煤矿安全生产监控系统联网.pdf

第 1 O期 2 0 0 9 年 l O月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a n d M i ne Au t omat i o n NO ． 1 0 oc t ．2 0 0 9 ’。 ’“ 。 科研成果 专 ． ． ． ． ◆ ．◆ I_◆ ◆ 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 9 1 0 --0 0 0 1 0 4 煤矿安全生产监控系统联网 孙 继 平 中国矿业 大学 北京 ， 北 京1 O 0 0 8 3 * 摘要 分析 了我国乡镇煤矿安全生产状况 乡镇煤矿煤炭产量约 占全 国煤炭产量的 3 7 ． 8 ， 发生死亡事 故起数和死亡人数却 占全国煤矿事故总起数的 7 3 ． 5 和 7 4 ． 1 ， 百万吨死亡率是 国有重点煤矿的 7倍。乡 镇煤矿事故频发的原因包括技术装备 落后 、 矿井系统不完善 、 专业技术人才 匮乏、 安全教育培训滞后、 安全责 任 不落 实、 现 场 管理松 弛 、 隐患排 查治理 不到位 等 ， 而技 术 装备 落后 和 机械 化 、 自动化 、 信 息化 程 度低 是 最 主 要 的原 因。煤矿安 全 生产监控 系统联 网是 加 强煤矿安 全 生产监 管的 重要 措施 之一 。提 出了煤矿 安全 生产监 控系统联 网方法 中心站 或主机 应及 时向监控 中心上传有关监控信息； 中心站 或主站 和监控 中心应具有 符合 I E E E 8 0 2 ． 3协议 的 以太 网接 口等 。 关 键词 煤矿 ；安 全生产 ； 监控 系统 ； 联 网 中图分类 号 T D 7 6 文献 标识 码 A Ne t wo r ki n g o f M o n i t o r i ng a nd Co nt r o l Sy s t e m f o r Sa f e t y Pr o du c t i o n o f Co a l M i n e S UN J i p i n g Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y B e i j i n g ，Be i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t The p a p e r a na l y z e d e x s i s t i ng s i t u a t i o n of s a f e t y pr od uc t i on o f t owns hi p c oa l m i ne i n Chi n a i t s c o a l p r o d u c t i o n i s 3 7 ． 8 ％ o f t h e t o t a l ，wh i l e t h e n u mb e r o f d e a t h a c c i d e n t s a n d p e r s o n s i s 7 3 ． 5 a n d 7 4． 1 s e p a r a t e l y，a n d t he d e a t h r a t e pe r mi l l i on t on s i s s e v e n t i me s o f t h e o ne o f na t i o na l ke y c o a l mi n e． Th e c a us e s l e a di n g t o f r e q ue nt a c c i d e nt s o f t o wns h i p c o a l mi n e i nc l u d e s l a gg a r d e q u i pme n t s ， i mpe r f e c t mi ne s ys t e m ， s c a r c i t y o f p r o f e s s i o na l t e c hn i c a l p e r s on ne l ， l a g of s a f e e du