神华集团煤矿安全监控系统现状及升级改造.pdf
第 4 3卷 第 5 期 2 0 1 7 年 5 月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo 1 . 4 3 No . 5 M a y 2 0 1 7 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 5 0 0 1 8 0 4 DOI 1 0 . 1 3 2 7 2 / j . i s s n . 1 6 7 1 2 5 1 x . 2 0 1 7 . 0 5 . 0 0 5 张骐. 神华集团煤矿安全监控系统现状及升级改造[ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 7 , 4 3 5 1 8 2 1 . 神华集团煤矿安全监控系统现爿 c 及升级改造 张 骐 神 华信 息技 术有 限公 司 , 北 京 1 0 0 0 1 1 摘要 指 出 目前 神 华集 团煤矿 安 全监控 系统在 应 用 中存在 运 维 困难 、 信 号传 输距 离不满足超 长工作 面应 用 需求 、 数 据 易丢 失 、 误报 警 等 问题 ; 结合 煤矿 安全 监控 系统升级 改造技 术方案 5 5 3 求 , 分 析 了神 华 集 团煤矿 安 全监控 系统的技 术现 状及 与 该方案 要 求的 差距 ; 从 实施原 则 、 传 感 器 、 分 站 、 软 件 角度提 出 了神 华集 团煤矿 安 全监控 系统升 级 改造措施 。 关键 词 煤矿 安全 监控 系统 ;升级 改造 ; 数 字传 感 器 ;系统 融合 ; 应 急联 动 ; 数 据存储 加 密 中图分 类号 T D7 6 文献 标志 码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 4 2 5 1 7 4 1 网络 出版地址 h t t p / / k n s . c n k i . n e t / k c ms / d e t a i l / 3 2 . 1 6 2 7 . TP . 2 0 1 7 0 4 2 5 . 1 7 4 1 . 0 0 5 . h t ml St a t u s o f c o a l mi n e s a f e t y mo ni t o r i n g s y s t e m o f Sh e n h ua Gr o u p a n d i t s u pg r a d i ng ZHANG Qi S h e n h u a I n f o r ma t i o n Te c h n o l o g y Co . ,Lt d . ,Be i j i n g 1 0 0 0 1 1 ,Ch i n a Abs t r a c t So me pr o bl e m s o f c o a l m i n e s a f e t y mo ni t o r i n g s y s t e m o f She n hua Gr o up i n a p pl i c a t i o n we r e p o i n t e d o u t ,f o r e x a mp l e ,o p e r a t i n g ma i n t e n a n c e wa s d i f f i c u l t ,s i g n a l t r a n s mi s s i o n d i s t a n c e c o u l d n o t me e t a ppl i c a t i on r e qu i r e me n t s o f s u pe r l on g wo r k i ng f a c e, t h e r e we r e d a t a l os i n g a nd f a l s e a l a r m , e t c. Ac c o r d i n g t o Te c h n i c a l s c h e me s o {u p g r a di n g o {c o a l mi n e s a f e t y mo n i t o r i n g s ys t e m t e c h n i c a l s t a t u s o f c oa l mi ne s a f e t y m o ni t o r i ng s ys t e m o f She nhu a Gr ou p wa s a na l y z e d a s we l l a s ga p be t we e n t he s ys t e m a nd t he s c he m e s . Upg r a di ng m e a s ur e s a b ou t c o a l m i n e s a f e t y m o ni t or i