煤矿安全监控系统升级改造方案
X X X煤矿安全监控系统
升级改造技术方案
2017年3月
目录
一概述................................................................................
1.1前言............................................................................
1.2设计目标........................................................................
1.3设计规范........................................................................
1.4设计环境条件.................................................................... 二升级改造技术方案....................................................................
2.1对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的响应....................................
2.2XXX公司下属XXX安全监控系统升级要点 ............................................
2.2.1系统组网方式升级.......................................................................
2.2.2监控分站通讯制式升级...................................................................
2.2.3电源箱升级.............................................................................
2.2.4井下各类传感器升级.....................................................................
2.2.5传感器技术提升.........................................................................
2.2.6抗干扰新能提升.........................................................................
2.2.7中心站软件功能提升.....................................................................
2.2.8可扩展性强，能够接入其它系统数据.......................................................
2.2.9系统具备分级报警功能...................................................................
设备远程升级管理 ......................................................................
安全监控数据加密 ......................................................................
2.3安全监控系统升级前后功能对比.................................................... 三XXX分步升级施工方案 ................................................................ 四XXX升级清单及费用估算 ..............................................................
五主要产品技术参数....................................................................
5.1KJ306-F(16)H监控分站...........................................................
5.2KDW660/24B(B) 分站电源..........................................................
5.3KGJ28A甲烷传感器...............................................................
5.4GJ40A高低浓度甲烷传感器........................................................
5.5GTH1000一氧化碳传感器..........................................................
5.6KGT30开停传感器................................................................
5.7GWD100温度传感器...............................................................
5.8GW50型温度传感器...............................................................
5.9KGE42语音风门传感器............................................................
