金沙县新化乡金鸡煤矿监控系统升级实施与设计方案.docx

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金沙县新化乡金鸡煤矿监控系统升级实施与设计方案

金沙县新化乡金鸡煤矿

安全监控系统升级改造实施方案

编制单位：

金鸡煤矿

编制日期：

二〇一七年三月十九日

会审意见：

根据我矿实际情况，安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，增加煤矿安全保障能力，支持安全监管监察，促进煤矿企业合理有效使用安全监控系统，充分发挥安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用，提升井下日常安全生产技术保障水平。

参加会审人员意见

会审签字（时间）

矿长

赵昌

2017-3-16

生产矿长

许澜

2017-3-16

安全矿长

杜长民

2017-3-16

机电矿长

李玉洪

2017-3-16

工程师

杨秀国

2017-3-16

通防副总

唐佐彬

2017-3-16

调度室

李玉波

2017-3-16

安全监控系统升级改造实施方案

一、安全监控系统升级改造目的

为了提高煤矿安全监控系统准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，增加煤矿安全保障能力。

1、促进安全监测监控新技术新装备的推广应用，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需要。

2、促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高煤矿安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的的深度分析和综合利用。

3、支持安全监管监察，促进煤矿企业合理有效使用安全监控系统，充分发挥安全监控系统在煤矿安全生产中的重要作用，提升井下日常安全生产技术保障水平。

二、矿井概况

金沙县新化乡金鸡煤矿为整合矿井，由原金鸡煤矿年产15万吨，整合成45万吨。

矿井在用安全监控系统安装情况：

（一）监测监控系统

我矿选用的监测监控系统型号：

KJ90N两套和KJ90-F16分站7台，其中主机两台，一台工作，一台备用，矿井安全监控系统，装备齐全，数据准确，反应灵敏，系统能实现声光报警，曲线、报表打印，瓦斯电闭锁、故障闭锁、风电闭锁等，功能齐全且正常运行并与县监控中心联网监控矿井瓦斯动态情况，采集有效数据。

（二）人员定位系统

我矿井安装了两套人员定位系统，型号为：

KJ237，且系统运行正常。

煤矿人员管理系统的建设完善主要是增加设备和维护升级，完善软件的功能，根据矿井生产地区的变化，及时调整井下读卡分站位置及数量，抽调专人负责煤矿人员管理系统的维护管理工作。

