天星煤矿安全监控系统升级改造方案

贵州省习水县天星煤矿安全监控系统升级改造设计方案中煤科工集团重庆研究院有限公司2018年1月I目录1前言.............................................................................................................................12现场概况.....................................................................................................................13问题分析.....................................................................................................................24设计依据.....................................................................................................................35地面机房改造.............................................................................................................36井下设备改造.............................................................................................................46.1方案设计..........................................................................................................46.2升级改造后的效果..........................................................................................56.3部分软件界面介绍..........................................................................................77主要设备技术说明...................................................................................................14KJ90-F16(C)矿用本安型分站....................................................................14KDW660/24B(A)矿用直流电源.................................................................15KG9001C型高低浓甲烷传感器................................................................17GTH1000型矿用一氧化碳传感器............................................................18GWP200型矿用温度传感器......................................................................20GFY15(B)型矿用双向风速传感器............................................................21GYW25/50型氧气温度传感器..................................................................23GRG5H红外二氧化碳传感器...................................................................25GCD1000粉尘传感器................................................................................268设备清单...................................................................................................................28天星煤矿安全监控系统升级改造方案中煤科工集团重庆研究院有限公司11前言2016年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、煤与瓦斯突出矿井所有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）对安全监控系统提出了新的更高要求，煤矿安全监控系统要进行全面升级，实现全矿井数字化通信，系统具有自诊断、预警功能，能够实现数据融合，设备具备抗干扰能力，运行更加稳定可靠。中煤科工集团重庆研究院有限公司研发的KJ90N安全监控系统是在KJ90NA、KJ90NB基础上全面升级，以工业以太环网＋现场总线作为矿井信息传输平台，整个系统利用工业以太网平台和多主并发通讯技术，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现场概况天星煤矿现使用的井下瓦斯监控系统保持正常工作，但是通信方式及防护等级比较陈旧，不满足此次国家煤监局升级改造要求；井下分站和传感器大多数采用模拟信号输出，防护等级及抗干扰性达不到升级改造要求，且信号传输方式为频率或电流传输。天星煤矿依据《煤矿安全规程》及《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》要求，决定从以下方面进行升级完善：(1)现有监控分站不具备电源信息管理及抗干扰功能；(2)模拟量传感器信号制式为频率或电流型，不能实现数字化传输；(3)系统自评估、自诊断功能需进一步完善；(4)异地断电由中心站软件下发控制命令井下分站执行命令，当地面主机与井下监控分站的通讯中断时，异地断电功能将受到影响。天星煤矿安全监控系统升级改造方案中煤科工集团重庆研究院有限公司23问题分析依据《煤矿安全规程》2016修订版及《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》相关要求，对天星煤矿安全监控系统进行梳理和诊断，发现以下几个方面与规程和标准不符：(1)监控分站未通过抗电磁干扰能力实验，且未取得抗干扰实验相关的安标认证，不符合《安全监控系统升级改造技术方案》第3.2条的规定“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；交流巡检周期不超过20s”。(2)各类传感器与分站采用频率或电流信号传输数据，不符合《安全监控系统升级改造技术方案》第3.1条的规定“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”。(3)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。(4)部分在用监控分站电源仅能维持断电后正常供电时间2h，不符合《安全监控系统升级改造技术方案》第3.11条03款的规定，“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”。(5)安全监控系统无应急联动功能，与《安全监控系统升级改造技术方案》第3.10条不符，“在瓦斯超限、断电等需要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”。(6)监控系统软件未实现分级报警，与《安全监控系统升级改造技术方案》第3.5条不符，“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”。(7)监控系统不具备多网、多系统融合功能，与《安全监控系统升级改造技术方案》第3.6条不符，“实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与天星煤矿安全监控系统升级改造方案中煤科工集团重庆研究院有限公司3GIS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”。(8)采掘面使用的传感器防护等级为IP54，与《安全监控系统升级改造技术方案》第3.4条不符，“将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65”。4设计依据《煤矿安全规程》2016版《安全监控系统升级改造》5号文件《煤矿安全装备基本要求》《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）》《煤矿安全监控系统及监测仪器使用规范》AQ1029-2007《低压电器外壳防护等级》GB4942.2其他按国家、省及集团公司有关规范标准执行。5地面机房改造1、充分利用原有监控机房的监控主备机、UPS电源和网络交换机等硬件设备。2、将监控系统软件升级改造为KJ90N，完善监控系统软件的分级报警、断电等控制功能。3、安装矿端上传软件1套，将矿端监控数据实时上传至公司，实现监控数据的远程实时监测。4、新增融合软件1套。通过软件接口与人员定位系统、广播系统实现联动与数据交换。人员定位系统及广播系统的接口软件需矿方协调厂家按接口协议编制并配合实施，如厂家需要相关费用则由矿方另行支付相关费用。天星煤矿安全监控系统升级改造方案中煤科工集团重庆研究院有限公司46井下设备改造6.1方案设计天星煤矿此次升级改造以达到模拟量传感器数字化传输、采掘工作面传感器IP65防护等级、抗电磁干扰能力、自诊断自评估、系统性能提升为目的，主要改造监控分站、传感器等设备。监控分站：原监控分站防护等级及抗干扰性不满足此次升级改造要求，结合天星煤矿实际情况以及我院分站特点配置分站。本次升级改造采用全新设计的KJ90-F16(C)总线型分站，合计需更换14台。KJ90-F16(C)具有6条总线，其中4条总线用于各类传感器的接入，1条用于与监控主机的通讯，1条用于与其他智能设备的连接，通过KJ90-F16(C)总线型分站的使用可达到下列效果：分站通过严酷等级为2级的射频电磁辐射抗扰度试验，严酷等级为3级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，严酷等级为3级的浪涌抗扰度试验，严酷等级为3级的静电放电抗扰度试验，完全满足安全监控系统行业标准中规定的抗干扰性能要求，当出现干扰时分站仍能正常工作。每条总线可同时接入4台模拟量或开关量数字传感器，4条总线则可同时接入16台模拟量或开关量数字传感器，可实现监控系统的全数字化，提高传输环节的可靠性。分站采用工程塑料外壳，防护等级由原来的IP54提升到IP65，可以在淋水环境下正常运行。异地断电不再需要中心站软件下发控制命令，分站间数据交换实现现场异地断电功能。监控分站具有中断存数功能，能够把通讯中断时的传感器数据保存在分站内，在通讯恢复正常后续传到中心站，确保监控数据的连续性。分站电源箱：分站电源箱与监控分站配套使用，与监控分站安装在同一