c a t i on a nd t r a i ni n g， n on i mp l e me n t a t i on o f s a f e t y r e s p on s i bi l i t y， s l a c k f i e l d ma na ge m e nt a n d i m p e r f e c t t r ou b1 e s h oo t i n g， a n d l a g g a r d e q u i p m e nt s a nd l o w de gr e e o f m e c ha ni z a t i o n，a u t o ma t i o n a n d i nf or ma t i on i z a t i on a r e ma i n c a u s e s ． Ne t wo r ki ng o f m o ni t o r i ng a n d c on t r o l s y s t e m f or s a f e t y pr o du c t i o n o f c o a l mi ne i s a n i m p o r t a nt m e a s ur e t o e nha nc e s u pe r v i s i on f o r s a f e t y p r o du c t i o n o f c o a l m i ne． The pa pe r pu t f or wa r d ne t wo r ki ng me t ho ds o f mo ni t o r i ng a nd c o nt r o l s y s t e m f or s a f e t y p r o d uc t i o n o f c o a l m i nec e nt r a l s t a t i on or ho s t c ompu t e r s h ou l d t r a ns f e r r e l a t e d mon i t o r i n g a nd c o nt r o l i nf o r ma t i on t o mon i t o r i n g a nd c o nt r ol c e nt e r i n t i m e ， c e nt r a l s t a t i on o r h os t c o m p ut e r a nd m o ni t o r i ng a nd c o nt r o l c e nt e r s ho ul d ha v e Et h e r n e t i n t e r f a c e s a c c or d i ng wi t h I EEE80 2． 3 p r ot oc o l a n d S O o n． Ke y wo r d s c o a l m i ne ，s a f e t y p r o d uc t i o n，mon i t o r i ng a nd c o nt r o l s y s t e m ，ne t wo r k i ng 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 2 7 *基金项 目 国家 自然科 学基金 5 0 6 7 4 0 9 3 ， 教育部博 士点基金 2 0 0 8 02 9 0 0 0 0 8 作者简介 孙继平 1 9 5 8 一 ， 博 士， 教授 ， 博士研究 生导师 ， 中国 矿业大学 北京 副校长 ， 主要从事煤矿安全生产监控 与通信 、 安全生 产信息 化及 煤矿 电气 安全方 面 的研究 和实 践工作 。E ma i l s j p c u mt b ． e d u ． c n 0 引言 煤炭是 我 国 的 主 要 能 源 ， 约 占一 次 能 源 的 7 0 。煤炭行业是 高危行业 ， 瓦斯、 煤尘 、 水灾 、 火 灾、 冲击地压 、 地热等 困扰着煤炭工业 的健康发展 。 