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华晋焦煤公司沙曲煤矿通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统技术方案沈阳新元信息与测控技术有限公司辽宁工程技术大学数字矿山测控研究院2011年3月1目录1、项目目标…………………………………………………………………………………………11.1项目总体目标…………………………………………………………………………………11.2煤矿安全监测监控领域存在的重大技术问题………………………………………………12、系统总体架构……………………………………………………………………………………52.1建立煤矿通风可靠测控与生产状态监测系统…………………………………………………52.2建立煤矿数据中心网站………………………………………………………………………62.3网络与数据关系………………………………………………………………………………63、矿级平台应用软件系统组成及功能…………………………………………………………73.1总体架构………………………………………………………………………………………73.2煤矿安全生产监测监控系统集成方案………………………………………………………83.3煤矿异构监测监控系统集成方案……………………………………………………………93.4煤矿综合集成自动化测控管数据中心网络系统……………………………………………93.5煤矿综合集成自动化测控管数据中心硬件系统……………………………………………93.6煤矿综合集成自动化测控管数据中心网站系统软件平台…………………………………93.7煤矿综合集成自动化测控管数据中心网站应用软件平台…………………………………94、矿级系统新增KJGISⅡN煤矿通风可靠测控与生产状态监测系统…………………………224.1概述……………………………………………………………………………………………2224.2KJGISⅡN工业以太网LonWorks现场总线煤矿安全生产综合自动化监测监控系统简介…234.3新增KJGISⅡN煤矿通风可靠测控与生产状态监测系统配置…………………………335、无线宽带手机异地实时监测监控监管系统………………………………………………366、煤矿综合集成自动化扩展应用…………………………………………………………………376.1煤矿异构监测监控系统集成…………………………………………………………………376.2部门级业务办公应用软件平台………………………………………………………………377、工程安装调试与验收……………………………………………………………………………377.1安装前准备……………………………………………………………………………………377.2系统安装………………………………………………………………………………………387.3系统测试………………………………………………………………………………………387.4系统试运行与初步验收………………………………………………………………………387.5系统总验收……………………………………………………………………………………398、培训………………………………………………………………………………………………398.1培训目标………………………………………………………………………………………398.2培训内容………………………………………………………………………………………398.3培训方式与计划安排…………………………………………………………………………399、工期安排…………………………………………………………………………………………4010、质量保证………………………………………………………………………………………4011、技术支持与服务………………………………………………………………………………403华晋焦煤公司沙曲煤矿通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统技术方案1、项目目标1.1项目总体目标采用先进的监测监控技术，有效解决现阶段煤矿监测监控系统存在的关键技术问题。为煤矿瓦斯防治“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”十六字工作体系提供技术支持。为煤矿安全生产综合自动化集成测控提供先进的系统平台，无缝集成通风安全、生产、供电、人员、提升、运输、视频等异构系统。采用综合自动化测控与信息化技术改造生产环节、实现生产过程自动化、设计数字化、采掘生产数据化、物流数字化、管理数字化。实现从局部应用到全面应用的跨越、从独立应用到集成协同应用的跨越，从单纯技术应用到管理应用的跨越。打造异构系统协同工作环境，全面提升企业核心竞争力。1.2煤矿安全监测监控领域存在的重大技术问题近年来，我国发生瓦斯事故的煤矿都装有监测监控系统，为什么还一再发生瓦斯事故？除了管理上的原因外，主要原因是在安全监测监控领域仍然存在重大技术问题。众所周知，风、电、瓦斯是发生煤矿瓦斯事故三大要素，现阶段的监测监控技术仅解决了瓦斯超限监测报警与部分断电功能，对三大要素的监测仍存在较大空区和不可靠性。（1）缺少风量监测、风向监测与停风、微风、高可靠性断电状态监控功能煤矿瓦斯爆炸事故几乎都与停风或微风作业有关，AQ6201标准中有微风报警断电的强制性要求。现有煤矿监测系统缺少风量监测功能，所以就无法实现微风报警与断电。缺少风流稳定性或风压监测与控制功能。缺少停风状态的高可靠性监测功能，现有技术条件下的风机开停传感器可靠性低，易受外界干扰失效，常用的主备对旋多风机配备多开停传感器情况下难以可靠判断停风状态。（2）缺少区域性断电与高可靠性断电状态监测功能4煤矿瓦斯爆炸引爆源80%以上是电气火花，所以超限后断电尤为重要。但目前大多数监测系统仍为按分站串行巡检方式，即使是以太网CAN总线的新系统仍是如此，分站间的控制必须经过地面中转才能实现，时间长可靠性低，保证不了断电实时性与高可靠性。随着集中化生产趋势的发展，一个工作面往往需要多台分站联合工作，分站间没有控制功能，就相当于整个工作面安全没有控制功能，安全状态难以保证。