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[摘 要]针对超化矿被鉴定为突出矿井后，对灾害预防性质的升级变化，老的安全监控系统存在技术缺陷已不能充分发挥其安全监控作用，提出了对矿井安全监控系统软、硬件进行全面升级改造，实现瓦斯电闭锁变电所集中控制，区域控制等技术方案，在实际应用中收到了良好效果，对逐步提高预防煤与瓦斯突出技术的管理水平具有重要意义。
[关键词]矿井 监控系统 安全可靠性 技术改造 应用
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0371-01
一、矿井安全监控系统技术改造必要性
1、井下传感器的催化元件和热导元件稳定性差，需要7d校验一次，影响工作面生产，增加工人工作量。
2、井下以前使用的KFD-3型监控分站芯片和通讯板分开，没有集成部件灵巧方便，另外其模拟量和开关量不能互换，不易区分。
3、井下分站远程断电距离达1500m，反应慢，距离大于2000m就不容易控制。
4、监控中心主机和备用机不能实现自动切换，当主机出现故障时，会出现一个监控盲区，埋下了安全生产隐患。
5、系统服务器存储数据量有限，不利于开展年度瓦斯对比工作。
6、馈电传感器控馈不符，信号传输不稳定。
7、井下瓦斯电闭锁不能集中控制。
二、技术改造方案设计
1、监控系统主机技术改造
地面中心需提供Windows2003标准版、SQL Server2005标准版、金山毒霸中小企业网络版、双机热备软件。升级改造后的系统具备双机切换功能，当某台监控主机出现故障时，另一台监测主机投入工作。更换后的计算机支持双机热备接口，并配置双网卡、阵列柜、双机热备软件、双串口接口等，同时增加一台用于与上级和矿务局域网联网Web计算机。
2、监测分站技术改造
将KFD-3型分站芯片换为ATMEL公司生产的89C60大容量存储单片机。芯片内有256KB的RAM，包括32KB程序存储器在内，共有64KB地地址空间（分站用8KB），8位数据总线，低8位地址与数据分时共用，地址线AO-A12提供片外数据存储器地址。可挂接多种传感器，能对井下各种环境参数，如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测。具有多通道、多制式的信号采集功能和通信功能，通过以太网式总线方式能及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。
3、瓦斯电闭锁技术改造
3. 1采区变电所集中控制
投入监测信号电缆7000米，新增井下远程馈电断电器18台，共安装瓦斯电闭锁30个，其中瓦斯电闭锁22、31采区改造10个、21采区5个、11采区2个、转载仓变电所8个、23变电所3个；地面瓦斯泵站2个。改造后使井下所有的瓦斯电闭锁、掘进面风电闭锁实现了采区变电所集中控制。
3. 2区域控制
22采区在22皮带、22轨道下山安装在22001下付巷口以下10-15米各一个，报警点、断电点0.5%，实现对22变电所5个高爆开关、-300变电所1个高爆开关、转载仓变电所1个高爆开关进行交叉闭锁控制，该地点瓦斯传感器断电范围： 22采区、31采区全部非本安电气设备【除22泵房、专、备用风机高压外（中央变电所设警铃调度室指判断下指令，配电工手动切断）】。
21采区在21轨道下山安装在21111下付巷口以上10-15米一个，在21皮带下山安装在21111上付巷口以下10-15米一个、报警点、断电点0.5%，实现对21变电所3个高爆开关进行闭锁控制，该地点瓦斯传感器断电范围： 21采区全部非本安电气设备【除21泵房、专、备用风机高压外（中央变电所设警铃调度室判断下指令，配电工手动切断）】。
3. 3在井下主石门、中央变电所各安装一个瓦斯传感器，报警点、断电点0.5%，主石门瓦斯超限后中央变电所警铃报警，由调度室判断下指令，中央变电所配电工手动切断中央变电所所有高压二次电源；中央变电所瓦斯超限后由调度室判断下指令，地面变电站配电工手动切断供井下所有供电回路电源。
3.4风电闭锁技术改造
3.4.1在掘进面局部通风机自动倒台开关的启动按扭线上串接断电器常闭接点，此项改进可有效避免因倒台开关控制机构损坏影响局部通风机正常供风，只有满足3%瓦斯风电闭锁的要求才能实现局部通风机的目的。
3.4.2 利用KJ90F16监测分站、馈电断电器控制自动倒台开关，实现局扇停止运行后，瓦斯达到3%闭锁局扇自动倒台开关。
3.4.3 解锁方法：监测工遥控解锁、监测员下发命令解锁，瓦斯降到1.5%以下自动解锁的目的。