n g s y s t e m o f She nhua Gr o u p we r e pr o po s e d f r o m a s pe c t s o f c o ns t r uc t i o n pr i n c i p l e,s e n s o r ,s u bs t a t i on a n d s o f t wa r e. Ke y wo r d s c o a 1 mi ne s a f e t y mon i t o r i ng s ys t e m ;u pg r ad i n g;d i g i t a l s e n s or;s y s t e m f us i o n;e m e r g e n c y 收稿 日期 2 0 1 7 - 0 4 0 5 ; 修 回日期 2 0 1 7 - 0 4 1 2 ; 责任编辑 李明 。 基金项 目 国家重点研发计划资助项 目 2 0 1 6 YF C 0 8 0 1 8 0 5 。 作者简介 张骐 1 9 6 4 一 , 男 , 上海人 , 高级工程师 , 硕士 , 主要从事矿山信 息化、 智能化研究工作 , E ma i l z h a n g q s h e n h u a . C C 。 [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] 邱玉琢 , 陈森发. 基 于改进 P S O 的综合 运输 网络管理 多 目标优 化[ J ] . 管理科学学报 , 2 0 0 8 , 1 1 6 4 3 5 0 . 贺超 , 庄玉 良, 王建军. 基 于物联 网的煤 矿逆 向物 流管 理信 息系统 研究 [ J ] . 科 技 管理 研 究 , 2 0 1 3 , 3 3 1 0 l 71 17 4. 张炎亮 , 陈鑫 , 李亚东. 基 于灰色理论的煤矿生产 物流 安全 状 态 指 标 优 化 [ J ] . 煤 矿 安 全 , 2 0 1 4 , 4 5 3 2 0 9 21 2. 陆宁 , 于玲 玲 , 王茜 , 等. 煤 矿企 业安全 成本 的优 化研 究[ J ] . 矿业安全与环保 , 2 0 1 4 1 1 1 6 1 1 9 . CHAKRABORTY D,GU HA D, DUTTA B.M u l t i o b j e c t i v e o p t i mi z a t i o n p r o b l e m u n d e r f u z z y r u l e c o n s t r a i n t s u s i n g p a r t i c l e s wa r m o p t i mi z a t i o n [ J ] . S o f t Co mp u t i n g, 2 0 1 5 , 2 0 6 2 2 4 5 2 2 5 9 . [ 1 5 ] 王建林 , 吴佳 欢 , 张超然 , 等. 基于 自适应 进化 学 习的 约束多 目标粒子 群优 化算法 [ J ] . 控制 与决 策 , 2 0 1 4 , 2 9 1 O 1 7 6 5 - 1 7 7 0 . [ 1 6 ] NE S AMAL AR J J D, VE N KAT E S H P . RA J A S C . M a na g i n g mul t i l i n e po we r c o nge s t i o n b y us i n g hy br i d ne l de r 。 me a d f uz z y a d ap t i ve pa r t i c l e s wa r m o p t i mi z a t i o n HNM F AP S O[ J ] . Ap p l i e d S o f t Co m p ut i ng, 2 01 6, 43 C 22 2 2 3 4. [ 1 7 ] 夏立荣 , 李润学 , 刘启 玉 , 等 . 基 于动态 层次 分析 的 自 适应多 目标粒子 群优 化算 法及其 应用 [ J ] . 控制 与决 策 , 2 O 1 5, 3 O 2 2 1 5 2 2 1 . 2 0 1 7年 第 5期 张骐 神 华 集 团煤矿安 全 监控 系统 现状 及升 级 改造 1 9 l i nka ge;d a t a s t o r a ge e n c r y pt i on 0 引言 2 0 1 6年 1 2月 2 9日, 国家 煤矿 安 全 监 察局 印发 了 煤 矿安全 监 控 系 统升 级 改 造 技 术 方 案 r 1 ] 以下 简称 方案 , 对提高煤矿 安全监控系统准确性、 灵 敏性 、 可靠性 、 稳定性和易维护性 , 增强煤矿安全保 障能力提出了具体要求 , 并要求大型矿井 、 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 2 0 1 8年底前完成 , 其 他矿井应 在“ 十 三五” 末完成 。 