乡镇煤 矿事故 频发 ， 百 万 吨 死亡 率 是 国 有重 点 煤 矿 2 工矿 自动 化 2 0 0 9年 1 0月 的 7 倍 ， 这就充分证明， 先进的技术 、 可靠的装备、 合 格 的人 才 和 到 位 的管 理 ， 是 煤 矿 安 全 生 产 的 重 要 保 障。 2 0 0 6年全国煤矿产煤约 2 3 ． 2 5 亿 t ， 其中， 国有 重点煤矿产煤约 1 1 ． 2 5 亿 t ， 占 4 8 ． 4 ； 国有地方煤 矿产煤约 3 ． 0 9亿 t ， 占 1 3 ． 3 ； 乡镇煤矿 产煤约 8 ． 9 2 亿 t ， 占 3 8 ． 3 。 2 0 0 6年全 国煤 矿共 发生 死 亡事 故 2 9 4 5起 ， 死 亡 4 7 4 6人。其 中， 国有重 点煤矿 发生 死亡 事故 4 1 5 起 ， 死亡 7 0 4人， 分别 占事故总量的 1 4 ． 1 和 1 4 ． 8 ； 国有地 方 煤 矿 发 生 死 亡 事 故 3 8 1起 ， 死 亡 6 1 1 人 ， 均 占事故 总量 的 1 2 ． 9 ； 乡镇 煤矿发 生死亡 事故 2 1 4 9起 ， 死 亡 3 4 3 1人 ， 分 别 占事 故 总 量 的 7 3 ． 0 和 7 2 ． 3 。 2 0 0 6年全 国煤矿百 万 吨死 亡率为 2 ． 0 4 1 ， 其 中 ， 国有重点煤矿百万吨死亡率为 0 ． 6 2 6 ， 国有地方煤 矿百万吨死亡率为 1 ． 9 7 7 ， 乡镇煤矿百万 吨死亡率 为 3 ． 8 4 6 ； 乡镇煤矿百万吨死亡率是国有重点煤矿 的 6 ． 1 4 倍 。 2 0 0 7 年全 国煤矿产煤约 2 5 ． 5亿 t ， 其 中， 国有 重点煤矿产煤约 1 2 ． 5亿 t ， 占 4 9 ． 2 ； 国有地方煤 矿 产煤 约 3 ． 2 6亿 t ， 占 1 2 ． 8 ； 乡 镇 煤 矿 产 煤 约 9 ． 6 9 亿 t ， 占 3 8 ． 0 。 2 0 0 7年全国煤矿共发生死亡事故 2 4 2 1 起 ， 死 亡 3 7 8 6人 。其 中， 国 有 重 点 煤 矿 发 生 死 亡 事 故 3 1 5起 ， 死 亡 4 7 5人 ， 分 别 占事 故 总 量 的 1 3 ． 0 和 1 2 ． 5 ； 国有 地 方 煤 矿 发 生 死 亡 事 故 3 4 6起 ， 死 亡 4 1 1人 ， 分 别 占事 故 总 量 的 1 4 ． 3 和 1 0 ． 9 ； 乡镇 煤矿发生死亡事故 1 7 6 0起 ， 死亡 2 9 0 0人， 分别 占 事故 总量 的 7 2 ． 7 和 7 6 ． 6 。 2 0 0 7年全 国煤矿 百万 吨死亡率 为 1 ． 4 8 5 ， 其 中 ， 国有 重点煤 矿 百 万 吨死 亡 率 为 0 ． 3 8 0 ， 国有 地 方 煤 矿百万吨死亡率为 1 ． 2 6 1 ， 乡镇煤矿百万吨死亡率 为 2 ． 9 9 3 ； 乡镇煤矿百万吨死 亡率是国有重点煤矿 的 7 ． 8 7倍 。 2 0 0 8年全国煤矿产煤约 2 7 ． 2亿 t ， 其中， 国有 重点煤矿产煤约 1 3 ． 6亿 t ， 占 5 0 ； 国有地方煤矿 产 煤 约 3 ． 5亿 t ，占 1 2 ． 9 ； 乡镇 煤 矿 产 煤 约 1 O ． 1 亿 t ， 占 3 7 ． 1 。 2 0 0 8年全国煤矿共发生死亡事故 1 9 5 4起 ， 死 亡 3 2 1 5人。其 中， 国有重 点煤矿 发 生死 亡事故 2 8 7起， 死亡 4 5 4人 ， 分别 占事故总量的 1 4 ． 7 和 1 4 ． 1 ； 国有地 方 煤 矿 发 生 死 亡 事 故 2 0 7起 ， 死 亡 4 0 1人 ， 分 别 占事 故 总 量 的 1 0 ． 6 和 1 2 ． 5 ； 乡镇 煤矿发生死亡事故 1 4 6 0起 ， 死亡 2 3 6 0人 ， 分别 占 事 故总量 的 7 4 ． 7 和 7 3 ． 4 。 2 0 0 8年全国煤矿百万吨死亡率为 1 ． 1 8 2 ， 其 中， 国有重点煤矿百万吨死亡率为 0 ． 3 3 4 ， 国有地方煤 矿 百万 吨死 亡率 为 1 ． 1 4 6 ， 乡镇 煤 矿 百万 吨死 亡 率 为 2 ． 