3.4.4 在风机处利用监测分站加断电器联合控制，当掘进面停风或风量不足、瓦斯超限时发出声光报警信号。
三、瓦斯导航远程监控系统作用发挥
煤矿瓦斯远程监测监控网络系统是以煤矿安全监控系统为基础，利用监控计算机产生的实时监测数据，通过计算机网络传输，实现对煤矿安全生产监控系统的实时监察。郑煤集团公司建设开发的瓦斯防治导航系统及资源整合矿井联网监测系统均属于数字化的瓦斯远程监控系统。
四、应用效果
1、减少了系统校验次数。KJ90监控系统的各种井下校验传感器的时间为7d，现在KJ90NA监控系统延长至10d，也就是1个月只用校验3次，比以前的4.43次减少了1.43次，既减少了工人工作量，又减少了瓦斯标准气的使用量。
2、缩短了系统双机切换时间，以前，当监控中心一台主机出现故障时，还需重新启动另一台计算机，约5min；现在新系统具有双机热备功能，只需5s就可以完成自动切换，立即投入工作。
3、增加了存储空间。以前系统服务器只能存储3a的瓦斯、断电信息等资料，现在新服务器有3个160GB硬盘，可以存储10a以上的数据。经过在超化煤矿的试用，升级改造后KJ90NA矿井安全监控系统符合该矿安全生产的需要，得到了操作员工和领导的好评。
4、对原有的瓦斯导航系统进行升级完善，使瓦斯导航界面更为直观，操作方便，信息上传及时准确。
5、实现了瓦斯电闭锁、掘进面风电闭锁实现了采区变电所远距离集中控制，增强了监测系统断电可靠性。
6、实现了瓦斯区域断电，有效的避免了被控设备的馈电状态与系统发出的控制命令或复电命令不一致现象，同时，在很大程度上缩短了区域断电的时效差，增强了监控系统断电控制能力，使瓦斯电闭锁动作更准确、更快捷。
7、 对风电瓦斯电闭锁控制方法进行创新，可有效的避免了掘进工作面停风后不管瓦斯高低随意送风的弊端，提高监测系统监控有效目的，完善了安全监测系统的功能。
8、瓦斯导航系统的建设，将生产矿井的生产布局、现状与瓦斯监控系统数据、日常管理信息有机结合起来，为煤矿行业的安全生产，特别是远程监管提供了技术保障。
五、结语
总之，瓦斯导航监控系统的使用升级改造，达到了界面灵活、操作方便、监控到位、控制有效，实时传输的目的。通过在超化煤矿的应用，将为煤与瓦斯突出预防提供更加详实的基础数据。系统的升级改造，使安全监控系统、瓦斯导航系统运行更加稳定、可靠，提升了矿井“一通三防”管理水平，增强了矿井抗灾能力，促进矿井安全生产，在煤矿安全生产中有广阔的应用前景。
作者简介：
王亚南，男，31岁，河南省新密人，矿业工程，工程师，在郑煤集团超化煤矿安监科负责矿井安全生产技术管理工作。
[关键词]矿井 监控系统 安全可靠性 技术改造 应用
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0371-01
一、矿井安全监控系统技术改造必要性
1、井下传感器的催化元件和热导元件稳定性差，需要7d校验一次，影响工作面生产，增加工人工作量。
2、井下以前使用的KFD-3型监控分站芯片和通讯板分开，没有集成部件灵巧方便，另外其模拟量和开关量不能互换，不易区分。
3、井下分站远程断电距离达1500m，反应慢，距离大于2000m就不容易控制。
4、监控中心主机和备用机不能实现自动切换，当主机出现故障时，会出现一个监控盲区，埋下了安全生产隐患。
5、系统服务器存储数据量有限，不利于开展年度瓦斯对比工作。
6、馈电传感器控馈不符，信号传输不稳定。
7、井下瓦斯电闭锁不能集中控制。
二、技术改造方案设计
1、监控系统主机技术改造
地面中心需提供Windows2003标准版、SQL Server2005标准版、金山毒霸中小企业网络版、双机热备软件。升级改造后的系统具备双机切换功能，当某台监控主机出现故障时，另一台监测主机投入工作。更换后的计算机支持双机热备接口，并配置双网卡、阵列柜、双机热备软件、双串口接口等，同时增加一台用于与上级和矿务局域网联网Web计算机。
2、监测分站技术改造
将KFD-3型分站芯片换为ATMEL公司生产的89C60大容量存储单片机。芯片内有256KB的RAM，包括32KB程序存储器在内，共有64KB地地址空间（分站用8KB），8位数据总线，低8位地址与数据分时共用，地址线AO-A12提供片外数据存储器地址。可挂接多种传感器，能对井下各种环境参数，如瓦斯、风速、一氧化碳、负压、设备开停状态等进行连续监测。具有多通道、多制式的信号采集功能和通信功能，通过以太网式总线方式能及时将监测到的各种环境参数、设备状态传送到地面中心站，并执行中心站发出的各种命令，及时发出报警和断电控制信号。
3、瓦斯电闭锁技术改造
3. 1采区变电所集中控制
