s。

安全監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造后的優(yōu)越性

增強(qiáng)了抗干擾能力，新一代KJ76X 安全監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)EMC 抗干擾性能測(cè)試，其中電磁輻射抗擾度、脈沖群抗干擾度、直流電源與信號(hào)接口浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)均通過(guò)3 級(jí)試驗(yàn)。安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸接口數(shù)量增加到6 臺(tái)，且均為網(wǎng)絡(luò)傳輸，安全巡檢周期達(dá)到目前的6s，相比早期的40s 巡檢周期，巡檢周期縮短了6.67 倍，大大提升了監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

監(jiān)控分站由原來(lái)的8 端口升級(jí)到12 端口，特別是在避難硐室內(nèi)使用優(yōu)勢(shì)明顯。同時(shí)監(jiān)控分站備用電池容量增加，續(xù)航能力由原來(lái)的2h 提升到4h 以上，增強(qiáng)了系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)的可靠性。主芯片采

用ARM 和嵌入式uCOS Ⅱ操作系統(tǒng)，屏幕采用彩色液晶屏，支持紅外遙控?cái)嚯姟?span lang="EN-US">

監(jiān)控分站有高可靠性的保護(hù)電路和程序糾錯(cuò)功能，在分站出現(xiàn)故障時(shí)，可在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)復(fù)位并重新啟動(dòng)CPU 投入運(yùn)行。即使分站仍不能正常運(yùn)行，也可自動(dòng)脫離系統(tǒng)，不影響其它分站正常工作。

安全監(jiān)控系統(tǒng)和傳感器均具有分級(jí)報(bào)警功能，可設(shè)置預(yù)警功能，當(dāng)氣體濃度達(dá)到預(yù)警濃度，上位機(jī)會(huì)彈出預(yù)警窗口，該窗口僅提示傳感器濃度已超過(guò)預(yù)警值，可以分級(jí)進(jìn)行處理。目前系統(tǒng)均可在2s 內(nèi)實(shí)現(xiàn)就地?cái)嚯姟?span lang="EN-US">

升級(jí)前，監(jiān)控系統(tǒng)每臺(tái)傳感器占用2 條線纜進(jìn)行傳出，如果一個(gè)工作面安裝6 臺(tái)傳感器，信號(hào)線最低需要7 條線纜方可完成信號(hào)傳輸。升級(jí)數(shù)字傳輸后，不管接多少傳感器，2 條信號(hào)線纜就可以滿足工作面所有傳感器的信號(hào)傳輸。分站與傳感器間一對(duì)一進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸，不受外界強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，同時(shí)節(jié)約大量監(jiān)測(cè)線纜，減少材料投入，大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

傳感器防護(hù)等級(jí)由IP54 提升到了IP65，在井下高溫、高粉塵、高濕、淋水環(huán)境中正常工作，使用壽命得到提升，傳感器采用數(shù)字信號(hào)傳輸，相比頻率信號(hào)的傳感器，增強(qiáng)了信號(hào)抗干擾能力，到目前為止沒(méi)有一起因干擾造成誤報(bào)警現(xiàn)象，大大提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性。

激光甲烷傳感器采用可調(diào)諧激光吸收光譜技術(shù)，利用甲烷特性氣體對(duì)應(yīng)的獨(dú)立吸收波長(zhǎng)測(cè)量，不受水汽影響，傳感器內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)氣體，利用光路分析特性，實(shí)現(xiàn)了傳感器實(shí)時(shí)自校準(zhǔn)功能。傳感器調(diào)校周期長(zhǎng)（可一年一標(biāo)校），功耗低，傳輸距離最大可達(dá)2.5km，并且可以在井下進(jìn)行調(diào)零，不受井下其他氣體影響，準(zhǔn)確度高，可靠性好。

系統(tǒng)支持多網(wǎng)、多系統(tǒng)融合、應(yīng)急聯(lián)動(dòng)功能，該系統(tǒng)可以將礦井的其它系統(tǒng)融合進(jìn)來(lái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中展示并分析，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救援聯(lián)動(dòng)，同時(shí)可以對(duì)其它廠家的系統(tǒng)開(kāi)放接口協(xié)議，配合使用單位完成系統(tǒng)融合。

格式規(guī)范，安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式與上級(jí)省煤礦安全監(jiān)察局、集團(tuán)公司安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式一致，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。

監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題與探索

在系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中也出現(xiàn)一些問(wèn)題。有些工作面在升級(jí)的過(guò)程中出現(xiàn)了監(jiān)控分站死機(jī)的現(xiàn)象，監(jiān)控分站死機(jī)導(dǎo)致分站信號(hào)傳輸端子出現(xiàn)了5V 電壓（正常分站信號(hào)傳輸電壓在0.3V）。當(dāng)這臺(tái)監(jiān)控分