3 3 7 ； 乡镇煤矿百万吨死亡率是国有 重点煤矿 的 7 ． O 0 倍 。 通过上述分析可看出_ 1 ] ， 乡镇煤矿煤炭产量约 占全 国煤炭 产量 的 3 7 ． 8 ， 发 生死 亡 事故 起数 和死 亡人数却 占全国煤矿事故总量的 7 3 ． 5 和7 4 ． 1 ， 百万吨死亡率是国有重点煤矿的 7 倍 。事故调查表 明， 乡镇煤矿事故频发的原因是多方面的， 这包括技 术装备落后 、 矿井系统不完善、 专业技术人才匮乏 、 安全教育培训滞后 、 安全责任不落实、 现场管理松 弛、 隐患排查治理不到位等； 但技术装备落后 ， 机械 化、 自动化、 信息化程度低是最主要原因之一。因 此， 建设安全高效、 环境友好 、 资源节约的煤矿， 离不 开先进的技术装备 ， 离不开 自动化与信息化。 煤矿安全 生产监 控 系统 联 网是 加强煤 矿安全生 产监 管的重要 措 施之 一 。然 而 ， 现有 煤 矿安 全 生产 监控系统通信协议 、 数据格式均 自定义， 给系统联网 带来了困难 ， 联网后的实时性和可靠性均难以保证 。 为解决煤矿安全生产监控系统联 网存在的问题， 本 文 提 出了煤矿安 全生产 监控 系统联 网方 法 。 1 一般 要求 1 煤 矿 安 全 生 产 监 控 系 统 应 按 AQ 6 2 O 1 2 0 0 6煤 矿 安 全 监 控 系 统 通 用 技 术 要 求 、 AQ6 2 1 O 一 2 O 0 7煤 矿井 下 作 业 人 员 管理 系统 通 用 技 术条 件 、 MT ／ T 1 0 0 4 --2 0 0 6 煤 矿安全 生产 监控 系统通用技术条件 、 MT／ T 1 0 0 8 --2 0 0 6煤矿安全 生 产 监 控 系 统 软 件 通 用 技 术 要 求 、 MT1 0 8 2 2 0 0 8煤炭产量远程监测系统通用技术要求 等有关 标准及 规程 设计与成 套 ， 并符 合 煤 矿安 全生产监控 系统 联 网技 术要求 的要求 。 2 煤矿安全生产监控系统的联网与管理除应 按 煤矿安全生产监控系统联 网技术要求 执行外 ， 还应符合 AQ1 O 2 9 --2 o o 7煤矿安全监控系统及检 测仪器使用管理规范 、 AQl O 4 8 --2 0 o 7煤矿井下 作业人员管理 系统使用与管理规范 、 MT1 0 8 0 2 0 0 8 煤炭产量远程监测系统使用与管理规范 等有 关规 定 。 3 煤矿 安 全生 产 监 控 系统 应 具 有联 网功 能 。 在用的煤矿安全监控系统 、 煤矿井下作业人员管理 2 0 0 9年第 1 0期 孙继平 煤矿 安全 生产监 控 系统联 网 3 。 系统 、 煤炭产 量监 测系 统应联 网 。 4 国有重点煤矿的煤矿安全监控系统、 煤矿 井下作 业人 员管理 系 统 、 煤 炭产 量 监 测 系统 应 上 联 至集 团公 司 矿务局 ； 国有 地方 煤 矿 和 乡镇 煤 矿 的 煤矿安全监控系统、 煤矿井下作业人员管理系统 、 煤 炭产量 监测 系统应上 联至 县 市 、 区 煤 炭主 管部 门 。 5 网络交换机、 路 由器 、 服务器、 防火墙等硬 件设备 ， 应采用当时主流技术 的通用产品， 并满足可 靠性、 可维护性 、 开放性和可扩展等要求 。网络设备 应 取得入 网许 可证 。 6 操作系统、 数据库 、 编程语言等应为可靠性 高、 开放性好 、 易操作 、 易维护、 安全 、 成熟的主流产 品 。软件应 有详细 的 中文说 明和操作 指南 。 7 联 网应保 证 网络安 全 。 8 承担联网项 目的单位应具有 国家计算机信 息系统 集成 资质 。 9 中心站 或主机 应及时向监控中心上传有 关监控信息。 1 O 系 统 应 用 软 件 应 采 用 浏 览 器／ 服 务 器 B ／ S 方式 。 1 1 安全 监 控 软 件应 符 合 AQ6 2 O l --2 o o 6煤 矿 安全 监 控 系 统 通 用 技 术 要 求 、 MT ／ T 1 O 0 4 2 0 0 6 煤 矿安全 生产监 控 系统通用 技术 条 件 、 MT ／ T 1 0 0 8 --2 0 0 6 煤矿安全生产监控系统软件通用技 术要求 、 AQ1 0 2 9 --2 0 0 7煤矿安全监控系统及检 测仪器使用管理规范 等有关标准的要求。 