投入监测信号电缆7000米，新增井下远程馈电断电器18台，共安装瓦斯电闭锁30个，其中瓦斯电闭锁22、31采区改造10个、21采区5个、11采区2个、转载仓变电所8个、23变电所3个；地面瓦斯泵站2个。改造后使井下所有的瓦斯电闭锁、掘进面风电闭锁实现了采区变电所集中控制。
3. 2区域控制
22采区在22皮带、22轨道下山安装在22001下付巷口以下10-15米各一个，报警点、断电点0.5%，实现对22变电所5个高爆开关、-300变电所1个高爆开关、转载仓变电所1个高爆开关进行交叉闭锁控制，该地点瓦斯传感器断电范围： 22采区、31采区全部非本安电气设备【除22泵房、专、备用风机高压外（中央变电所设警铃调度室指判断下指令，配电工手动切断）】。
21采区在21轨道下山安装在21111下付巷口以上10-15米一个，在21皮带下山安装在21111上付巷口以下10-15米一个、报警点、断电点0.5%，实现对21变电所3个高爆开关进行闭锁控制，该地点瓦斯传感器断电范围： 21采区全部非本安电气设备【除21泵房、专、备用风机高压外（中央变电所设警铃调度室判断下指令，配电工手动切断）】。
3. 3在井下主石门、中央变电所各安装一个瓦斯传感器，报警点、断电点0.5%，主石门瓦斯超限后中央变电所警铃报警，由调度室判断下指令，中央变电所配电工手动切断中央变电所所有高压二次电源；中央变电所瓦斯超限后由调度室判断下指令，地面变电站配电工手动切断供井下所有供电回路电源。
3.4风电闭锁技术改造
3.4.1在掘进面局部通风机自动倒台开关的启动按扭线上串接断电器常闭接点，此项改进可有效避免因倒台开关控制机构损坏影响局部通风机正常供风，只有满足3%瓦斯风电闭锁的要求才能实现局部通风机的目的。
3.4.2 利用KJ90F16监测分站、馈电断电器控制自动倒台开关，实现局扇停止运行后，瓦斯达到3%闭锁局扇自动倒台开关。
3.4.3 解锁方法：监测工遥控解锁、监测员下发命令解锁，瓦斯降到1.5%以下自动解锁的目的。
3.4.4 在风机处利用监测分站加断电器联合控制，当掘进面停风或风量不足、瓦斯超限时发出声光报警信号。
三、瓦斯导航远程监控系统作用发挥
煤矿瓦斯远程监测监控网络系统是以煤矿安全监控系统为基础，利用监控计算机产生的实时监测数据，通过计算机网络传输，实现对煤矿安全生产监控系统的实时监察。郑煤集团公司建设开发的瓦斯防治导航系统及资源整合矿井联网监测系统均属于数字化的瓦斯远程监控系统。
四、应用效果
1、减少了系统校验次数。KJ90监控系统的各种井下校验传感器的时间为7d，现在KJ90NA监控系统延长至10d，也就是1个月只用校验3次，比以前的4.43次减少了1.43次，既减少了工人工作量，又减少了瓦斯标准气的使用量。
2、缩短了系统双机切换时间，以前，当监控中心一台主机出现故障时，还需重新启动另一台计算机，约5min；现在新系统具有双机热备功能，只需5s就可以完成自动切换，立即投入工作。
3、增加了存储空间。以前系统服务器只能存储3a的瓦斯、断电信息等资料，现在新服务器有3个160GB硬盘，可以存储10a以上的数据。经过在超化煤矿的试用，升级改造后KJ90NA矿井安全监控系统符合该矿安全生产的需要，得到了操作员工和领导的好评。
4、对原有的瓦斯导航系统进行升级完善，使瓦斯导航界面更为直观，操作方便，信息上传及时准确。
5、实现了瓦斯电闭锁、掘进面风电闭锁实现了采区变电所远距离集中控制，增强了监测系统断电可靠性。
6、实现了瓦斯区域断电，有效的避免了被控设备的馈电状态与系统发出的控制命令或复电命令不一致现象，同时，在很大程度上缩短了区域断电的时效差，增强了监控系统断电控制能力，使瓦斯电闭锁动作更准确、更快捷。
7、 对风电瓦斯电闭锁控制方法进行创新，可有效的避免了掘进工作面停风后不管瓦斯高低随意送风的弊端，提高监测系统监控有效目的，完善了安全监测系统的功能。
8、瓦斯导航系统的建设，将生产矿井的生产布局、现状与瓦斯监控系统数据、日常管理信息有机结合起来，为煤矿行业的安全生产，特别是远程监管提供了技术保障。
五、结语
总之，瓦斯导航监控系统的使用升级改造，达到了界面灵活、操作方便、监控到位、控制有效，实时传输的目的。通过在超化煤矿的应用，将为煤与瓦斯突出预防提供更加详实的基础数据。系统的升级改造，使安全监控系统、瓦斯导航系统运行更加稳定、可靠，提升了矿井“一通三防”管理水平，增强了矿井抗灾能力，促进矿井安全生产，在煤矿安全生产中有广阔的应用前景。
作者简介：
王亚南，男，31岁，河南省新密人，矿业工程，工程师，在郑煤集团超化煤矿安监科负责矿井安全生产技术管理工作。