南河煤业安全监控系统升级安全技术措施.docx

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南河煤业安全监控系统升级安全技术措施

山西灵石国泰南河煤业有限公司

安全监控系统升级改造安全技术措施

编制单位：

编制人：

编制日期年月日

批准日期：

年月日

山西灵石国泰南河煤业有限公司

安全监控系统升级改造安全技术措施

一、概述

山西灵石国泰南河煤业有限公司安全监测监控系统采用上海坤嘉科技股份有限公司生产的KJF2000N系统，该系统自2015年投入使用，一直运行稳定、数据可靠。

根据国家煤矿安全监察局《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（煤安监函〔2016〕5号）、山西煤矿安全监察局《关于转发国家煤矿安监局〈煤矿安全监控系统升级改造技术方案〉的通知》（号）要求，通过对安全监测监控系统改造，不断提高煤矿安全监控系统的准确性、灵敏性、可靠性、稳定性和易维护性，进一步发挥科学技术的保障作用，提升事故防控预警和应急处置能力。

因此我矿计划将原KJF2000N安全监测监控系统升级改造为KJ825X安全监测监控系统，为保证任务的顺利完成，特编制本安全技术措施。

二、施工时间

2020年9月10日—2020年9月30日

三、施工地点

地面及井下安装安全监测监控系统的所有区域

四、劳动组织

负责人：

崔学良

参加人员：

各施工单位电工、安全监测监控工、安全监测维护工、调度员、监测监控厂家工程技术人员。

五、操作准备：

1、备齐安装所用工具、仪器、仪表以及设备说明书和图纸。

2、备齐安装所需分站、断电器、各种传感器、监控电缆、传感器标校用设备等。

3、对准备安装的分站、断电仪、传感器等设备应检查其是否符合《GB3836.1-1983爆炸性环境用防爆电器设备》的要求。

还应保证仪器外形应无严重损伤变形，观察窗、指示灯罩应完整无缺，所有紧固件不得有松动和失落。

4、确定安装顺序：

仪器检查—登记—安装—检查质量—登记

六、安全监测监控系统升级方案

1、地面中心站

⑴地面中心站充分利用原有监控机房的监控设备、数据服务器、UPS电源等硬件设备，若原有设备不能满足，需进行升级；

⑵在原有系统监控主、备机如果不是双网卡配置需要增加网卡各1块（原监控主、备机如有双网卡则不需改动），提升双机热备功能；

⑶将监控系统软件升级改造为KJ825X，完善监控系统软件分级报警、断电等控制功能、多网和多系统融合、自诊断和自评估功能、数据分析等功能；

⑷对监控系统数据库进行升级，增加关键数据加密功能。

⑸对监控系统通讯机制进行改造，提高系统实时性。

⑹监控软件预留有接口，可通过软件接口与其他系统实现联动和数据交换；

⑺安装矿端上传软件1套，将矿端监控数据实时上传至主管单位，实现监控数据的远程实时监测。

2、传输信道改造

传输通道由原电缆传输模式，改为工业以太网+现场总线方式传输。

⑴地面中心站采用1台核心交换机，用于监控系统内网和连接外网的管理；

⑵安装环网交换机管理软件平台1套，用于工业以太网对网络设备的实时配置、监控、诊断，提供整合式管理平台，自动侦测网络设备；

⑶井下采用隔爆兼本安环网交换机，用于井下各个监控区域的监测。

3、井下改造工程

井下设备的改造，以实现传输信号达到全数字化、抗电磁干扰能力、IP65防护等级、自诊断自评估、系统性能提升为目的，主要改造监控分站、供电电源、传感器等设备。

⑴监控分站：

本次升级改造采用全新设计的KJ825X-F（16）分站，该分站具有多种接口类型，使用后可达到下列效果：

①可接入16台模拟量，传输采用总线式全数字化，提高传输环节的可靠性。

②监控分站具有断电续传功能，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（可保存24h的数据）。

③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，当出现干扰时分站仍能工作。

⑵本安电源箱：

多种类型的矿用隔爆兼本安不间断电源，供用户选择，以满足不同需求。

选用KDW660/24B，电源监测扩展功能：

可实时监测电源箱的供电状态，电池组的输出电压、电流，电池组的充电电压、电流是否正常，通过监测计算还可实时显示备用电池的电量。

⑶传感器传输方式：

①和监控分站之间传输采用全数字化，RS485现场总线信号方式通讯，提升抗干扰能力，避免传输环节造成的监测数据误报警问题，有效过滤传输环节中的伪数据。

②对于井下安装的模拟量传感器输出为频率、电流等信号时，而且设备安装使用时间比较短，升级改造过程中可临时在传感器和分站之间增加“信号转换器”，满足传输要求，待传感器达到更换条件时逐步替换总线式输出传感器。

