摘要：随着煤矿安全生产工作的不断深入，对安全监控系统的安全技术要求越来越高，促进安全监控系统向功能多样化、集成化、智能化，多参数监测发展。本文对煤矿安全监控系统升级改造技术进行研究。
关键词：煤矿安全；监控；升级改造
一、目的及意义
2016年12月29日国家煤矿安监局印发了《<煤矿安全监控系统升级改造技术方案>的通知》(煤安监函〔2016〕5号)，要求：“大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统升级改造工作应在2018年底前完成；其他矿井应在“十三五”末完成。KJ95N煤矿安全监控系统尚存在如下不足：
（1）传感器能够适用于采掘工作面应用场所，防护等级达不到IP65要求；
（2）系统具有预警、报警功能，但未达到升级改造方案所要求的分级报警要求；
（3）系统可接入瓦斯抽放、矿井压力监测、采空区监测等系统，但多网、多系统融合程度低，未实现井下多系统设备共缆通信，即井下设备级数据融合；
（4）部分性能指标不满足要求：
① 异地断电时间为2倍巡检周期，在煤与瓦斯突出等极端情况下不能快速断电，无法满足煤矿安全生产要求；
② 备用电源能维持断电后正常供电时间2h，不满足4h的指标要求；
③ 模拟量传输处理误差不超过1%，不满足不超过0.5%的指标要求。
（5）无存储加密功能。
因此，在用KJ95N安全监控系统需要进行升级改造。通过新技术、新装备的应用，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,满足《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的通知（煤安监函〔2016〕5号）的要求。促进安全监测监控多元融合和信息共享，提高矿井安全预测预警水平，实现安全监测监控信息的深度分析和综合利用。新系统同时支持安全监管监察，促进矿井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，提高安全监控系统的应用水平。
二、发展趋势
（1）功能多样化，由单一的安全监测监控功能向综合智能监控发展
系统功能倾向多样化，由监测环境安全参数（气体浓度、温度、风速等）和设备的开/停状态，向火灾监测与预报、煤与瓦斯突出预报警等综合监测上发展，为了减少瓦斯与煤尘爆炸、火灾、水灾、顶板等灾害与事故的发生，由报警或断电简单控制功能向各监控子系统数据融合、联动控制等智能化方向发展。
（2）多参数监测
根据AQ1029《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》，煤矿井下采煤工作面回风巷应设置甲烷、一氧化碳、温度传感器，带式输送机滚筒下风侧10-15m处应设置一氧化碳、烟雾传感器等要求，即在煤矿井下特定位置会安置多个传感器，设备单独通信或采用总线共缆通信，建设成本高、维护复杂，无法满足现场建设要求。未来会出现同时监测温度、湿度，甲烷、一氧化碳等多参数传感器，以满足煤矿使用需求。
（3）智能故障诊断
监控系统单机传感器、分站、电源等设备实现故障检测，如传感器实现欠压报警、检测元件故障、零点线性漂移。在此基础上，厂家提供更高层次的远程故障诊断与专家系统支持，即远程、智能诊断系统中出现的问题并提供问题解决方案，以进一步提高系统可靠性，保证煤矿安全。
三、实现目标
KJ95X煤矿安全监控系统满足《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》、新版AQ6201《煤矿安全监控系统通用技术要求》及相关行业标准。系统基于工业以太环网+现场总线通信架构，采用分布式控制、多系统数据融合、即插即用、断线续传、电磁兼容、设备故障诊断等技术，对原有系统进行性能及功能大幅提升。为提高系统数据完整性，监控分站具有断线续传功能，当监测到系统主备机通信中断时对所监测数据进行存储，待主备机通信恢复后将数据上传至地面主机。系统容量大、速度快、更稳定、更可靠、融合深、成本低，安装、维护、使用方便，适应于煤矿安装使用。
与人员定位系统的联动：当监测到基层矿井某区域有重大隐患或有灾情时，能够在大屏幕画面上提示该区域有哪些人员，并显示人员撤离路线，以便调度人员能够进行正确指导。
与工业电视系统的联动：当作业现场设备运行故障时，能够和工业电视系统发生联动，自动将对应工业电视画面弹出显示，以便直观监视现场故障状况。
与广播系统的联动：当监测到基层矿井某区域出现报警时，能够在相应的广播终端，发出报警声音。
四、关键技术
（1）分布式控制：系统采用分布式智能控制策略，实现主机故障情况下的本地、异地断电，保证井下安全；
（2）更快的响应速度：系统采用基于事件主动上传的通信机制，同时将事件进行分级、分类，优先上传断电、报警等事件，提高传输效率和系统响应速度，减少异地断电和手动控制时间；
（3）设备智能识别：系统可对传感器、电源、执行器等设备进行智能识别，即实现设备的即插即用，可智能识别设备型号、类型、量程等信息，通过简单配置即可实现设备的快速安装及正常工作；
（4）设备级数据融合：采用综合分站，可实现IP矿播、人员定位、视频监控、瓦斯抽放等系统传感器、执行器、接收器设备的共缆通信，实现井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护；
（5）地面信息融合：实现视频监控、应急广播、人员定位等系统的地面信息融合，并将各业务系统数据通过图形显示系统实现“一矿一图”信息显示，即在一张图上实现不同业务系统的综合显示，从而方便煤矿用户更直观、便捷的了解井下情况，并实现井下联动报警、应急救援与指挥等；
（6）分体式传感器设计：传感器采用二次仪表+变送器组成，二次仪表可接入并自动识别不同气体传感变送器
（7）分级报警：实现系统软件和传感器四级分级报警，报警门限可设置；
（8）数字化传输：系统模拟量传感器、断电器及开关量传感器（除风门）的数字化传输，提高系统抗干扰能力；
（9）更高的抗电磁干扰能力
（10）自诊断、自评估：系统具有自诊断、自评估功能，自动检测并提示系统运行中出现的分站、电源、传感器、系统软件等异常信息及处理方法，通知系统维护人员及时处理，保证系统正常运行；
（11）更高的防护及安全等级：传感器防护等级提高到IP65，设备防爆形式提高到IA；
（12）传感器在线标校：系统可实现井下现场在线标校，就地设置、取消传感器标校状态，提高标校效率，缩短监控时段盲区，提高井下标校作业安全性，减少误报警；
（13）智能电源在线管理：实现电源工作状态、工作参数的远程智能检测，可远程、定期维护放电，提高电池使用寿命；
（14）更高的数据安全性：为提高监控系统数据安全，系统对历史数据进行高效、可靠的加密存储，以防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据；
五、社会效益分析
（1）新技术和新装备的使用，使安全监测系统数据更加真实可靠，为矿井安全生产提供了可靠的数据支持。
（2）新技术和新装备的使用，促进了矿井安全技术装备水平的提升，使矿井淘汰模拟信号实现数字化矿山目标，为矿山互联网的发展打下了坚实基础。
（3）多系统融合、报警联动功能，实现了数据的综合分析和利用，为应急救援提高了参考依据，进一步提高了矿井的灾害预防能力及应急救援水平。
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作者简介：姓名：（1989.08.14）；性别：男，籍贯：山西省临汾市，学历：本科，毕业于山西大学商务学院；现有职称：助理工程师；研究方向：矿井通风与安全。