神华集团有限责任公司 以下简称神华集团 作为中 国最 大 的煤矿 企业 , 既 有 年产 上 千 万 吨 的特 大 型矿 井 , 也有煤与瓦斯突出矿井 , 如何顺利完成煤矿安全 监控系统的升级改造 , 实现矿井安全 、 平稳运行 , 是 值 得 关注 的 问题 。本文 针对 神华 集 团煤矿 安全 监控 系统 应用 中存 在 的 问题 , 提 出 了煤 矿 安 全 监 控 系统 升级 改造 实施 策 略 。 1 神 华 集 团煤矿 安全 监控 系统存 在 的 问题 神华 集 团 煤 矿 安 全 监 控 系 统 的 建 设 经 历 了 2 0 0 8年 前 各 矿 井 独 立 建 设 及 初 步 联 网 、 2 O O 8 2 0 1 3年集团和子 分 公司初步联网、 2 0 1 5年至今集 团煤矿安全监控系统优化完善 3 个 阶段。集团各矿 安全监控系统总体性能稳定 、 可靠 , 对于提升矿井的 安全水平发挥了重大作用 , 但在使用中仍存在 以下 问题 。 1 建设 厂商 众多 , 标准 不 统 一 , 导致 系 统运 维 困难 。神华 集 团 目前 有 5 6个 生产 井工 煤矿 , 在 用 的 煤 矿安 全监 控 系统 5 a内建设 和 改造 运行 的系 统有 1 8 套 , 运 行 5 ~1 0 a的有 2 7 套 , 运 行 1 0 a以上 的有 1 1 套 来 自 1 2家厂商 , 有 2 2种型号 , 系统联网传感 器有 2万余个 。传感器没有实现标准化和模块化生 产 , 不同厂家生产的敏感元器件在工艺 、 质量上得不 到保 障 , 而且 各 个 厂 家生 产 的数 据 采 集 、 处 理 、 上 传 等 电路 不 同 , 缺 乏统 一 的接 口协议 和数 据通 信标 准 , 不同厂家之间的传输设备难以互通互换 , 导致不 同 设备间容易发生误报 、 漏报 , 且发生故障后难以及时 发现和排除。5 6个 煤矿的安全监 控系统总投资为 1 3 6 4 8万元 , 年运维费用合计 3 0 7 8 . 5万元 , 平均每 个煤矿每年的运维费用为 5 4 . 9 7万元 , 总体投资金 额大 , 年运维费用高。但各煤矿安全监控 系统运维 保障水平不一致 , 有 1 9 个煤矿的年运维成本投入很 低 , 导致系统运行不可靠 。 2 监控信号传输距离不能满足超长工作面应 用需 求 。神华 集 团部分 矿井 采掘 工作 面 回风 巷长度 普遍 超过 2 0 0 0 I T I , 部分 回风巷 超过 6 0 0 0 1 T I 。当传 感器到监控分站的信号传输距离超过 2 0 0 0 1T I 时 , 只能 将 监 控 分 站 设 在 回 风 巷 , 违 反 了 AQ 1 O 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 5 . 3条关于分站“ 禁止设置在采煤工作面回风巷 内” 的规定 。虽 然采 取 了加 大 电 缆截 面积 等 措 施 , 但 仍 不 能满 足信 号传 输距 离要 求 , 效果 不佳 。 3 各 子 分 公 司 与 集 团 联 网难 度 大 , 易 出现 数据 丢 失 、 误 报 警 。不 同厂 家 生 产 的煤 矿 安 全 监 控 系统之间缺乏统一的数据接 口, 数据传输不规范 , 造 成 系统 之 间联 网 困难 。 神 华集 团煤 矿安 全监 控 系统联 网最 初设 计为 三 级联 网部署形 式 , 即从 矿 端 采集 的数 据 上 传 至 集 团 各个子 分 公 司, 然后 由子 分 公司上传至集 团, 在 B / S构 架 的平 台上 展 现 , 如 图 1所 示 。但 煤 矿 和 各 子 分 公 司 大多 已经建 设 了安 全 监 控 系 统 , 且 这 些 系统 来 自不 同 的厂家 , 甚 至有些 子 分 公 司是 “ 一 矿 一 系统” 。虽然安全监控系统联 网提供 了一个公共 接 口, 在 各个 子 分 公 司部 署 了数据 采集 服务 器 , 每 隔 3 0 s 将子 分 公司的数据上传到集 团, 但在实际 应用 中经常发生数据丢失 、 误报警等现象 。据统计 , 在集 团总调层面 , 平均每月发生 3 0余次煤矿安全监 控系统误报警 , 降低了系统使用效能 , 同时影响了从 集 团视角 对数 据进 行深 度分 析应 用 。 集 团 子 分 公司 煤矿 ■ ● 安全监控系统 上报集团 上报子 分 司 煤矿安全监控系统 上报政府监管部门 图 1 神华集 团煤矿安全监控系统联 网示意 集 团和各 子 分 公 司安 全监 控 系统联 网存 在 的 主要 问题 ① 数 据 实 时性 差 。数 据 经 过 2次转 发 , 每次 转 发 滞 后 3 0~ 6 0 S , 降 低 了 数 据 的 时 效 性 。 ② 数据准确性低 。第 三方厂商 多, 环节多 , 易 出现 数据漏报情况 。