③对于井下变电所、水泵房、皮带机头等机电设备集中式安装的区域，其设备开启、工作状态监测等，可采用总线式输出的开关量设备。

⑷分站及传感器外壳防护：

防护等级达到IP65，可在淋水环境下正常使用，大大减少因传感器进粉尘、受潮引起的非正常工作状态。

⑸井下改造主要传感器

①低浓甲烷传感器：

按照安全规程、监控系统管理规范要求，井下工作面、掘进工作面和回风巷道内的机电硐室等地点，安装低浓度甲烷传感器，本次升级改造采用具有数字信号输出的GJC4低浓度甲烷传感器。

②粉尘传感器：

采用激光散射原理对井下粉尘浓度快速、准确测量。

采用独特的光学镜头清洁系统、保证在全量程范围内准确测量。

采用红外遥控调校传感器各参数，实现不开盖调节使调校更加简单。

本次升级改造增加数字传输GC1000J粉尘浓度传感器。

③一氧化碳传感器：

按《煤矿安全规程》2016修订版的规定，井下工作面、采区回风、一翼回风巷和总回风巷应安装一氧化碳传感器，本次升级改造采用数字传输GTH1000一氧化碳传感器，量程为0-1000ppm。

④风速传感器：

在井下的采区回风巷、一翼回风巷和总回风巷中安装风速传感器，高突矿井升级改造采用数字传输GFY15X煤矿用双向风速传感器。

⑤温度传感器：

本次升级改造在采煤工作面及机电硐室内应安装温度传感器，可测量范围可达0--50℃，信号输出采用RS485数字通讯方式。

⑥烟雾传感器：

在带式输送机滚筒的下风侧安装烟雾传感器，实时监测空气中是否含有烟雾，当检测到烟雾后发出声光报警提示工作人员采取措施。

⑦开停传感器：

井下局部通风机、井下各变电所重要机电设备的供电电缆上卡装开停传感器，实时监测井下局部通风机的开停状态。

⑧风门传感器：

井下主要通风区域的风门，安装GFK50风门开闭状态传感器，实时监测风门的开闭状态，可监视每道风门的开闭状态，风门打开时发出声光报警。

⑨断电馈电一体式：

井下工作面、掘进工作面等危险区域，安装KDG1/220矿用隔爆兼本安型断电控制监视器。

⑩无线传感器：

对下井上布线不便的区域（回风隅角、采空区等）可安装无线传感器，无线传感器内置电池，能够实时测量监控区域内的参数，并通过无线模块将数据发送给接收模块，无线发送和接收模块之间自带数据校验功能，使分站能准确无误地接收无线传感器发送过来的数据。

本次升级改造可选用。

七、安全监测监控系统改造要求

1、传感器数字化

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。

数字化通讯，主要是模拟量传感器到分站之间实现数字化传输，即RS485。

2、增强抗电磁干扰能力

针对各类常见干扰所采取的措施主要是：

应用吸能元件来吸收干扰产生的能量；抑制干扰产生的高电压；增加电源隔离及储能措施；使用专用的防护电路和器件，同时采用硬件滤波以及独特的软件滤波算法进一步增强抗干扰能力。

通过以下试验：

静电抗扰度3级试验，评价等级为A（地面设备）；

电磁辐射抗扰度2级试验，评价等级为A；

脉冲群抗扰度2级试验，评价等级为A；

浪涌（冲击）抗扰度交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级试验，评价等级为B。

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。

4、提升传感器的防护等级

将传感器的防护等级由IP54提升到IP65。

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、设置及维护，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。