（三）视频监控系统

我矿选用的视频监控系统型号：

海康威视两套主机和摄像仪矿用防爆16个，并与县监控中心联网，监控矿井的各个工作点情况。

（四）通讯系统

我矿选用通讯系统型号：

KTJ3-16一台和100门交换机，在矿井各工作点安装直通井上调度室、监控室及各办公室和寝室电话。

三、安全监控系统升级改造方式及实施方案

在充分利用现有系统的基础上，根据实际需求对在用安全监控系统部分组件改造、软件更新的升级方式，计划2018年底前完成安全监控系统升级改造。

四、安全监控系统升级改造时间安排

2017年5月份前组织专家对矿井安全监控系统改造方案进行论证；

2017年底完成安全监测监控系统、井下人员定位监测系统升级改造。

2018年6月份前完成工业视频监控系统升级改造。

2018年底前完成调度控制中心升级改造。

2018年12月份前完成瓦斯抽采（放）监控系统。

2018年底前完成空压机监控系统、主要通风机监控系统、矿井排水监控系统升级改造。

2018年12月份前完成供电监控系统、矿井水文地质监测系统、斜井提升监控系统升级改造。

2018年底前完成矿压和矿震监测系统、矿井水文地质监测系统、电机车运输监控系统升级改造。

金沙县金鸡煤矿煤矿

二〇一七年三月十九日

金沙县新化乡金鸡煤矿

监控系统改造

设

计

方

案

中煤科工集团重庆研究院有限公司

2017年3月

目录

1概述2

2设计依据2

3升级改造实施方案3

3.1改造原则3

3.2对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的响应…………………………………..3

3.3软件3

3..4硬件8

3.4.1分站9

3.4.2电源.9

3.4.3交换机10

3.4.4传感器10

4系统主要功能特点15

5系统主要技术指标15

6主要设备技术参数16

6.1KJ90-F16（C）矿用本安型分站16

6.2KDW660/24B（A）矿用直流电源17

6.3KG9001C型高低浓甲烷传感器18

6.4GWP200型矿用温度传感器18

6.5GTH1000型矿用一氧化碳传感器19

6.6GFY15（B）型矿用双向风速传感器19

6.7GYW25/50型矿用氧气温度传感器20

6.8GFK60型矿用本安型风门传感器21

6.9KJJ15（A）矿用本安型网络交换机21

6.10KDY660/15B（A）矿用隔爆兼本安型直流电源22

1概述

2016年末国家煤矿安监局印发《安全监控系统升级改造技术方案》煤安监函〔2016〕5号文件，要求2018年底大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统完成升级改造工作。

同时《煤矿安全规程》（2016版）对安全监控系统也提出了新的更高要求，提高安全监控系统在安全生产中的作用。

随着矿井信息化建设的加快，各种系统建设的越来越多，井下干扰增多，使得安全监控系统稳定性受到影响，维护工作量不断增大，分析问题的难度逐步上升，也需要对安全监控系统进行升级改造，将更多的新技术应用到系统中，提高系统运行的稳定性。

KJ90N安全监控系统是重庆研究院在2014年针对抗干扰送检的全新安全监控系统，利用工业以太网+总线传输平台，使系统在设备抗干扰、实时性、可靠性、稳定性、扩容接入能力、防护等级、数字化、数据分析应用、数据融合、新技术应用等方面技术水平进一步提升。

同时系统通过AQ6201-2006对抗干扰（浪涌、静电、射频电磁场辐射、电快速瞬变脉冲群）要求等级，并取得“MA”认证。

2设计依据

1）《煤矿安全规程》2016版

2）《安全监控系统升级改造》5号文件

3）《煤矿安全装备基本要求》

4）《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）》

5）《煤矿安全监控系统及监测仪器使用规范》AQ1029-2007

6）《低压电器外壳防护等级》GB4942.2

3升级改造实施方案

3.1改造原则

本升级改造方案主要遵循以下原则：

1）规范性原则，升级后的安全监控系统全面满足现行规程、标准及规范要求。

2）稳定、可靠、成熟的原则，KJ90N系统所有产品均采用自产，自配套齐全，且采用先进成熟的技术。

3）投资最优化原则，充分利用已有系统设备，在满足相关要求的情况下实现投资最优化。

3.2对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的响应

中煤科工集团重庆研究院有限公司KJ90N煤矿安全监控系统完全符合国家煤矿安全监察局印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》通知的各项技术要求，现将技术响应情况汇总如下：

升级改造技术要求

新版KJ90N煤矿安全监控系统满足情况说明

1、传输数字化

在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展。

新KJ90N系统配套所有模拟量传感器均具有智能数字化传输功能，采用RS485/CAN总线可选的方式。

智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态识别提醒功能，对未按照规定时间调校的传感器进行识别并报警。

