四棵树煤矿安全监控系统升级改造方案.docx
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四棵树煤矿安全监控系统升级改造方案
四棵树煤炭有限公司KJ3000N煤矿安全监控系统升级改造方案
一．煤矿监控系统升级改造的背景
煤矿安全监控系统（以下简称“安全监控系统）主要用于对井下环境参数（瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧气、温度等）进行监测、对机电设备的工作状态进行监控，并实现超限报警、断电、通知撤人等功能，是煤矿安全生产最基本、最重要的安全保障。
但由于现有监控系统大部分仍处于10多年前的技术水平，在标准、技术要求、安装、使用和维护管理等方面存在着一系列问题。
同时近年来随着一批安全监控新技术、新装备的研发成功，可以在技术层面有效地提升安全监控系统的效能。
安全监控系统升级改造示范工程通过多系统融合、多网融合和引入移动监控传感器等技术，可以大幅度增加数据收集量，实现深度挖掘海量数据等大数据应用分析功能，增加监控系统的智能化，从而提升安全监控系统的可靠性，为煤矿安全生产提供更有力的保障。
此次安全监控系统的升级改造工作主要是根据当前行业的需求和大背景下提出的，国家陆续提出了如下的工作指导文件，指引煤矿安全监控系统的设计与开发，主要的工作指引作如下分析，并按照下述几个行业引导办法进行安全监控系统升级改造：
Ø“28号文：
国家煤矿安监局关于加强煤与瓦斯突出事故监测和报警工作的通知”
1）、完善安全监控系统相关软件，建立煤与瓦斯突出事故自动报警系统；
2）、实现对突出事故及其发生时间、地点的自动判识和及时报警，以及瓦斯涌出量和波及范围自动预测，及时发出断电指令、通知相关人员；
Ø国家煤矿安监局关于“煤矿安全监控系统升级改造技术方案”
1）、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；监测监控与GIS技术的有机融合；在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下时，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
2）、增加自诊断、自评估功能，区域同类型相互关联数据的同步分析与判断，对设备故障的自诊断；设备使用过程中的自动监管服务功能。
3）、控制升级处理，实现分级报警，推行逻辑报警和区域断电，完善就地断电功能。
Ø关于AQ6201和AQ1029标准的修改
国家于2016年会发布并更新上述两个新的标准，其与安全监控系统升级改造方案是同步更新的，势必会引起新一代的安全监控系统的升级换代工作。
其中提出的新的要求和功能，也是我们此次安全监控系统升级改造所必须具备的。
二．本次升级改造的要求：
主要内容是对现场设备进行技术升级改造,并达到如下要求：
1）、全数字化传输；
2）、具备抗电磁干扰能力；
3）、传感器防护等级达到IP65；
4）、支持多系统融合功能，能够基于统一平台进行监测与控制；
5）、系统具备自诊断功能，能够对数据状态进行标记；
6）、系统具体数据分析应用功能，包含瓦斯涌出和火灾报警功能；
7）、重要区域甲烷传感器采用激光传感器；
8）、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；
三、KJ3000N煤矿安全监控系统
针对这次升级改造我们设计了新的KJ3000N煤矿安全监控系统，特征如下：
1全数字化传输：
1）、设计出全新的全数字化分站KJF2007G6/7，可接入智能总线传感器。
2）、设计出各类信号转换器，可将现有模拟量输出传感器接入数字化系统。
3）、通讯制式升级：
信号采集全面采用智能通讯制式，采用数字信号进行数据通讯。
与智能分站连接后，可对传感器远程参数设置、远程标校、远程查看、设备状态信息监测等功能，有效提升传感器、断电器等设备数据传输的抗干扰能力和系统功能的扩展，解决了安全监控系统的误报、误控的现象。