完善就地断电功能，通过多次冗余采集、取值判断，保证就地断电的可靠性及实时性，系统配套带馈电功能的断电器，做到一体采集监测，从而加强馈电状态监测。

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。

KJ825X实现远程本地，异地区域断电，用户可根据需要自行设定断电区域。

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。

7、应急联动

将安全监测、人员定位、广播等数据与所在巷道中的地理位置进行关联，通过对相关设备的数据分析，按照预先设定的应急预案进行联动。

假如某一区域的瓦斯浓度超限了，系统可以分析出周围有哪些人员在此区域内，同时根据巷道中风流方向判断瓦斯的扩散方向，为地面调度人员判断哪些人员需要通知，哪些地点需要报警以及报警地点周围有哪些广播终端、程控电话、视频监控设备可供辅助分析，为井下人员快速撤离危险区域提供有效帮助。

8、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。

9、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：

⑴传感器、控制器的设置及定义；

①传感器支持类型识别，当出现中心站软件定义的传感器类型与实际挂接的传感器类型不一致时，软件能进行类型错误提示，同时不保存采集的异常数据；

②传感器故障识别，模拟量传感器可识别元件异常，电路异常等典型故障并提示。

⑵模拟量传感器维护、定期未标校提醒；

传感器调校提醒，按照《煤矿安全规程》要求，甲烷传感器应在15天进行一次调校，如果未按规定时间调校，软件可进行提醒，并对传感器调校过程中数据进行识别。

⑶控制器、电源箱等设备及通信网络的工作状态；

系统可实现防爆电源远程监控。

可实时、远程了解电源箱运行状况，显示电源实时电压、电流等工作状态同时具有断馈电功能。

⑷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。

监控系统提供自诊断管理软件，可以对系统软件的运行环境，包括操作系统、双机热备、数据库及必要组件等软件环境的诊断，CPU内存硬盘等硬件指标是否达到要求进行诊断。

同时系统可以通过软件对传感器与分站的通信质量进行监测，可以分析出传感器传输是否受到干扰等。

10、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：

⑴伪数据标注及异常数据分析；

KJ825X安全监控系统软件，内置了很多通讯异常识别代码，分别代表不同类型的异常情况，可以帮助快速查找，及解决问题。

亦可根据传感器参数的上升速率等指标，来判断是否存在伪数据。

当突然传来高数值的时候，可以在短时间内再次巡检该分站，确认数据的真实性等。

⑵瓦斯涌出、火灾等的预测预警；

瓦斯涌出与火灾等预测预警功能。

⑶大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；

根据融合的系统不同，可以分析出不同的信息，通过对比井下各处的风速，参数，结合风系监测系统的数据，可以对井下通风情况进行评估。

系统利用各项参数的历史数据，进行系统的大数据分析。

⑷可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。

具备数据对接接口。

11、提升系统性能指标

⑴系统巡检周期不超过20s；

KJ825X系统巡检时间不大于10s。

⑵异地断电时间不超过40s；

系统可通过软件实现异地断电，最短可缩至5S。

⑶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；

系统供电电源可达4h，同时具有远程监测功能。

可实时、远程了解电源箱运行状况，显示电源实时电压、电流等工作状态同时具有断馈电功能；

大容量高密度电池组，提升续航力。

⑷具有双机热备自动切换功能；

系统双机热备具备手动和自动切换功能，切换时间不大于1min。

①模拟量传输处理误差不超过0.5%；

实施数字化传输后，不存在误差。

②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。

通过提高本安供电电压至24V，传感器支持DC24V工作，同时传感器采用低功耗MCU、传感元件模块化设计理念使得电源到传感器的距离可以高达6Km。

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MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。