5.10GP5000负压传感器...............................................................
5.11GFY15风速传感器................................................................
5.12GQLQ5烟雾传感器................................................................
5.13GRG5型矿用二氧化碳传感器.......................................................
5.14KGU13型液位传感器..............................................................
5.15GFT6型风筒风量开关传感器.......................................................
5.16GYH25型矿用氧气传感器..........................................................
5.17KDG24(B)矿用断电器..............................................................
一概述
1.1前言
随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，为进一步加强安全生产监督管理，防止和减少安全生产事故，国家各级政府部门要求所有瓦斯矿井必须装备安全监控系统。在“以风定产，先抽后采，监测监控”十二字方针和煤矿安全规程有关条款指导下，大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，煤矿监测监控系统在瓦斯灾害的防治中也起到越来越重要的作用。
XXX公司自主研发生产的KJ73N煤矿安全监控系统，专门应用于煤矿井下环境参数、工况参数的监测与控制，目的是建立集中管理的安全生产实时信息平台，实现企业对井下监控设备实时数据采集和远程监控自动化管理。通过实时数据和管理数据的信息有效集成，提高安全生产监控力度，以信息化带动企业管理科学运作，从根本上杜绝恶性安全生产事故的发生，节约煤矿生产成本、强化安全生产管理及提高工作效率。
为符合煤矿行业的发展趋势，2016年底国家和行业均对煤矿安全监控系统提出了新的要求，特别是《煤矿安全生产在线监测联网备查系统通用技术要求和数据采集标准（试行）》、《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》等要求的出台，对原有煤矿安全监控系统的升级换代势在必行。XXX公司结合国家安监部门要求和自身多年来的技术积累，对现有的安全监控系统进行了全方位的优化设计，主要体现在如下几点：
1)矿用隔爆兼本安型24V直流稳压电源，提升传感器远程带载能力，使分站在额
定负载下最大远程本安供电距离不低于2KM要求，特殊使用场合供电距离不低于4KM，满足分级管理要求；
2)传感器与分站之间采用RS485数字传输方式，提升传感器的传输可靠性；
3)提升系统平台电磁兼容性：满足AQ6201的要求，通过第三方EMC认证；
4)传感器外壳防护由IP54升级到IP65，提升防护等级；
5)系统增加充放电管理、电量监测，延长后备电源供电时间至4H；
6)系统增加故障自诊断、传感器自识别功能，避免人为操作或探头原因带来误报
警；
7)研制开发了新型环境参数传感器：红外、激光甲烷传感器，差压系列风速传感
器等；
8)系统软件升级改造：报表全动态可编辑性、双机热备可靠性、图形导入和展示
兼容性、系统故障自检，数据加密功能；
9)中心站具备webGIS功能，支持在CAD图纸上描绘设备布置情况，并可动态实
时展示井下环境，参数、设备运行情况等信息。
1.2设计目标
本着“实用、可靠、先进、经济”的指导思想，根据煤矿安全监控及瓦斯抽放监测监控相关标准规范的技术要求，通过建立煤矿安全监控系统，完成对煤矿矿井的环境监控和数据采集等功能，实现煤矿企业监测管理的一体化，完善煤矿企业监测监控系统，提高煤矿企业的安全生产管理水平，整体提升煤矿企业的自动化水平；为建设现代化的高新煤矿企业，安全监控中心站软件要求具有综合性强、功能先进、富有人性化、易操作等特点，可对监测信息进行快速分析处理并自动执行监控操作。系统软件设计先进、模块化程度高、集成方式灵活，可根据不同用户对功能的不同需求，对系统进行嵌入式的模块设计，保障系统的扩展性。同时，通过监控系统的联网功能，可方便的实现向集团公司的数据上传，实现公司对各矿的集中监管功能。
1.3设计规范
国际标准：
1)《国际标准化组织标准(ISO)》
2)《国际电气电子工程师协会标准(IEEE)》
3)《国际电工委员会标准(IEC)》
4)《以太网通讯标准》(IEEE802.3)
国家标准：
1)《矿井安全规程》现行2016版
2)国家煤矿安监局关于印发《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
3)国家安全监管总局办公厅关于印发《煤矿安全生产在线监测联网备查系统通用
技术要求和数据采集标准（试行）》的通知安监总厅规划（2016）138号
4)《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005
5)《煤炭工业矿井监测监控系统装备配置标准》GB50581-2010
6)《矿井安全监控系统及检测仪器使用管理规范》AQ1029－2007
7)《矿井建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》AQ1055－2008
8)《矿井安全监控系统通用技术要求》AQ6201－2006
9)《矿井用低浓度载体催化式甲烷传感器》AQ6203-2006