同时，可与原来的分站、传感器和系统完全兼容，具备经济、稳定、易维护性。
2、抗电磁干扰性能提升
对监控系统关键设备KJF2007G6/7分站电源24V安全栅进行了重点技术攻关，通过了过流检测、过压检测、脉冲检测、控制电路、模块化设计一系列措施，通过实际现场应用能够大大加强远距离带载能力,提高传感器长距离供电传输，同时采用抗静电、电磁辐射、瞬变脉冲、浪涌干扰设计，各类设备均已通过抗干扰性能3倍级指标要求。
进行抗干扰性能升级后，将有效解决井下设备硬件故障率高、测量数据异常等问题。
3）、关于新型传感器技术的应用与提升
3.1）、GJG100J（A）激光甲烷传感器：
激光甲烷传感器采用半导体激光吸收光谱检测（TDLAS）技术，通过检测激光通过气室后的损失能量，进而计算出甲烷的浓度。
激光甲烷传感器具有精度高，稳定性强，调校周期长、使用寿命长、不受水汽影响等特点。
有效的解决了传统甲烷传感器测量范围窄、精度低、抗干扰能力差、稳定性差、寿命短等问题。
外壳防护等级提升为IP65。
3.2）、GFY15X双向风速传感器传感器
双向风速传感器采用微差压原理检测环境风速，同时具备测量风速和风向功能，其具体与传统监测方式对比如下:
4）多系统融合：
通过采用统一的工业以太环网作为基础通信平台，通过应用软件平台实现生产过程的自动化、煤矿安全监控的数字化、管理过程的信息化、信息管理的集约化，实现煤矿安全监控系统与其他子系统之间有机融合，同时为了保证监控系统数据的实时性，监控系统与其他子系统采用同缆不同芯。
5）、对软件平台进行升级改造
5.1）、基于CAD二次开发，使用简单，便于维护
能够实现与矿井正常使用的AutoCAD图形无缝转换，转换过程不会出现任何图形原件丢失，并能够分类显示各类传感器数据。
5.2）、GIS空间数据一体化
基于CAD生成的图形文件，能够自动生成GIS空间信息，各子系统监控数据统一显示在GIS图形下。
5.3）、WEBGIS基础上能够交互生成矢量示意图
为掌握局部区域整体运行情况，系统支持GIS图形中，放大局部区域显示区域内矢量运行效果图。
三、KJ2000N煤矿安全监控系统现状
四棵树煤炭有限公司使用我公司KJ2000N煤矿安全监控系统，系统主要包括：
1.KJ2000N煤矿安全监控系统软件及相关子系统（联网系统、抽放系统、矿调度系统、综合信息系统、监控系统双机热备等）。
目前系统及子系统符合国家相关规定,通过监控系统提供的数据接口和相关协议运行良好。
本次软件系统改造总体方向是兼容老的子系统和数据协议新系统改造不影响子系统的运行,同时增加符合国家新规程所设计的相关要求.其中主要包括多系统融合;监控系统的GIS技术运用;煤与瓦斯突出报警等功能.
2.目前四棵树煤炭有限公司各矿安全监控系统所使用的分站为KJF2007G3，KJF2007G5以及KJ2007F型分站，模拟型各类传感器数千台，为应对本次升级改造我公司研发出煤矿安全监控系统全系列智能传感器，如激光瓦斯传感器，风速风向传感器，高低浓瓦斯传感器，一氧化碳传感器，温度传感器等，本次升级改造可以逐步补充全数字化分站KJF2007G6/G7分站，及智能型传感器。
同时为了缓解改造带来的经济压力，我公司经过技术攻关，可将在用F分站经过技术改造使其满足数字通讯要求，并可使用信号转换器将模拟型各类传感器转换为数字信号接入分站，使煤矿用户的升级改造实现分步化，渐进化。
3.目前四棵树煤炭有限公司安全监控系统环网主要采用百兆光纤冗余环网，主要硬件有KJJ107、KJJ107A矿用隔爆兼本安型传输接口。
由于主交换机模块采用多年前的技术，带宽处理能力无法满足全矿井综合信息化系统网络需要，且不具备电磁兼容要求。
本次升级改造采用公司最新的矿用网络交换机搭建主干环网。
矿上原有安全监控系统网络可作为一个子环网接入主干环网，升级期间两套网络可共存，不会影响煤矿生产使用，主干网交换机为多个子系统提供独立的VLAN和接口，满足系统融合需要采用全新网管软件，用户可与更加便捷的检测网络运行状态，新交换机完全按照新的安全规程和电磁兼容设计，符合国家文件要求。
四、项目实施内容和实施目标
1、项目实施内容