③ 数据可靠性低 。数据报送程序 由各 自厂商开发 , 报送数据经多次转送后 , 其真实性 无法得到保证 。④ 数据使用效能低。数据不准确 造成数据关联度和使用率不高 , 制约 了数据的使用 效 能 , 无法 进行 大数 据 分析 。 2 0 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 2 神华 集团煤矿安全 监控 系统 与 方案 存在 的差距 目前神华集团煤矿安全监控系统符合 方案 各 技术要求的 占比见表 1 。可看 出神华集团各煤矿安 全监 控 系统 软硬件 现 状 与 方 案 要 求 差距 较 大 , 没 有 一套 系统 能完全 达 到 方案 要 求 , 均 需 进 行 升 级 改造。传输数字化方面 , 有 3 6套系统的传感器与分 站未使用数字传输 , 1 0套系统部分使用数字传输 , 仅有 1 0套系统实现了数字传输; 传感技术及装备方 面 , 仅有 少 量系 统使 用 了部 分 激光传 感 器 、 多参数 型 传感器 、 红外传感器 , 没有系统 使用 自诊 断型传感 器 、 无线传感器 ; 支持多网、 多系统融合方面 , 方案 要 求 融 合 G I S系统 , 至 少 井 上 融 合 应 急 广 播 系 统 、 人 员 定位 系统 , 推 荐 井 下 融合 , 目前 仅 锦 界 煤 矿 、 郭 家湾 煤矿 、 青龙 寺 煤 矿 等实 施 的安 全 监 控 系统 实 现 了地 面融 合 , 没有 实 现 井 下 融合 ; 格 式规 范化 方 面 , 方案 要求分站至主干 网采用以太 网传输 , 目前有 1 3个煤矿还没有采用 以太 网, 未实现数字化传输 , 仅 有 1 4 个 煤 矿 的安 全 监控 系统 中分 站 至 主 干 网采 用 以太 网传输 ; 数据 应 用分析 方 面 , 部 分 系统实 现 了 伪数 据标 注及 异 常数 据 分 析 , 没 有 系 统 实 现 预测 及 大数 据分 析 ; 应急 联 动 方 面 , 有 l 1 个 煤 矿 的安 全监 控 系统 实现 了与人 员 定 位 系 统 联 动 , 未 实 现 与 应 急 广 播 系统 、 通 信 系统联 动 。 表 1 神华集 团煤矿安 全监 控系统符 合 方案 技术要求 占比 技术要求 符合要求 技 术要求 符合要求 占比/ 占比/ 传输数字化 2 7 格式 规范化 4 8 抗 电磁干扰能力 5 4 自诊断、 自评估功能 8 O 传感技术及装备 3 数据应用分析 3 9 传感 器防护等级 4 6 应急联动 7 报警 、 断电等控制功能 6 4 系统性能 7 l 支持多网、 多系统融合 5 加密存储 2 5 从传 感器 、 分 站 、 网络传 输 和软件 应用 系统 4个 方 面 , 对 照 方案 要 求 , 对神 华集 团煤 矿安 全监 控 系 统技 术现 状进 行 了整 理 , 见 表 2 。 表 2神华 集团安全监控系统技术现状 3神 华 集 团煤矿 安全 监控 系统 升级 改造 措施 1 按 照“ 六 统 一 ” 的 原则 , 分 步 实 施 。神 华 集 团多年来信息化建设 的经验 , 特别是近 5 a来数字 矿 山建设经验表明, 按照“ 统一规划、 统一投资 、 统一 设计 、 统一 建设 、 统 一标 准 、 统 一 管理 ” 的原 则进 行建 设 , 能够提 高 建设 的标 准化 、 规 范化水 平 。神华 集 团 煤 矿 安全 监控 系统 升级 改造 也应 按 照“ 六 统一 ” 原则 进 行 建设 , 由集 团制 定 标 准 , 统 一 建设 软件 平 台 , 在 每个 矿井 应用 智能 融合 分站 、 数 字传感 器 , 采用 工业 以太网现场总线架构 ] , 提高系统 的可靠性 、 准 确性 , 实 现系 统融 合 、 应急联 动 、 大数 据分 析 等功能 , 并从 源头 降低 系统 使用 和运 维 费 。 2 传感器应采用先进 的数字传感技术 , 实 现 故 障 自诊 断 、 自动 调 校 、 即插 即用 等 功 能 , 能够 适 应井下恶劣环境 。传感 器防护等级 由 I P 5 4提升 到 I P 6 。对于现有的模拟传感器 , 在制定统一数据接 口 标准和通信标准的前提下 , 由集团或各子 分 公 司 统一采购替换为低功耗数字传感器 。传感器与分站 的数据传输采用数字方式 。对于影响传感器测量精 度 的行 为 如 把 进 气 口堵 住 , 应 具 有 一 定 的 判 别 能 力 。 3 为满足井下 分站最大供 电距离 6 0 0 0 m及 多 系 统井下融合 要求 , 现 有分 站 除 满 足 MT / T 1 O O 5 一 2 0 1 7年第 5期 张骐 神华集团煤矿安全监控 系统现状及升级改造 .2 1. 2 0 0 6 矿用分站 要求 外 , 必须升级改造为智能分 站 , 实 现 分 站 级 、 链 路 级 及 数 据 级 3个 层 次 的 融 合f 6 ] 。