东怀煤矿安全监控系统升级改造及应用.pdf

2020.18 科学技术创新 （转下页） 图 4 为 B2 区块结构， H2 分为当前块哈希 CH2 和前一块哈 希 PH1， CH2 为 D2 数据的哈希加密， PH1 为前一区块的哈希， 通过 PH1 串联起每个区块， 通过 CH2 保证 D2 数据存入区块后 无法篡改。 5 结论 通过利用 Fabric 超级账本区块链，减少了结算数据处理和 传输的时间， 保证了结算数据唯一性和正确性， 避免一些人为 错误等造成数据的不准确性， 最终确保已结算数据不可篡改并 可日后追溯。 参考文献 [1]方秋水， 徐锋， 陈卫国.基于区块链技术的虚拟交通卡应用系 统研究与设计[J].信息技术与网络安全，2019（4）. [2]袁峰， 倪晓春， 曾帅， 等.区块链共识算法的发展现状与展望[J]. 自动化学报，2018（11）. [3]荣琪.探讨区块链技术在支付结算领域的[J].Research|支付清 算，2019（9）. [4]余璨璨， 戚湧， 赵学龙， 等.基于Fabric的停车管理区块链系 统.计算机应用，2019（S1） 192-197. [5]申屠青春.区块链开发指南[M].北京 机械工业出版社，2017. [6]Andreas M. Antonopoulos Mastering Bitcoin Programming the Open Blockchain OReilly Media，2017-06-12. [7]李鑫.Hyperledger Fabric技术内幕 架构设计与实现原理 （区 块链技术丛书）[M].北京 机械工业出版社，2019-01-01. 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[12]https//hyperledger-fabric.readthedocs.io/en/master/whatis.html. 东怀煤矿安全监控系统升级改造及应用 曹志华黄 潇孙国锋 （吉利百矿集团有限公司东怀煤矿， 广西 百色533000） 1 东怀煤矿安全监控系统简介 东怀煤矿位于广西百色， 是广西第一大生产矿井， 分一、 二 两个水平开采，年生产能力 150 万吨。目前东怀煤矿全矿绝对 瓦斯涌出量为 12.61m3/min， 相对涌出量 3.81m3/t， 采煤工作面最 大瓦斯涌出量为 3.87m3/min，掘进工作面最大瓦斯涌出量为 0.24m3/min， 为低瓦斯矿井。 东怀煤矿从 2006 年就使用江苏三恒 科技股份有限公司的 KJ70 煤矿安全监控系统， 2009 年升级为 KJ70N， 2015 年再次升级为 KJ770， 由地面中心站、 干线扩展器、 备用电源箱、 区域控制器、 各种传感器、 监控器等设备组成。目 前共安设监控分站 40 个， 瓦斯传感器 120 台， 负压传感器 7 台， 风速传感器 22 台， 开停传感器 25 台， CO 传感器 54 台， 温度传 感器 30 台， 烟雾传感器 20 台。监控系统运行稳定， 数据可靠。 2 东怀煤矿安全监控系统升级的背景 2.1 实施安全监控系统升级的必要性 （1） 根据 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） 和 国家安全 监管总局 国家煤矿安监局关于进一步加强煤矿重大灾害防治 有效防范重特大事故的通知 （安监总煤装〔2016〕 10 号）的精 神， 煤矿必须推广应用安全监测监控新技术新装备， 提高安全 监控系统技术性能和安全可靠性， 促进安全监测监控多元融合 和信息共享， 提高煤矿安全预测预警水平， 实现安全监测监控 信息的深度分析和综合利用。 （2） 根据近来全国范围内发生的 一系列瓦斯爆炸事故， 事故矿井多为低瓦斯矿井， 因此对于低 瓦斯矿井的瓦斯防治工作尤为重要。并且， 随着采掘深度的增 加， 瓦斯含量呈增加趋势， 积极应对瓦斯防控， 特别是对低瓦斯 矿井瓦斯监测监控及防治措施管理十分必要， 必须加大投入及 升级改造的力度， 有效杜绝瓦斯爆炸事故的发生， 确保安全生 产。 2.2 现用安全监控系统存在的主要问题 （1） 数据传输采用树状网络结构， 巡检速度慢； 数 摘要 为不断完善和提升安全监控系统的整体性能， 达到国家煤矿安全监察局对安全监测监控系统的最新要求， 东怀煤矿 分析了目前系统存在的不足， 因地制宜地实施了KJ70X系统的升级改造。改造后系统性能显著提升， 满足要求， 为今后的安全生 产提供借鉴。 关键词 煤矿安全； 监测监控； 大数据； 升级改造 中图分类号 TD76文献标识码A文章编号2096-4390（2020）18-0065-02 65-- 科学技术创新 2020.18 据传输采用主从通信结构， 数据传输率低。系统巡检速度慢， 井 下测点数据传输到地面需要 30 秒至 1 分钟， 这样的传输效率受 传输方式的影响很大。 （2） 数据共享方面不能实现多网融合， 与 其他系统无法实现联动控制，安全监控系统数据交换不够迅 速， 实时性方面有待提升。 （3） 数据传输数采用传统电缆模式传 送， 可靠性不高， 井下电缆电线众多， 信号传输易受到电磁干扰 的影响，使监控数据偶有出现误差造成误报警断电的现象， 特 别是瓦斯传感器、 CO 传感器等误传对生产管理造成不便。 （4） 供电电源续航能力差， 仅 2 小时左右， 可靠性低。 3 KJ70X 系统升级改造方案及实施 3.1 改造方案 根据东怀煤矿目前所用的 KJ770 系统应用实际情况， 考虑 到经济性和实用性， 决定采用 “新系统搭建→示范采区试推→ 全矿井推行→新旧系统并行→撤除旧系统” 的方式循序开展升 级改造工作。经对比， 决定继续采用江苏三恒科技股份有限公 司的 KJ70X 系统， 该系统以工业以太环网＋现场总线作为系统 的信息传输平台， 利用工业以太网平台的快速通道实现多主并 发通讯技术， 能使系统在设备抗干扰、 实时性、 可靠性、 稳定性、 扩展性、 数字化、 数据分析应用、 数据融合、 新技术应用等方面 技术水平进一步提升， 达到安全生产和相关规定要求。 首先， 升级改造地面中心站。在原有设备基础上进行升级， 提升监控主、 备机热备功能， 升级软件为 KJ70X， 完善分级报警、 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。 其次， 对监控环网进行改造。增加中心站核心交换机、 地面 和井下环网交换机， 分别在井下一水平井布有 3 个千兆节点， 二 水平 2 个千兆节点。形成一体式冗余环网方式， 组建独立、 稳定 的传输网络。 最后， 对井下传感器、 供电电源、 分站等设备的升级。实现 传输信号达到全数字化， 提升抗电磁干扰能力、 IP65 防护等级、 自诊断自评估功能。 3.2 实现传感器数字化， 增强抗电磁干扰能力 在工作面回风巷、 专用回风巷及总回风巷使用更为先进的 激光、 红外全量程传感器， 增强传感器的灵敏性及反应速度， 数 据准确且稳定性高， 便于管理维护； 传感器和分站防护等级均 达到 IP65 要求， 运行稳定， 质量可靠， 根据传感器和分站的性能 适当升级模块或程序实现监控数据数字化的传输及接收， 实现 了所有模拟量传感器数字化传输 （RS485） ， 有效增强抗电磁干 扰能力。 3.3 完善报警、 断电等控制功能 （1） 设置甲烷及一氧化碳传感器根据瓦斯浓度大小、 超限持 续时间、 瓦斯超限范围等分为四级报警， 实施分级响应。