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坪上煤業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究

文檔作者：張峰王堯文檔來源：山西晉煤集團(tuán)沁秀公司坪上煤業(yè)		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月03日
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總第2 0 8 期
2 0 2 0 年第8 期
機(jī)械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 208
N〇.8 , 2020
自動化技術(shù)與設(shè)計 DO 丨:10.16525/j .cnki.cnl4~1134/丨 h.2020.08.095
坪上煤業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究
張峰， 王堯
(山西晉煤集團(tuán)沁秀公司坪上煤業(yè)， 山西晉城048000)
摘要：針對坪上煤業(yè)KJ90N B 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)在實際應(yīng)用中所存在的監(jiān)控穗定性差、抗干擾能力不足、無
法滿足日益提升的井下通風(fēng)安全性需求的現(xiàn)狀，提出了一種新的KJ90X 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用先進(jìn)
的分布式處理模式，能充分發(fā)揮各部分設(shè)備的性能優(yōu)勢，具有智能化程度高、可操作性強的優(yōu)點，極大地提升
了坪上煤業(yè)礦井綜采作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性，具有較大的應(yīng)用推廣價值。
關(guān)鍵詞：監(jiān)測系統(tǒng)分布式智能化
中圖分類號:TD76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A 文章編號：1003-773X ( 2020 >08-0222-02
引言是采用了分布式的數(shù)據(jù)處理方法，能有效提升數(shù)據(jù)
山西晉煤集團(tuán)坪上煤業(yè)有限公司位于沁水縣端
氏鎮(zhèn)曲堤村，為資源整合礦井，是由山西晉煤集團(tuán)寺
河礦北區(qū)瓦斯抽放工程井和沁水縣坪上煤業(yè)有限公
司整合而成的兼并重組整合礦井。礦井年設(shè)計生產(chǎn)
能力9 0 萬t，屬煤與瓦斯突出礦井，對煤礦井下通風(fēng)
系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性要求較高。該礦最初采用了
KJ90NB煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)
簡單的優(yōu)點，但隨著綜采作業(yè)的進(jìn)行,綜采作業(yè)過程
中的瓦斯溢出量不斷增加，給煤礦井下的綜采作業(yè)
帶來了嚴(yán)重的影響，現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足
日益增加的通風(fēng)安全性需求，因此提出建立KJ90X
煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的方案，該煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)采
用了先進(jìn)的分布式處理模式，能充分發(fā)揮各部分設(shè)
備的性能優(yōu)勢，具有智能程度高、抗干擾能量強、穩(wěn)
定性好的優(yōu)點，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)的
處理速度和監(jiān)控穩(wěn)定性，發(fā)揮了監(jiān)控設(shè)備和系統(tǒng)的
優(yōu)點,具有結(jié)構(gòu)簡潔、可操作性強的優(yōu)點，系統(tǒng)主干
連接為樹型結(jié)構(gòu)，安裝擴(kuò)展簡單，該安全監(jiān)控系統(tǒng)的
整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
B控主機(jī)K控備機(jī)
安全K控分蛄 安全K控分站 安全B控分《 $全監(jiān)控分站
_ 撤_ 鏞_ 尊義場
鏖
安全性。圖1 K J9 0 X 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
1 K J9 0X 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
坪上煤業(yè)有限公司的安全監(jiān)控系統(tǒng)以工業(yè)數(shù)據(jù)
總線系統(tǒng)為核心，將地面上的監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)信息存
儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息查詢及分析系統(tǒng)之間實現(xiàn)互聯(lián)互
通，同時將煤礦井下的瓦斯監(jiān)控分站、通風(fēng)監(jiān)控分
站、排水監(jiān)控分站等進(jìn)行連接,實現(xiàn)了井下和地面數(shù)
據(jù)的有機(jī)互聯(lián)，滿足了在各種工況下的數(shù)據(jù)監(jiān)控準(zhǔn)
確性和連續(xù)性的監(jiān)控需求，確保了對井下安全生產(chǎn)
環(huán)境的實時監(jiān)控[1]。
為了便于對煤礦安全的監(jiān)控，提升監(jiān)控效率和
數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋撁旱V井下安全監(jiān)控系統(tǒng)首次采
用了少層級監(jiān)控結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)分為三層數(shù)據(jù)處理
結(jié)構(gòu)，極大地提升了數(shù)據(jù)傳輸和分析的準(zhǔn)確性，特別
收稿日期:2020-04-24
第一作者簡介：張峰（1984— ），男，本科，畢業(yè)于山西醫(yī)科大學(xué)
預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)，助理工程師，從事機(jī)電管理工作。
由圖1 可知，該控制系統(tǒng)的“大腦”是煤礦安全
監(jiān)控系統(tǒng)的地面監(jiān)控中心，作為整個系統(tǒng)最關(guān)鍵的
部分，主要用于對整個監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、存
儲、顯示等，同時還具有遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制功能，實現(xiàn)
在地面上對井下各設(shè)備運行情況的靈活調(diào)控，滿足
煤礦井下運行安全性的需求。監(jiān)控中心的顯示器用
于直觀顯示出各類數(shù)據(jù)信息，該類型的數(shù)據(jù)信息均
通過簡化的圖表形式進(jìn)行顯示，便于監(jiān)控人員對井
下運行狀態(tài)的監(jiān)控，具有準(zhǔn)確性和及時性。
該煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為工業(yè)以太環(huán)
網(wǎng)，采用了高速光纖傳輸系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)傳輸能力
大、數(shù)據(jù)傳輸速度快、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強的優(yōu)
點，工業(yè)以太網(wǎng)和各類設(shè)備之間采用了標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接
口，滿足了通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)傳輸需求，同時便
于進(jìn)行模塊的拓展。
煤礦井下監(jiān)控分站是該安全監(jiān)控系統(tǒng)的“眼
2 0 2 0年第8 期張峰，等:坪上煤業(yè)安全監(jiān)控系統(tǒng)的研究? 2 2 3 .