具体功 能要求 ① 分 站应满 足本质 安全 要 求 , 具有体积小、 质量轻等特点 ; 内部采用统一背板 , 形成模块化插槽 , 可接人人员定位 、 应急广播 、 视频 监测 、 无线通信 、 设备监测 、 车辆监测及供 电监控等 系统 , 可根据分站功能和连接 的传感器数量进行扩 展 。② 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 位等系统实现 应急联动 , 能够做到快速响应 , 第一时间通知井下作 业人员 , 同时将相关信息传到地面系统。③ 分站至 主 干 网之 间采用 工业 以太 网 。 4 在 系统 软 件 方 面 , 为 避 免 现 有 各 煤 矿 安 全 监控 系统 软件 界 面各 异 、 性 能不 一 的现象 , 研 发全 集 团统 一 的煤矿 安全 监 控 系统 平 台 , 明确 软 件 的 接 口 协议标准和联 网标准_ 7 ] , 实现矿、 子 分 公司、 集团 一 套 系统 , 二 级或 三级 部署 , 从 而 消 除“ 信 息 孤 岛 ” , 实现 数 据 融 合 。该 软 件 平 台 除 满 足 AQ 6 2 0 1 2 0 0 6 煤矿安全监控系统通用技术要求 [ 8 _ 9 _ 、 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 1 、 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 [ 1 外 , 还 应 具 有 以 下 功 能 ① 多系统信息融合 功能。系统软件通过统一的接 口协议 , 将 采集 的地 面 、 井 下各 系统 数据 进行 统一 存 储 、 调用 、 分 析 、 处理 , 实 现对 全 矿井 、 全集 团安 全 生 产 历史数 据 的查 询 与 分 析功 能 , 同 时为 深 度 数 据 分 析 提供 基础 数据 平 台 和访 问接 口口 。② 煤 矿 安 全 监控系统与 GI S融合功能。采用基于 we b的矢量 图形 与 GI S技 术 , 将 多 系 统 安全 监 测监 控 系 统 、 人 员定 位 系统 等 与矿 图 进 行有 机 融 合 , 满 足集 团“ 一 张 图” 要求 。③ 数据 综合 分析 功 能 。在 实现 多 系 统 数据融合基础上 , 建立数据综合分析模 型, 应用大数 据分析技术 , 结合环境监测数 据、 人员定 位数据 、 设 备运行工况数据对矿井某区域的安全状况进行综合 评价 , 实现分级、 分 区域预警和报警 , 以不 同颜 色或 声音 提示 该 区域处 于 安 全 或 不安 全状 态 , 防止 事 故 发生 和误 报 警 。④ 联 动 功 能 。煤 矿 安 全 监 控 系统 可实现与工业电视 、 电力监控 、 应急广播、 人员定位 、 无线通信等系统联动, 当某区域有故障和危险时, 可 在监测画面上弹出提示信息 , 并在第一时间通过声 、 光 、 短 信 等 方 式 通 知 相 关 人 员 , 进 行 相 应 处 理 。 ⑤ 数据 安全 加 密 功 能 。为 防止 煤 矿 安 全 监 控 数 据 被人 为篡 改 , 造 成 数据分 析 不准 确 , 影 响矿 井 安全 生 产 , 对采掘工作面等重点区域 的瓦斯超限、 报警 、 断 电数据 应进 行 加密存 储 , 确保 数据 无法 被破 解篡 改 。 应 采用 适合 现有 煤矿 安 全监控 系 统分 布式 架构 的加 密方 法m] 。 4结语 针对神华集团煤矿安全监控系统 的现状及 方 案 要求 , 提出了系统升级改造措施 , 有利于充分发 挥 系 统作用 , 促进 安全监 控 多元 融合 和信 息共享 , 实 现监控数据 的深度分析和综合利用 , 提高煤矿安全 预测预警水平 。 参考 文献 国家安全 生产 监督 管理总局. 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 [- E B / OL . 2 0 1 6 1 2 2 9 [- 2 0 1 7 0 3 2 9 ] . h t t p / /ww w. c h i n a s a f e t y . g o v . c n / n e wp a g e / C o n t e n t s / C h a n n e l 一 6 2 8 9 / 2 0 1 7 / 0 1 0 3 / 2 8 1 5 9 1 / c o n t e n t _ 2 81 5 91. ht m. 汪丛笑. 煤矿安全监控系统升级改造及关键技 术研究 [ J ] . 工矿 自动化 , 2 0 1 7 , 4 3 2 1 - 6 . 梁勇 , 于强. 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