此次升级改造基于满足新一代安全监控系统基本特征的情况下，对现有安全监控系统进行升级改造，主要通过以下几个步骤进行：
1）、根据我矿的实际情况，结合到新一代监控系统的技术要求，提出升级改造技术方案，主要升级改造点如下：
a）建立统一的环网为多系统融合打下坚实基础，并且能够就近提供RS485，网口、光口等接口，能够实现井下系统的融合；
b）煤矿安全监控系统软件整体升级；
c）传感器逐步升级为数字传输，通过加装信号转换器，更换智能传感器且防护等级达到IP65；
d）逐步更换升级分站设备，支持数字传感器的接入；
2）、通过此次升级改造，系统功能层面达到如下功能：
a）系统中心站软件在统一的软件构架下，能够同时快速接入安全监控、人员定位、瓦斯抽采、广播通讯及电力监控等系统；
b）逐步实现全数字化。
c）实现移动式互联设备的远程数据查看和报警信息的自动推送功能（移动APP应用）；
d）能够基于GIS的位置信息，对异常数据进行有效的标注而不是过滤掉；
e）能够基于井下设备的相互关联性，随着事态的发展能够智能联动判断并进行提示；
f）具备基本的数据应用分析：
基于温度变化的火灾分析，瓦斯涌出分析；
g）系统自评估、自诊断功能，并实施如下内容：
i.传感器定期未标效提醒服务
ii.传感器工作异常运维服务（频繁重启、头子断丝、线性不稳）；
iii.中心站运行环境异常服务；
h）实现基于CAD电子地图的无缝兼容，实现所有信息基于“一矿一图”的数据管理新模式；
i）关于应急联动功能，在瓦斯超限、断电等需立即撤人的紧急情况下时，可自动与应急广播、通信、人员定位等系统的应急联动。
KJ2000N升级到全数字化KJ3000N煤矿安全监控系统具备新老兼容，逐步更换，资金投入小，系统稳定可靠并满足国家标准要求的特点，方案实施简况如下：
第一阶段
将原矿上正在使用的KJJ107A井下防爆交换机替换为满足国家最新标准并取得新安标的KJJ107（A）井下网络传输接口，统一通讯制式为CAN总线方式，实现网络通信层的全数字化以及电磁兼容。
第二阶段
1、使用满足国家最新标准并取得新安标的KJF2007G6分站替代矿上在用的G型分站（包括G5,G1,G3）。
2、使用满足国家最新标准并取得新安标KJF2007G7分站替代一部分F型分站（包括F、F1），并对另一部分F型分站进行技术改造，增加智能接口，实现新老分站同时支持数字化传感器，从而实现数据交互层的全数字化以及部分电磁兼容。
3、更换开停传感器为智能开停传感器，通过智能信号转换器将其他非数字化传感器、控制器转换为数字通讯信号接入分站，继而实现井下设备的全面数字化。
第三阶段
使用满足国家最新标准并取得新安标KJF2007G7分站更换矿上在用的余下部分的F分站，实现分站的全数字化及全电磁兼容。
第四阶段
使用数字通讯制式并满足电磁兼容要求的新传感器、控制器对矿上在用的所有旧传感器、控制器进行更换,实现井下设备的全数字化及电磁兼容，继而完成整个KJ3000N煤矿安全监控系统的升级改造工作。
PS：
上述每个阶段的硬件更换过程可根据矿方用户的实际情况分期分批进行，并且保证在更换过程中新老设备的完美兼容，将用户的经济压力和系统更新对煤矿生产的影响降到最低。
系统升级主要设备报价
货币单位：
人民币元
序号
名称
型号
单位
单价
备注
1
矿用隔爆兼本安型监控分站
KJF2007G7
套
35000
含电池箱，替代原F型分站
2
矿用隔爆兼本安型监控分站
KJF2007G6
套
25000
含电池箱，替代原G型分站
3
矿用隔爆兼本安型网络传输接口
KJJ107（A）
套
60000
含电池箱，替代原井下交换机
4
矿用本安型信号转换器
KZC21（B）
个
3800
模拟量，1托4
5
矿用本安型信号转换器
KZC21（A）
个
1300
开关量，1托1
6
矿用本安型信号转换器
KZC21（C）
个
1300
控制量，1托1
7
矿用设备开停传感器
GKT5L
个
900
智能信号
2017年2月20日
北京瑞赛长城航空测控技术有限公司
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