（2） 利用 KJ70X 安全监控系统的组合报警功能，根据巷道布置及瓦斯涌 出等实际生产情况， 实施逻辑报警。 （3） 测试并完成系统本地、 异地断电情况。断电设置与馈电状态相关联， 发生断电动作相 应馈电状态无变化时会有馈电异常显示。 （4）在地面中心站配 置区域， 本区域内的任意甲烷传感器报警都可以断区域内的所 有开关。 3.4 完善多网多系统融合、 应急联动 建立多网融合平台， 融入矿井安全监控视频系统， 应急广 播系统及人员定位系统。以甲烷超限为试验， 测试系统根据事 故地点及人员定位系统进行分析并通过应急广播向相关区域 发送指令的情况。 3.5 增加自诊断、 自评估功能 （1） 完善传感器、 控制器的设置及定义。 实现传感器、 控制器 的设置以及定义诊断和评估， 当检测到传感器报警、 断电、 复电 门限设置不满足相关标准及规定时能发出报警信息提示。 （2） 具备模拟量传感器维护、 定期未标校提醒。按要求设置甲烷、 一 氧化碳传感器标校提醒功能， 软件上并有报警信息提示。 （3） 具 备模拟量传感器、 控制器、 电源箱等设备及通信网络的工作状 态。系统能够实现井下各监测点的所有类型的传感器以及分 站、 电源箱的状态检测和故障信息上传功能。 （4） 具备中心站软 件自诊断功能， 包括双机热备、 数据库存储、 软件模块通信。系 统数据库密码不正常、 数据库连接失败、 软件模块异常关闭以 及工作异常时系统能发出异常信息提示。 3.6 增强数据应用分析功能 （1）实现传感器标校期间的数据分析功能和异常数据分析 功能。 （2） 系统根据瓦斯涌出量测试数据预测预警功能 （火灾按 照一氧化碳传感器及温度传感器进行配置； 瓦斯涌出按照瓦斯 浓度和风速及巷道横截面积进行配置） ； 通过大数据对比分析， 预测瓦斯涌出及 CO 含量变化情况规律。 （3） 系统软件具备系统 融合以及数据分析显示查询功能。测试监控系统、 语音广播、 人 员定位的融合数据在联动平台上进行显示情况。 3.7 增强加密存储功能 系统监测数据及断电信息已采用 RSA 加密算法进行存储， 防止数据被篡改。 非法篡改后， 系统自带篡改显示。 采用 RSA 加 密法， 仍可以还原被修改数据。 4 KJ70X 系统升级改造后应用效果 4.1 达到国家煤监局相关标准 升级改造后，各项功能均达到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） 的要求， 满足安全生产的需要。 4.2 系统运行高速、 稳定 新、 旧系统并行及完全使用新系统前后效果对比显示， 新系 统运行更为稳定， 传感器及信号传输网络运行平稳， 系统巡检 周期小于 10s， 异地断电时间小于 5s， 分站到传感器之间的传输 距离最远可达 6km， 双机热备自动切换功能， 热备切换试验 10 秒内自动切换， 供电电源延长供电时间 1 倍， 达到 4h。 系统信号 准确， 抗干扰能力强， 没有误报警断电等情况。 4.3 架构简化、 设备可靠性高， 有效降低维护劳动强度 KJ70X 系统有效简化信号传输结构，设备使用数量下降为 原来的 60左右， 数字化传输减少了电缆的使用； 配套的高性 能传感器、 分站等设施功能强大、 防护等级高， 质量可靠， 大大减 轻了监控维护人员的劳动强度。 4.4 系统自动化、 智能化水平明显提升 KJ70X 系统实现的数据多网融合， 应急情况下多系统联动， 自评估、 自诊断功能， 大数据应用分析及加密功能大大增强了 安全监控系统的自动化和智能化技术水平， 快速准确的数据分 析处理及系统联动有效缩短了应急情况下发送指令的时间， 为 事故预测预警及灾害抢险救援提供了重要保证。 作者简介 曹志华 （1992-） ， 男， 煤矿技术管理。 66--