1 2 产 量监 测软件 应符 合 MT ／ T 1 0 0 4 -- 2 0 0 6 煤矿安 全 生 产 监 控 系 统 通 用 技 术 条 件 、 MT ／ T 1 0 0 8 -- 2 0 0 6煤 矿 安 全 生 产 监控 系统 软 件 通 用技 术 要求 、 MT 1 0 8 0 --2 0 0 8煤炭产量远程 监测系统使 用与管 理 规 范 、 MT1 0 8 2 -- 2 0 0 8煤 炭 产 量远 程 监 测系统通用技术要求 等有关标准的要求 。 1 3 人员 管 理 软 件应 符 合 AQ6 2 1 o --2 o o 7煤 矿 井 下 作 业 人 员 管 理 系 统 通 用 技 术 条 件 、 AQ1 0 4 8 --2 0 0 7 煤矿井下作业人员管理系统使用 与管理 规范 、 MT ／ T 1 0 0 4 --2 0 0 6煤矿安 全 生产 监 控系统 通用技 术条 件 、 MT／ T 1 0 0 8 -- 2 0 0 6 煤 矿 安 全生产 监控 系统软 件通 用 技 术要 求 等 有关 标 准 的 要求 。 1 4 联 网 的 系统 和 设 备 的 时钟 与 北 京 标 准 时 间误差 应不大 于 3 0 S 。 2 信 息传输 2 ． 1 通 用要 求 1 系统应具有 多种传输接 口， 既可 以在以光 缆为主干的网络上运行 ， 也可以在无线等网络上运 行 ， 还可以在上述混合 网络上运行， 系统宜采用路 由 器 等专 网互联 。 2 中心 站 或 主站 和监 控 中 心 应 具 有 符 合 I E E E 8 0 2 ． 3协议 的 以太 网接 口。 3 中心站 或主站 应 自动向监控 中心传递有 关信息。 4 监控中心收到中心站 或主站 上传的数据 后， 应反馈确认信息； 中心站 或主站 只有接收到监 控中心的确认信息后 ， 才终止本次数据发送， 否则重 复本次 数据发 送 。 5 监控 中心在规定 的时间 内没有接收到中心 站 或主 站 上传 的数 据 ， 则 主动 向中心 站 或 主站 请求发送 ， 连续 3次无应答 ， 则认定通信故障， 发出 报警信号并存储记 录。当通信恢复正常时 ， 中心站 或主站 应在不影响正常数据传输 的情况下， 补发 通信中断期间应发送的信息 。 6 所有计量单位应采用法定计量单位 。 7 模拟量值一般采用 3 位或 4位有效数字表 示 。常用参 量 的表 示格 式如 表 1 所 示 。 表 1 常用参量 的表示格式表 参量名称 表示格式 单位 参量名称表示格式 单位 甲烷 0 0 ． 0 O ％C H4 煤炭产量0 0 0 0 0 0 k t 、 t 、 k g 一 氧化碳0 0 0 ． 0 1 0 电压0 0 0 0 V、 k V 风 速0 0 ． 0 m／ s 电流0 0 0 A 温度0 0 ． 0 ℃ 电功率0 0 ． 0 k W 风压0 0 0 k P a 电度0 0 0 0 k W h 煤仓煤位0 0 ． 0 m 8 开关 量状 态一般 采用汉 字 如 开／ 停 等 表示 。 9 时间系列宜选用如表 2 所示的系列值 。 表 2 时间系列值表 时间分档单位 系列值 1 0 汉字 名称 长度应 不超 过 1 6个汉字 长度 。 1 1 监控 中心应及时显示报警、 断电、 馈电异 常、 系统工作异常等信息， 并具有按报警 、 断电、 馈电 异常 、 系统工作异常 、 模拟量、 开关量 、 人员、 产量等 一 渤诣 一 一 一 孔 ∞ 一 ∞ 一 如 ∞ 8 ∞ 4 7 6 5 2 3 3 n h d m 期期 期 时时 时 短 中 长 4 工矿 自动化 2 0 0 9年 1 O月 分类 查询 功能 。 2 ． 2初 始 化 1 模拟量初始化参数应包括如下内容 ① 传感器设置地点 ； ② 传感器所测物理量 ； ③ 单位 ； ④ 报 警 上 、 下 门限 ； ⑤ 断 电 上 、 下 门限 ； ⑥ 复 电 上 、 下 门限 ； ⑦ 断 电区域 ； ⑧ 生成 时间 ； ⑨ 其它 。 