10)《瓦斯抽放用热导式高浓度甲烷传感器》AQ6204-2006
11)《矿井用电化学式一氧化碳传感器》AQ6205-2006
12)《矿井用高低浓度甲烷传感器》AQ6206-2006
13)《矿井安全生产监控系统通用技术条件》MT/T1004-2006
14)《矿井安全生产监控系统软件通用技术要求》MT/T1008-2006
15)《矿井用信息传输装置》MT/T899-2000
16)《矿用分站》MT/T1005-2006
17)《矿用信号转换器》MT/T1006-2006
18)《矿用信息传输接口》MT/T1007-2006
19)《矿井监控系统线路避雷器》MT/T1032-2007
20)《矿用光纤接、分线盒》MT/T1033-2007
21)《矿用网络交换机》MT/T1081-2008
22)《建筑物防雷设计规范》GB50057
23)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343
24)《电子计算机机房设计规范》GB50174-93
25)《电子计算机场地通用规范》GB/T2887-2000
26)《计算机软件开发规范》GB8566
27)《综合布线系统工程设计规范》GB50311-2007
28)《综合布线系统工程验收规范》GB50312-2007
29)《城市地下通信塑料管道工程设计规范》CECS165:2004
30)《爆炸性气体环境用电气设备》GB3836
31)《矿井通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件》MT209
32)《矿井安全装备基本要求》
33)《煤炭工业调度信息化建设总体规划纲要》（试行）
34)《煤炭调度信息化装备技术规范》（试行）
35)《煤炭工业信息化“十一五”发展规划》
36)《光纤总规范》GB-T15972.1～5-1998
37)《国家安全监管总局国家矿井安监局关于建设完善矿井井下安全避险“六大系
统”的通知》（安监总煤装〔2010〕146号文件）
38)《矿井井下紧急避险系统建设管理暂行规定》
39)爆炸性环境电气设备通用要求（GB3836.1-2010）
40)供配电系统设计规范（GB50052-2009）
41)电力工程电缆设计规范（GB50217-2007）
企业质量体系认证：
1)《国际标准认证证书》ISO9001:2008
2)《中国国家强制性产品认证》CCC
3)《国家火炬计划重点高新技术企业》[2010]287
4)《重庆市企业技术中心》
5)《全国工业产品生产许可》防爆电气
6)《计算机信息系统集成企业资质认证》
7)《重庆市安防工程从业资质证书》一级
8)《中华人民共和国制造计量器具许可》
1.4设计环境条件
1）地面中心站设备：
a)环境温度：15-30℃；
b)相对湿度：40%-70%；
c)温度变化率：小于10℃/h,且不得结露；
d)大气压力：80-106kpa；
e)GB/T2887规定的尘埃、照明、噪声、电磁场干扰和接地条件。
2）井下的设备：
a)耐震能力：设防烈度为8度
b)环境温度：0-40℃；
c)平均相对湿度：不大于95%（+25℃）；
d)大气压力：80-106kpa；
e)安装环境：潮湿多尘，空气中含爆炸性气体（甲烷）和煤尘。
二升级改造技术方案
2.1对《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的响应
新版KJ73N煤矿安全监控系统完全符合国家煤矿安全监察局印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》通知的各项技术要求，现将技术响应情况汇总如下：
2.2XXX煤矿安全监控系统升级要点
为了顺应国家安监局对下一代安全监控系统的要求，以及KJ73N安全监控系统自身技术升级需要，我司原KJF86N(08/16)型监控分站及各类传感器于2015年9月份进行规划布局性的统一升级，并对原使用长达8年之久的系统设备进行了停产处理，在保证新设备与老设备完全兼容的前提下，通过分步实施的方式将客户在用的监控系统升级为下一代产品，节省用户投资。
XXX公司下属XXX煤矿安全监控系统的升级改造技术方案根据各矿井的实际情况，按照“不重复投资、最大限度节省成本”的原则，在满足升级改造的前提下，尽可能的采用原系统中相关可以复用的如线缆、工控机、服务器、各类传感器等设备，在2018年底前完成有针对性的全系统升级改造工作。
2.2.1系统组网方式升级
《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》（简称“升级改造技术方案”）要求：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。系统巡检周期不超过20s。
XXX公司下属XXX煤矿，目前主干网采用工业以太网组网方式传输，环网交换机至井下分站采用RS485总线型组网方式传输，已经满足升级改造技术方案要求。其架构如图所示：
主传输平台采用井下交换机组成的冗余环网传输，传感器的数据信息通过矿用四
芯电缆传给监控分站，分站通过RS485接口接入井下环网交换机，经过高速的光纤环网，信息被地面交换机接收，再通过矿端局域网与中心站之间实现信息传递。
巡检周期：通过工业环网采集每台分站数据约0.45秒，每个IP挂接8台，巡检完成需要3.6秒，以太网具有快速的并发速度，总的巡检周期约为4秒，异地断电时间不超过10S，满足“升级改造技术方案”提升系统性能指标的要求内容：（1）系统巡检周期不超过20s，在瓦斯超限时瓦斯超限区域监控设备的巡检时间不超过10s；（2）异地断电时间不超过40s。
因此，XXX组网方式无需进行升级改造，系统沿用原有网络结构和网络设备。2.2.2监控分站通讯制式升级
XXX现使用的分站为KJF86N(08/16)型分站，分站与传感器通信采用频率/电流模式。为满足RS485智能传感器的接入，提高设备抗干扰能力、信号传输可靠性及稳定性，并增加传感器自识别功能，需要将KJF86N(08/16)型分站将升级为KJ306-F（16）H矿用智能型本安型分站。