此外常用的卡在电缆上的馈电传感器不能检测铠装电缆，易于受平行布局的电力线干扰和变频设备干扰，即使发出了断电指令是否断电难以可靠检测。可见落后的集散方式、不可靠的馈电监测和目前单CPU的分站监测技术，是导致难以实现高可靠性区域断电监测的根本原因。（3）缺少抽采达标监测技术煤矿瓦斯抽放是减少瓦斯积聚的有效措施，但现有煤矿瓦斯抽放监测仅是显示基本抽放参数，实际意义不大。缺少按面域监测汇总功能、缺少多点同步计量技术、缺少较高精度的井下抽放流量监测技术、缺少与安全监测系统整合集成监测功能、缺少抽采达标监测功能，所以抽放效果难以动态评价。（4）现行监测监控技术标准是基于传感器测点的标准，而非面域化标准A、全面性不足缺少面域对象所有安全因素的全方位监测功能，如缺少对采掘工作面风量、主扇风量、风向、工作面抽放量、工作面瓦斯涌出量、工作面生产强度、缺少采空区火灾的监测。B、集成性不够缺少与火灾、抽放、供电、运输、生产、机电、人员等多种监测子系统的实时集成功能，监测数据不能共享互补，隐患发生时难以作出科学判断。如采空区束管监测与安全监测系统中的火灾监测各自独立，难以进行实时分析决策。C、可靠性不高目前的监测技术对停微风状态、断电状态、分站间实时断电监测不可靠；无法实现对传感器位置、监测数据误报与人为造假的有效监测。D、关联性不全基于传感器测点的标准没有考虑到监测参数间的相互关系。如没有瓦斯传感器位置之间的关系，造成瓦斯传感器配置越多超限次数越多的怪现象；难以分析瓦斯传感器监测数据间的关系；缺少风量、生产强度、抽放与瓦斯涌出的关系；缺少沿瓦斯流动路线的区域断电监测与控制关系；缺少超限、断电、撤人的关系；缺少瓦斯与突出关系；缺少实时调度处理、监测系统5的自诊断功能、作业地点灾害是否正在发生的监测能力。E、共享性不好目前基于传感器测点的标准给监测系统数据共享与应用带来较多问题。如按分站号和传感器号进行唯一标识，不能按标准安装位置进行标识，一旦更换或调换了分站或传感器序号，无法找到原来的监测数据，所以有的煤矿当瓦斯超限后调换传感器安装端口以逃避检查。目前的模式是面向专职监测人员使用的，而不是面向各级安全管理人员使用的。现有矿井规模较大，管理人员无法记得本矿所有的分站和传感器编号，他们关注的是某地点安全状态。再如传感器安装地点描述的随意化也给多级监测监管带来困难。（5）缺少安全状态实时预测预警与调度处理功能现行的监测体系中超限表明已经达到较高的危险程度，按临界值报警或断电，但这是不够的。还应该具有实时预测与预警功能，以便提前采取措施。如能根据预测结果动态调整生产强度，减低瓦斯涌出避免超限，如此即可保证安全又可提高生产效率。现用的煤矿监测监控系统，虽然采集了大量的数据信息，但利用率极低，缺少利用监测数据源实现动态安全评价功能。缺少安全隐患处理实时调度功能，目前层层汇报处理模式往往贻误时机，多起事故教训足以说明必须解决实时调度问题。综合上述，仅就瓦斯灾害三大要素的风、电、瓦斯监测监控而言，其中二大要素存在重大技术问题。现有监测系统功能单一与技术标准的相对落后，难以满足煤矿全方位防治安全事故的要求。先进合理的模式应是煤矿监测系统采用多主并行网络化互联互控现场总线技术，采用以工作面等面域作为监测对象的综合集成全方位测控技术，实现对整个面域所有安全因素及影响关系的综合集成测控。如此可大幅度提升煤矿安全监测监控能力，有效避免或减少安全事故。为了实现上述目标，有效解决煤矿安全监测监控技术领域存在的重大技术问题，山西焦煤集团、西山煤电集团与沈阳新元信息与测控技术有限公司合作，研究开发出《煤矿安全生产面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统》，该技术成果于2010年11月通过国家鉴定，鉴定认为研究成果达到国际领先水平，是煤矿安全监测监控技术的重大跨越，对于有效解决煤矿安全问题具有重大意义。该项技术成果能够从根本上改变我国煤矿安装了监测系统但仍然发生重大瓦斯事故的技术现状，为通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位提供全面自动化测控技术支持，显著促进企业与企业集团科技进步。2、系统总体架构2.1建立煤矿通风可靠测控与生产状态监测系统6鉴于煤矿已经安装了煤矿井下抽放系统，则实施本项目仅需增加通风可靠测控与生产状态监测子系统即可。现有KJ95N监测系统不具备风量、风向、风压监测类型及其量程，不具备建立风压间的链路关系，不具备安标关联关系，所以需要在现有光纤环网基础上增加KJGISⅡN通风可靠监测监控系统子集，包括地面监测主机、相应监测分站与传感器等测控单元。同时KJGISⅡN工业以太网LonWorks网络化现场总线煤矿安全生产综合自动化监测监控又可弥补现有监测监控系统诸多不足，并可作为多级语音广播报警系统与无线窄带手机通讯系统及井下无线物联网的基础网络平台，具有十分广泛的扩展应用空间。2.2建立煤矿《通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统》数据中心网站集成煤矿现有监测监控系统、新增加的通风可靠测控与生产状态监测系统、煤矿瓦斯抽放监测系统，建立《通风瓦斯面域化全方位实时监测监控与实时预警综合防御系统》数据中心网站。还可根据需要集成煤矿人员监测系统、煤矿供电监测系统、煤矿运输监测系统等各类异构系统，建立煤矿全面综合自动化测控管平台。此外，按矿方要求配备无线宽带手机异地实时监测监控监管系统一套。为适应煤矿个性化应用与管理需要，因为某些管理方面的信息资源无须上传到集团公司存储，所以煤矿需要建立具有特色的煤矿安全生产综合自动化集成调度指挥系统。这有利于提升整个系统可靠性，不受其它煤矿及网络影响，网络化分布式存储与应用更高效可靠。解决了全集团信息集中存储量过大的问题，特别是面域化海量实时数据存储与提取效率问题。2.3网络与数据关系建立煤矿数据中心需要新增配置2台服务器与应用软件平台。利用现有煤矿地面局域网与井下光纤环网。煤矿现有监测监控系统数据除了向集团公司传输外，同步向本系统数据中心网站传输。新增加的通风可靠监测监控子系统也要向集团公司和煤矿本系统数据中