2 开关 量初始 化参数 应包括 如下 内容 ① 所测 量设备 地点 ； ② 所 测量设备 名称 ； ③ 报警 状态 ； ④ 断 电状态 ； ⑤ 断 电区域 ； ⑥ 生成时 间 ； ⑦ 其它 。 2 ． 3 监 控数据及 状 态 1 模拟 量监控数 据应包 括如下 内容 ① 监控值 ； ② 平均值 ； ③ 最 大值 及 时刻 ； ④ 最小 值及 时刻 ； ⑤ 报警 ／ 解 除报警状 态及时 刻 ； ⑥ 断电／ 复 电命 令及 时刻 ； ⑦ 馈 电状态 及时刻 ； ⑧ 处 理措施 及时刻 ； ⑨ 其它 。 2 开关量 监控数 据应包括 如下 内容 ① 当前状 态及变 动时刻 ； ② 报警 、 断 电／ 解 除报警 、 复 电及 时刻 ； ③ 馈 电状 态及 时刻 ； ④ 处理措 施及 时刻 ； ⑤ 其它 。 3 累计 量监控数 据应包 括如下 内容 ① 监控值 ； ② 时 间 ； ③ 其它 。 3 结语 本 文 给出 了近 几年我 国 国有大 中型煤 矿和乡镇 煤矿 的煤 炭产量 和发 生 死亡 事 故 的相关 数 据 ， 并对 国有大中型煤矿和乡镇煤矿的百万吨死亡率进行了 比较， 认为机械化 、 自动化、 信息化程度低是造成乡 镇 煤矿事 故频发 的最 主要原 因之 一 ； 指 出煤 矿安 全 生 产监控 系统联 网是加 强煤矿 安全生 产监管 的重要 措 施之一 ， 提 出了煤 矿 安全 生 产监 控 系统 的联 网方 法 。笔 者相信 ， 采用这 些方法 ， 有利 于解决现 有煤矿 安全生 产监控 系统 因通 信 协议 、 数据 格式 均 为 自定 义而导 致 的系统联 网 困难 的问题 ， 有 利 于提 高 系统 联网后 的实时性和可靠性。 参 考 文 献 [ 1 ] 孙继平． 煤矿 自动化与信 息化[ c ] ／ ／ 第 1 9届 全国煤矿 1 9 动化与信息化学术会议论文集． 北京 中国煤炭学会 煤矿 1 9 动化专业委员会 ， 2 0 0 9 ． E 2 ] 孙继平 ， 彭霞 ， 王 涛， 等． AQ 6 2 0 1 --2 0 0 6煤矿安全 监控 系统通用 技术要 求 E S ] ． 北京 煤 炭工业 出版 社 ， 2 0 06 ． [ 3 ]孙继 平， 彭霞 ， 卫 修君 ， 等． AQ 6 2 1 0 --2 0 0 7煤矿井下 作业人员管理系统通用技 术条件[ s ] ． 北京 煤炭工业 出 版 社 ， 2 0 0 7 ． [ 4 ] 孙 继平 ， 彭霞， 于励民 ， 等． MT／ T 1 0 0 4 --2 0 0 6煤 矿 安全生产监控 系统通用 技术条件E s ] ． 北京 煤炭工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 孙继平 ， 彭 霞 ， 卫修君 ， 等． MT ／ T 1 0 0 8 --2 0 0 6煤 矿 安全生产监控 系统 软件通用技术要 求E s ] ． 北京 煤炭 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 6 ] 孙继平 ， 邓 国华 ， 李伟 ， 等． MT 1 0 8 2 --2 0 0 8 煤 炭产量 远程监测系统通用技术要求I s ] ． 北京 煤炭工业出版 社 ， 2 0 0 9 ． 煤矿 Ne t T M系统 煤矿 Ne t 系统是 由 A MR公司研制 的用于煤矿监控 的本质安全型跟踪 、 标识和通信 系统 ， 由智 能阅读器 、 智能标签和文 本信息收发器组成。其 中智能阅读器有 4个可分配地址 的天线 ， 通过 2 根 双绞线或光纤与 地面的 Wi n d o ws 主站通信 。智能 标签可安装在矿工 的头盔 、 矿灯或腰带上 ， 能够提供矿工 I D号 、 位置 、 周围温度 、 电池 电量 、 信号强度等信息 ， 并支持 8路编码 信息传输 。文本信 息收发器满足 MI NE R Ac t 的双向通信要求 ， 可作为一个 R F I D标签或位置信号站 ， 并 能存储并更新安全程 序 、 操 作清单 、 联系信息 以及 电路图表 。 胡 娴 译 自 Co a l Ne ws ， 2 0 0 9 9 3 0