分站升级后，与传感器信之间全部采用数字信号进行数据通讯。可实现对传感器远程参数设置、远程查看设备状态信息等功能，有效提升传感器、断电器等设备数据传输的抗干扰能力，解决了安全监控系统的“误报、误控”现象。
KJ306-F(16)H监控分站在运用新工艺、新技术提升其性能的同时，也兼容原有的频率量传感器接入，可在本次升级改造过程中更加灵活的解决现场新、旧设备兼容问题，从而确保不影响矿方正常生产工作。满足升级改造技术方案中相关技术要求，主要优势体现在以下几点：
（1）外壳采用不锈钢内部注塑工艺，防护等级提升至IP65，满足“升级改造技术方案”三、4提升传感器的防护等级要求；
（2）采用全智能型传感器接口，抗干扰能力强，满足“升级改造技术方案”三、
1全数字化要求；
（3）分站与智能设备通信采用多路独立总线，互不干扰，降低设备故障风险；
（4）分站通信采用标准的通信协议，满足“升级改造技术方案”三、7格式规范化的要求；
（5）具备设备类型校验，杜绝误报误断情况发生，支持远程在线升级，方便设备维护，满足增加自诊断、自评估功能中关于传感器、控制器的设置及定义、工作状态、传感器维护提醒等要求；
（6）采用240*160液晶中文汉显，就地直观读取功能；
（7）系统通过EMC检测认证，符合GB/T17626对电磁干扰的要求，满足“升级改造技术方案”三、2增强抗电磁干扰能力的要求；
（8）采用模块化技术设计，维护简单、使用方便；
2.2.3电源箱升级
国家煤矿安监局关于印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的通知要求：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，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。电源箱具备通信网络的工作状态显示。
我司对监控系统关键设备KDW660/24B(B)电源箱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，突破了该项技术难题，通过在同煤集团多个矿井的现场使用和验证，用3平方线缆带载2个KGJ28A传感器至4.5公里仍正常工作，大大超出标准中规定中的要求，可解决井下由于远距离带载而引起的传感器运行不稳定的问题。
升级后的电源箱具备以下功能：
1、采用铁锂电池作为备用电源，配合新型智能充放电管理系统，单独电池组所有外露端子均不带电，比传统铅晶、镍氢电池使用上更安全、更可靠。
2、8路24V和1路12V本安电源均采用最新隔离开关电源技术稳压，本安电源转换效率高、输出稳定、纹波小、带载能力强。当电网停电后，保证对甲烷、风速、风压、系统具有备用电源。当电网停电后，可保证系统持续供电时间不少于4小时。
3、具备数字通讯功能，可远程监测电池电量，并远程控制设备自带的两路近程断电和电池维护性放电。
4、电源箱外部配置手动开关，便于现场使用与维护。
5、分站的最大远程本安供电距离实行分级管理，分别为2km、3km、6km。
在XXX公司下属XXX煤矿升级过程中，对2016年以前采购的KDW0.3/660型电源箱全部升级为新式KDW660/24B(B)电源箱，2016年生产的KDW660/24B(B)对负载能力为3H，前期升级暂缓升级电源箱，暂时采用3H的KDW660/24B(B)电源箱和老电源箱，2017年6月新电源箱安标下达后再对电源箱升级。
2.2.4井下各类传感器升级
国家煤矿安监局关于印发《煤矿安全监控系统升级改造技术方案》的通知要求：三、1传输数字化、三、2增强抗电磁干扰能力、三、3推广应用先进传感技术及装备、三、4提升传感器的防护等级，等条款的要求。
XXX公司为了顺应国家安监局对下一代安全监控系统的要求，以及KJ73N安全监控系统自身技术升级需要，原有各类传感器于2014年进行规划布局性的统一升级，2015年以后出厂的传感器仅需通过增加RS485通信模块即可实现数字信号传输。根据贵源煤矿二号
台帐登记的传感器出厂时间，2015年以前的传感器需要升级至我司2017年以后出厂的新型传感器，2015年以后的传感器增加RS485通讯模块。升级后传感器仍旧采用4芯电缆供电和通讯，在升级时无需重新敷设电缆，只需要修改前端传感器接线盒内的接线方式即。瓦斯抽采系统采用GD5型多参数传感器已具备RS485智能数字传输功能，满足“升级改造技术方案”要求，本次无需升级改造。
传感器及智能通信模块：
根据“采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65”的要求，通过数字模块升级后的传感器不能用于采掘面，采掘面传感器必须使用2017年以后出厂的新传感器，通过灵活调配传感器使用，逐步淘汰早期产品，使安全监控系统平滑切换至全新的产品，节约了升级成本。
升级后传感器具备以下功能：
1、具备传感器数据状态自诊断，设备标校自提示；
2、支持设备类型自校验功能，避免了误断情况的发生；
3、支持数据校验，智能防误报警处理，数据更真实可靠；
4、符合GB/T17626对电磁干扰的要求；
5、采用模块化技术设计，维护简单、使用方便；
6、防护等级IP65。
7、推出环境型的激光和红外甲烷传感器，延长标校周期。
2.2.5传感器技术提升
激光传感器：
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。可免去大量的传感器维护人力、物力成本，并减少误报警给您带来的困扰。
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:
同时我司还研发了一批新型传感器，如煤矿用红外甲烷传感器GJG100H、GJG10H；矿用粉尘浓度传感器GCG1000(A)；多参数传感器GD5、GD3（A）、GD3（B）等多种类型的光学类传感器和无线传感器，具有标校周期长稳定性高的优点，满足“推广应用先进传感技术及装备”的要求。