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。

八、设备安装要求

1、新仪器投入使用前,要先进行检查、标定,确认符合要求以后,方可投入使用。

2、采煤工作面安设甲烷传感器,必须设置在采煤工作面、上隅角及其回风流；掘进工作面安设甲烷传感器，必须设置在掘进工作面及其回风流中。

3、采煤工作面采用串联通风时，被串工作面的进风巷必须设置甲烷传感器。

掘进工作面采用串联通风时，必须在被串掘进工作面的局部通风机前设置甲烷传感器。

4、在回风流中的机电设备硐室的进风侧必须设置甲烷传感器。

5、所有石门揭煤地点,在距揭煤地点2Om前,必须设置甲烷传感器。

6、所有设置甲烷传感器的地点,必须实现甲烷超限断电功能、其断电范围必须符合《煤矿安全规程》的有关规定。

7、井下所有使用局部通风机供风地点地点必须安装风电闭锁。

8、根据已批准的作业规程和安全技术措施,确定应安装设备的种类、数量和位置、动力开关和被控开关的安设地点、控制电缆和电源电缆的敷设、控制区域等,绘制布置图.在规定的正常运行日期之前完成安装、调试工作。

九、操作步骤

1、对照电路原理图按说明书连接好仪器的电源线、传感器和断电执行器线。

2、安装分站架，固定分站、接线盒。

3、按照《机电设备完好标准》对分站、断电器、各种传感器进行连接。

分站一次电源用U-1000-3*1.5+1*1电缆连接，其余连线用监控专用电缆PUYVP1*4*7/0.52连接。

电缆进线嘴连接要牢固、密封要良好,密封圈直径和厚度要合适,电缆与密封圈之间不得包扎其他物品电缆护套应伸入器壁内5～15毫米。

线嘴压线板对电缆的压缩量不超过电缆外径的10%。

接线应整齐、无毛刺,芯线裸露处距长爪或平垫圈不大手5毫米,腔内连线松紧适当,符合机电设备安装连线要求。

4、敷设电缆时，敷设人员要听从统一指挥,严禁各行其事,敷设电缆时要首先观察巷道顶板完好情况,确保顶板完好后方准操作。

敷设的电缆要与动力电缆保持0.3米以上的距离。

固定电缆用吊钩悬挂,非固定电缆用胶带或其他柔性材料悬挂,悬挂点的间距为3米。

5、敷设电缆时要有适当的张驰度，要求能在外力压挂时自由坠落。

电缆悬挂高度应大于矿车和运输机的高度,并位于人行道一侧。

6、安装传感器时,必须用梯子并扶牢后再上人安装。

具体安装位置：

距顶不大于300mm,距巷道侧壁不小于200mm。

7、若巷道中有带式输送机或刮板输送机时，安装时必须和带式输送机或刮板输送机司机联系好，停下运输机后再进行安装,不安装完毕不准开机。

严禁在输送机运转中安装传感器。

8、安装各种开停传感器。

9、根据断电范围要求安装断电器及被控开关。

10、安装完毕，在详细检查所用接线、确认合格无误后送电。

将分站预热15分钟后进行调整,检查传感器、断电器、显示是否正常,然后与井上联机并检验调整跟踪精度、定义控制通道。

接入报警和断电控制并检验其可靠性。

11、标校瓦斯传感器零点、校验灵敏度，设置报警点、断电点、复电点，甲烷传感器报警浓度、断电浓度、复电浓度和断电范围符合规程规定，同时试验瓦斯电闭锁和风电闭锁断电功能。

试验断电器是否断电，断电状态是否传输到地面中心站。

12、传感器标校时，先用空气气样对传感器校零，再通入校准气样校正精度,给传感器送气时,要用气体流量计控制气流速度,保证送气平稳。

13、一切安装试验完成后，填写安装记录，清理现场剩余物品，将剩余物品装车升井。

14、工作面回采完，进回风顺槽以密封完毕，报请主管部门批准后，删除该监控分站在中心站的测点、控制通道，方可拆除监控设备。

15、通知主管部门验收。

十、安全技术措施

1、施工人员必须经过专业培训，经考核合格领取合格证并持证上岗。

认真学习本措施，签字后方可参加施工。

2、安全监控设备投入使用前要在地面经48小时的通电运行，调试合格方可安装。

安装后要进行运行前的调试，各项指标合格后方可使用。

3、安全监控设备投入运行的最初2日内,要进行第一次调试校正。

以后安全监控设备必须定期进行调试、校正,每月至少1次。

甲烷传感器至少每15天使用校准气样和空气样调校1次,并对甲烷超限断电功能进行测试。

4、电网电压必须与甲烷断电仪电源电压相同，电网电压波动不超过±15%。

5、安全监控设备的供电源必须取自被控开关的电源侧,严禁接在被控开关的负荷侧。

6、监控分站应安设在便于人员观察、调试、检验及支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或硐室中,安设时应加垫支架,使其距巷道底板不小于300mm或吊挂在巷道中。