开关量按照附表进行选择性更换，尽量保持不变，如果客户需要更换为全数字化，我院也有对应的数字化产品。

断电仪也是同客户沟通，如果客户需要数字化产品，我院也有对应产品，在资金不允许的情况下，暂时不升级。

2、增强抗电磁干扰能力

安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：

地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。

新KJ90N系统取得了抗干扰认证，实现了在施加干扰时不影响传感器正常运行，其中群脉冲通过了3级抗扰度试验，高于5号文件要求。

3、推广应用先进传感技术及装备

推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。

突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。

突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。

建议加装粉尘监测设备。

重庆研究院开发的红外、激光传甲烷感器已销售使用多年，数字化、抗干扰、防护等各项指标均满足本次升级改造要求。

尤其2014年投产并销售使用的激光甲烷传感器，相对红外甲烷检测技术具有进一步的提高：

是目前测量精度最高的设备；

采用半导体激光吸收光谱检测技术，克服了红外检测原理受水、水汽影响；

传感器内置标准气体，具有实时自校准功能；

采用谐波检测信号处理技术，仅对甲烷气体浓度信息进行响应，避免背景气干扰误报。

因此，在矿方资金预算允许的条件下，优先推荐使用激光甲烷传感器。

无线甲烷传感器由于受电池使用时间限制，目前市面相关产品较少。

我院自2016年开始研发，产品仍在研发阶段，预计2017年底投产。

粉尘传感器设计方案时需要考虑，至少工作面要增加。

4、提升传感器的防护等级

将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。

重庆研究院自2012年进行传感器数字化、抗干扰及提高防护等级等技术研究，新改进传感器自2014年开始陆续投产，2015年完成了所有传感器的升级，传感器防护等级均达到IP65，能够在淋水环境下正常工作。

5、完善报警、断电等控制功能

系统实现分级报警，根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实施分级响应。

各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。

推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。

具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。

完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。

推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。

重庆研究院通过软件实现了灵活设置多级报警功能，并可对瓦斯报警的持续时间过长进行报警，可由用户根据实际情况设置报警参数及范围。

推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。

具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。

软件实现了逻辑点功能，可根据多个监测点和一组逻辑关系计算出一个新的点，可设置报警条件。

煤矿企业根据实际情况进行定义和设置。

完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。

推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。

软件实现了就地断电设置和远程自动断电功能。

上位机将就地断电设置下发给分站后，分站就可以根据设置的条件进行断电控制；远程自动断电实现在每个监测点超限时可以根据用户的设置进行控制，可以实现区域断电。

6、支持多网、多系统融合

实现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。

多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。

鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。

在地面统一平台上必须融合的系统：

环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。

其它可考虑融合的系统：

视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。

重庆研究院自产系统可通过地面安全监控系统站实现瓦斯监控、人员定位、应急广播系统数据的融合，可对数据进行集中展示，对多系统数据进行融合分析，并可实现应急救援联动。

对其它厂家的系统开放接口协议，配合完成融合功能。

（井下融合部分由硬件支持）

7、格式规范化

系统主干网应采用工业以太网。

分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。

“十三五”末应采用工业以太网。

模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。

系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。

KJ90N系统主干网设计有百兆、千兆以太环网，环网切换时间不大于50ms。

分站至主干网交换机采用RS485总线传输。

模拟量传感器至分站采用RS485/CAN总线可选择，无线传感器采用Zigbee技术，通过无线传输方式监测上隅角参数。

8、增加自诊断、自评估功能

实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。

自诊断的内容至少应包括：

（1）传感器、控制器的设置及定义；

（2）模拟量传感器维护、定期未标校提醒；

（3）模拟量传感器、控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；

（4）中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。

重庆研究院软件可对定义的传感器类型与上传的类型进行对比，对不一致的进行报警，避免由于定义错误引起的误报警。

同时，智能模拟量传感器具有类型、状态、故障自识别功能，调校状态识别提醒功能，对未按照规定时间调校的传感器进行识别并报警。

为传感器及分站供电的电源具有信息管理功能，能够对电源模块的工作状态、电池剩余电量、腔体的温度进行实时监测并上传，并具有远程电源管理功能，能够对电池进行充放电管理，延长电池使用寿命。