站死機(jī)造成的信號(hào)傳輸電壓過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致與這臺(tái)分站共用一臺(tái)信號(hào)傳輸接口的所有監(jiān)控分站均不能正常通訊，但是分站其他功能正常。經(jīng)過(guò)和廠家進(jìn)行多次研究和測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在。因3317 工作面監(jiān)控分站安設(shè)在330 東翼上山變電所內(nèi)，變電所中存在大量高防開(kāi)關(guān)等設(shè)備，監(jiān)控分站周圍存在大量高壓電纜，輻射等級(jí)較高，并且是突發(fā)性干擾，對(duì)分站的正常工作存在影響且較為頻繁。針對(duì)此情況，在監(jiān)控分站主板增加TVS 瞬態(tài)二極管，吸收瞬間性的電磁輻射。改造后，工作面監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行2 月有余，再未出現(xiàn)過(guò)監(jiān)控分站死機(jī)及因死機(jī)而影響其他分站通訊的現(xiàn)象，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

6 監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)需要進(jìn)一步研究的方向

監(jiān)控分站與斷電控制裝置一體化設(shè)計(jì)。升級(jí)前監(jiān)控分站與斷電控制為一體，安裝簡(jiǎn)單，管理方便，而升級(jí)后監(jiān)控分站與斷電控制裝置為分體設(shè)計(jì)，需要外接斷電控制器實(shí)現(xiàn)斷電控制功能，安裝繁瑣，管理不便。新監(jiān)控分站需向與斷電控制裝置一體化方向研究。

饋電傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)饋電傳感器有兩種：一種是將饋電傳感器卡在閉鎖開(kāi)關(guān)負(fù)荷側(cè)電纜上，通過(guò)檢測(cè)電纜周圍電磁場(chǎng)方式實(shí)現(xiàn)饋電。優(yōu)點(diǎn)是體積輕巧，安設(shè)簡(jiǎn)單，管理方便，缺點(diǎn)是準(zhǔn)確性不高；第二種是采用斷電控制器接入閉鎖開(kāi)關(guān)負(fù)荷電源實(shí)現(xiàn)斷電饋電功能，需要接設(shè)閉鎖開(kāi)關(guān)負(fù)荷電源，井下閉鎖開(kāi)關(guān)負(fù)荷電源有660V、1140V、

6000V、127V。優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性高，缺點(diǎn)是體積笨拙，安裝很困難。目前使用的斷電器只能接入660V 及以下的電壓，適用范圍小。為實(shí)現(xiàn)井下閉鎖開(kāi)關(guān)電壓多樣化，監(jiān)測(cè)技術(shù)人員和廠家對(duì)現(xiàn)有的斷電器饋電功能的外接負(fù)荷電源部分進(jìn)行優(yōu)化改造與測(cè)試，不再接入閉鎖開(kāi)關(guān)負(fù)荷電源，而是采用外接閉鎖開(kāi)關(guān)無(wú)電位的無(wú)源接點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)饋電功能，即在閉鎖開(kāi)關(guān)內(nèi)部的繼電器找出一組無(wú)電位的無(wú)源接點(diǎn)，該組接點(diǎn)在閉鎖開(kāi)關(guān)送電與停電時(shí)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通與斷開(kāi)。將這組導(dǎo)通與斷開(kāi)的

狀態(tài)經(jīng)過(guò)信號(hào)變換與放大處理，變出具有數(shù)字信號(hào)功能的饋電傳感器。該種饋電傳感器優(yōu)點(diǎn)是饋電信號(hào)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性高，斷電器與饋電傳感器一體化結(jié)構(gòu)，可適用井下不同電壓的閉鎖開(kāi)關(guān)，且不需要外接閉

鎖開(kāi)關(guān)負(fù)荷電源就可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)饋電信號(hào)。這種集閉鎖開(kāi)關(guān)內(nèi)部繼電器無(wú)電位無(wú)源接點(diǎn)吸合與斷開(kāi)信號(hào)。4 亭南煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)使用及管理亭南煤礦在KJ76N 煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的使用及管理中遇到了不少問(wèn)題。比如，KJ76N-F2 分站通電，接入傳感器后，信號(hào)無(wú)正常通訊；激光傳感器校對(duì)時(shí)無(wú)法正常觀察報(bào)警點(diǎn)；粉塵檢測(cè)數(shù)據(jù)與

上傳數(shù)據(jù)不符。綜合分析，出現(xiàn)這些問(wèn)題的原因有：

井下條件比設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)估情況更加惡劣，

設(shè)備不能完全適應(yīng)井下條件，從而出現(xiàn)運(yùn)行異常。

設(shè)備自身存在缺陷，不能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

缺少專業(yè)技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。

綜合分析上述三個(gè)原因，前兩個(gè)聯(lián)系廠家均能得到解決，第三個(gè)問(wèn)題的解決比較繁鎖。因?yàn)樵O(shè)備調(diào)試和維護(hù)是監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)在使用過(guò)程中一直持續(xù)的工作，雖然廠家也可配專業(yè)的人員駐礦，但這樣仍是很不方便，且監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)集電學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科于一體的綜合體，對(duì)技術(shù)要求比較高，許多監(jiān)測(cè)工計(jì)算機(jī)方面知識(shí)欠缺。因此需要煤礦對(duì)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，使監(jiān)測(cè)工具備一定的專業(yè)技能，從而滿足崗位要求，為企業(yè)創(chuàng)造效益。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)將向信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

通過(guò)對(duì)亭南煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的缺陷分析，響應(yīng)國(guó)家煤礦安監(jiān)局的要求，完成KJ76N煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳送、分級(jí)響應(yīng)、多系統(tǒng)融合的功能。