7、安全监控设备之间必须使用专用阻燃电缆或光缆连接,严禁与调度电缆或动力电缆等共用一条线路;防爆型煤矿安全监控设备之间的输入、输出信号必须为本质安全型信号。

8、安全监控设备必须具有故障闭锁功能：

当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时,必须切断该监控设备所监控区域的全部非本安型电气设备的电源并闭锁;当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后,能够自动解锁。

9、安装分站时,严禁带电作业,严禁带电搬迁或移动电器设备及电缆,并严格执行谁停电谁送电制度。

10、使用梯子时,梯子与地面之间角度以60°为宜,梯子要有防滑措施,梯脚挖坑或拴牢,并设专人扶梯子,人字梯挂钩必须挂牢。

11、登高2米以上要扎好安全带,并有专人监护,安全带采用高挂低用，必须拴在确保人身安全的地方。

12、井下传输电缆在大巷敷设或检查时,如果有车辆行驶,敷设或检查人员要选择安全地点躲避,严禁行车时敷设或检查传输电缆。

13、在轨道下山巷道敷设或检查传输电缆时，首先要和下车场把钩工、上车场司机联系好，明确不准提升后，方准进入巷道内敷设或检查传输电缆,严禁行车时工作。

14、掘进工作面的甲烷传感器,不得悬挂在风筒的同一侧,禁止用新鲜风流直接吹甲烷传感器。

15、安全监测监控升级改造期间，现场工作人员注意事项：

①安全监控系统中心站值班员应认真监视系统所显示的各种信息，缩短巡查时间，详细记录系统各部分的运行状态,如实填写《中心站运行日志》；

②束管检测人员要对检测数据、化验结果进行检测分析，当发现井下某一地点的气体浓度及温度异常时，工作人员应密切注意观察气体及温度的变化情况，并进行核实。

当甲烷浓度超过1.0％，一氧化碳浓度超过0.0024%时，应立即汇报调度室、通风副矿长、矿值班领导，并做好详细记录（包括时间、地点、显示值、变化情况等）。

上述人员接到通知后应立即根据中心站曲线图和实际情况进行认真分析，制订方案，采取措施。

当甲烷浓度超过1.5％时，要观测断电设备是否动作，并立即与现场联系核实被控设备的通断电状态，并做好记录，值班人员应按矿统一要求和应急预案行动。

③井下现场工作人员加强对局部扇风机的管理，维护好风筒，确保迎头风量符合要求。

严禁随意停开局部通风机，否则，必须撤出人员，设置栅栏，揭示警标，禁止人员进入，并向矿调度室报告。

④瓦斯检查员在完成正常瓦斯检查工作的同时,加大巡检次数，使用光学甲烷检测仪与迎头悬挂甲烷便携仪进行对照,当两者读数误差大于允许误差时,要以读数较大者为依据。

甲烷浓度超过1.0%时，停止使用电钻打眼，风流中甲烷浓度达到1.5%时必须停止工作，及时采取安全措施将人员撤至安全地点，并将现场情况汇报通风调度和生产调度。

⑤回采面的瓦检员要经常检查上隅角的甲烷浓度，当甲烷浓度超过1%时，不得进行移架、回柱、放炮等工作，只有上隅角瓦斯浓度被冲淡到1%以下时方可进行上述工作。

⑥瓦检员还要检查好采掘工作面风流中的二氧化碳浓度，达到1.5%时，必须停止工作，撤出人员。

⑦掘进工作面遇到煤线或接近地质破坏带时，必须经瓦斯检查工经常检查瓦斯，发现大量瓦斯增加或其他异状时，必须停止掘进，撤出人员，进行处理。

⑧如果安全监控设备升级改造期间甲烷或者二氧化碳超限，必须及时撤出人员，在巷道入口设置栅栏，揭示警标，挂禁止入内牌。

制定瓦斯排放措施，排放瓦斯。

⑨