9、加强数据应用分析

安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容：

（1）伪数据标注及异常数据分析；

（2）瓦斯涌出、火灾等的预测预警；

（3）大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；

（4）可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。

在系统监控软件进行升级改造后，加强了数据应用分析功能，主要有以下几点：

（1）通过对甲烷、风速、压力的监测，并结合一套逻辑关系，实现了瓦斯涌出报警，具体参数用户可以设置；

（2）通过对一氧化碳、温度和风速的监测，并结合一套逻辑关系，实现了火灾等预警预测，具体参数用户可以设置；

（3）对模拟量值的监测，通过在一定时间内的完成某个过程的变化，幅度超过一定值的情况进行筛分，实现了为数据标注，和异常数据分析功能；

（4）平台使用各项性能指标的历史数据，进行系统自评估的大数据分析；

（5）系统对外提供标准规范的数据接口，并具有安全验证功能；

10、应急联动

在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。

通过系统软件实现了重庆院安全监控、人员定位及广播系统的联动，在甲烷超限时，可启动广播系统，同时告知在危险区域的人员。

11、提升系统性能指标

（1）系统巡检周期不超过20s；

（2）异地断电时间不超过40s；

（3）备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换；

（4）具有双机热备自动切换功能；

（5）模拟量传输处理误差不超过0.5%；

（6）分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km。

新KJ90N安全监控系统提升系统性能指标如下：

（1）KJ90N系统巡检周期最快可达2秒，一般设置一台分站通信时间2秒，一条总线挂接4-5台分站；

（2）KJ90N系统异地断电可通过两种方式实现，一是通过中心站软件实现两台分站之间断电，二是在一条总线之间的分站可通过分站直接实现。

两种方式断电时间均不超过20秒；

（3）KJ90N系统中为分站、交换机供电的电源备用时间均能达到4小时，同时具有电源信息管理功能，可在中心站实时监视备用电池可工作时间，并在需要电池维护时进行提醒，延长电池使用寿命；

（4）具有双机热备自动切换功能；

（5）采用数字量传输后，数据传输不存在误差；

（6）KJ90N系统为传感器提供的电源供电距离可达2km，如果有超过2km的工作面，可通过增加电源中继的方式延长供电距离，增加一台中继可延长1km，实现1路电源为2台传感器供电。

12、增加加密存储要求

为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。

KJ90N系统采用MD5算法对数据库加密，防止对数据的篡改。

13、方便用户使用、维护、培训

软件界面友好，方便调用，强化帮助功能。

KJ90N系统针对用户在软件GUI界面操作和用户行为习惯建模分析，把用户软件GUI界面操作习惯转换成可量化的用户使用习惯指标；进而指导软件界面的重构，提高界面友好性。

提供详细帮助文档，可快速搜索查询。

3.3软件

KJ90N系统软件功能实现现行标准、规程、文件最新要求，涉及与其它厂家系统集成，数据部分开放标准接口，联动控制部分定制开发。

3.4硬件

3.4.1分站

本次升级改造要求分站能够采集总线传感器数据，目前我院新近变更安标的KJ90-F16（C）型分站具有4路总线输出，满足抗干扰要求，由于分站取消了频率采样，因此应更换为新型设备，无法兼容在用设备。

型号

升级方式

备注

KDF-2

更换为总线型KJ90-F16（C）

由于设备使用年限较久，不满足升级要求，需要更换。

KDF-3

更换为总线型KJ90-F16（C）

由于设备使用年限较久，不满足升级要求，需要更换。

KJ90-F8

更换为总线型KJ90-F16（C）

由于设备使用年限较久，不满足升级要求，需要更换。

KJ90-F16

更换为总线型KJ90-F16（C）

在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。

KJ90-F16（A）

更换为总线型KJ90-F16（C）

在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。

KJ90-F16（B）

更换为总线型KJ90-F16（C）

2016年前在用的设备需要更换，2016年采购的总线型设备满足升级要求，可正常使用。

KJ90-F16（C）

更换为总线型KJ90-F16（C）

在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。

KJ90-F16（D）

更换为总线型KJ90-F16（C）

在用设备仅支持频率采样，总线输出只能挂接流量设备，不满足升级要求。

3.4.2电源

电源主要解决抗干扰、备用电源时间及带载能力，重庆研究院KDW660/24B（A）型电源具有抗干扰认证，设计电源信息管理功能，能够实时监测备用电源带载能力，电源模块工作状态，同时可通过远程中心站软件对电池进行充放电管理。

型号

升级方式

备注

KDW0.3/660（A）

升级为KDW660/24B（A）

不满足抗干扰、电池备用时间要求，应淘汰。

KDW0.3/660（B）

淘汰

不满足抗干扰、电池备用时间要求，应淘汰。

KDW660/24B（A）

市场上有两种，一种是铅晶电池，无液晶显示，可通过更换对应的电池，改造不满足2小时备用时间的设备；一种是镍氢电池，具有液晶显示窗，更换对应电池，改造不满足2小时备用时间的设备。

KDW660/24B（B）

建议淘汰，目前设计的总线型分站无中分站，如果由于资金问题，可通过将19芯输出线缆更换为24芯输出。

KDY660/18B（A）

根据需要更换电池

电池时间不足2小时的设计更换电池。

KDY660/15B（A）

根据需要更换电池

电池时间不足2小时的设计更换电池。

KDW660/12B

根据需要更换电池

连接单路交换机的电源，电池不满足2小时的更换电池，连接双路交换机时，需要将双路交换机拆分为单路交换机。

3.4.3交换机

交换机主要解决备用电源备用时间问题，由于市场上在用的交换机时间较久，大多电池备用时间不满足要求，可按照下表要求进行选择，对不满足要求的设备进行升级。

型号

升级方式

备注

KJJ103

不升级或更换为KJJ15（A）

KJJ103A

更换为KJJ18B

KJJ103B

更换为KJJ15（A）+KJJ220（交换机）

KJJ103D

拆分为单路，也可更换为KJJ15（A）

KJJ103E

不升级或整体更换为KJJ15（A）

KJJ103F

拆分为单路，或整体更换为KJJ15（A）

KJJ137

不升级，电池不满足2小时的更换对应电池

KJJ15（A）

不升级，电池不满足2小时的更换对应电池

KJJ18（A/B）

不升级，电池不满足2小时的更换对应电池

KJJ660

不升级，电池不满足2小时的更换对应电池

3.4.4传感器

本次升级，针对老外壳的瓦斯、一氧化碳传感器，其对稳定性要求较高，原则上必须更换为最新符合数字化、抗干扰、IP65防护等级的产品，其它对稳定性要求不高，如温度、压力等，在矿方预算资金紧张且同意的情况下，可以只针对数字化传输进行升级，具体型号按下表选择。

由于我院改进型新传感器自2013年已部分投产，2015年既已完成所有传感器的升级，对于现场使用的该类传感器只需增加总线信号板即可满足标准的所有要求。

各类传感器的升级方式，可针对矿方需求，按下表进行选择：

模拟量传感器：

型号

名称

升级方式

备注

KG9001C

高低浓度甲烷传感器

更换成新总线型KG9001C传感器

针对老外壳，约2015年10月前生产产品

KG9001C

高低浓度甲烷传感器

内部插接：

RS485信号转换板（销售配件），规格:

CP1338.53

针对新外壳，约2015年10月后生产产品

KG9701A

低浓度甲烷传感器

更换成新总线型KG9701B传感器

KG9701B

低浓度甲烷传感器

内部焊接：

传感器频率转485板（销售配件），规格：

CK1016.01.55

针对新外壳，采用8052单片机主板，约2016年3月前生产产品

KG9701B

低浓度甲烷传感器

内部插接：

RS485信号转换板（销售配件），规格：

CP1338.53

针对新外壳，采用嵌入式主板，约2016年3月后生产产品

GTH500（B）

矿用一氧化碳传感器

更换成新总线型GTH1000传感器

GTH1000

矿用一氧化碳传感器

内部插接：

RS485信号转换板（销售配件），规格：

CP1338.53

针对新外壳，约2014年10月后生产产品

GFW15

矿用风速传感器

更换成新总线型GFY15（B）传感器

GFY15

矿用风速传感器

更换成新总线型GFY15（B）传感器

GFY15（A）

矿用风速传感器

更换成新总线型GFY15（B）传感器

GFY15（B）

矿用双向风速传感器

内部插接：

RS485信号转换板（销售配件），规格：

CP1338.53

GW50（A）

温度传感器

更换成新总线型GWP200传感器

GW50（A）

温度传感器

内部焊接：

传感器频率转485板（销售配件），规格：

CK1016.01.55

可满足数字化接入需求，但抗干扰、防护等级不满足新标准要求

GWP200

矿用温度传感器

内部插接：

RS485信号转换板（销售配件），规格：

CP1338.53

GF5F（A）

风流压力传感器

更换成新总线型GF5传感器