睛”，能夠?qū)崟r針對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的各類設(shè)備的運行情
況及井下環(huán)境情況，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、
報警等，是井下安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計
為了確保地面監(jiān)控中心對監(jiān)控結(jié)果顯示的精確
性，在地面監(jiān)控中心內(nèi)設(shè)置2 臺IPC-810E 作為系
統(tǒng)主備機(jī)，安裝KJ90X 監(jiān)控軟件、雙機(jī)熱備軟件,2
臺x3650° M5 服務(wù)器，作為SQL數(shù)據(jù)庫軟件、網(wǎng)管
軟件及系統(tǒng)融合服務(wù)器；為了確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定
性，在系統(tǒng)上設(shè)置了千兆防火墻，用于實施病毒防
護(hù)，確保系統(tǒng)的運行安全性。
地面中心站設(shè)置1 臺KJJ2 2 0 地面輸出本安型
交換機(jī)，井下6 臺礦用KJJ15(A)交換機(jī)分別安裝于
井下中央變電所、盤區(qū)變電所（一），盤區(qū)變電所
(二），230 1 1巷口、東軌七橫川、西膠九橫川，通過5
km 光纜和地面機(jī)房KJJ2 2 0 核心環(huán)網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)成
主干工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，確保系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性
和精確性。
監(jiān)控分站采用了 KJ90-F16(B)型礦用本安分站，
分站采用了可模擬量/開關(guān)量互換的傳感器輸入端
口，所采用的智能控制輸人端口具有8 組智能開關(guān)
量，能同時控制8 組智能信號的輸出。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置以
太網(wǎng)電口 1 路、以太網(wǎng)光口 2 個，標(biāo)準(zhǔn)通訊端口設(shè)置
8 組。為了確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，在該監(jiān)控系統(tǒng)中
還設(shè)置有不間斷電源，用于確保緊急情況下的連續(xù)
供電需求，滿足井下監(jiān)控安全[2]。
傳感器采用KJ90-F16 (B) 型分站配套的
KG9701B 型低濃度甲烷傳感器、GQQ5 型煙霧傳感
器和GFK3 0 型礦用風(fēng)筒風(fēng)量開關(guān)傳感器等。斷電器
采用 KJ90-F16(B )型分站配套的 KDG0.35/660K(A)
型(適用于660V)井下遠(yuǎn)程饋電斷電器。
3 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)功能及應(yīng)用效果
KJ90X 安全監(jiān)控系統(tǒng)的控制程序內(nèi)設(shè)置了 5 級
報警功能®，不同的級別采用了不同的顏色進(jìn)行區(qū)
分。當(dāng)煤礦井下巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛劝l(fā)生變化時，系統(tǒng)自
動進(jìn)行識別并報警,將不同濃度的瓦斯進(jìn)行標(biāo)識，形
成文件報表，直觀顯示在監(jiān)控屏幕上。控制程序具有
良好的編輯功能，能夠授權(quán)操作者進(jìn)行一定情況下
數(shù)據(jù)的編輯和修改，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的不斷完善。
該系統(tǒng)中采用了新的邏輯控制算法，使智能傳
感器實現(xiàn)了類型識別，當(dāng)接入系統(tǒng)的傳感器類別和
系統(tǒng)內(nèi)定義的傳感器類別不一致時，系統(tǒng)自動對其
進(jìn)行屏蔽處理，系統(tǒng)自動報警并刪除監(jiān)測到的異常
數(shù)據(jù)w。系統(tǒng)具有區(qū)域管理功能，并實現(xiàn)了對不同通
風(fēng)類型區(qū)域內(nèi)傳感器類型、數(shù)量和參數(shù)設(shè)置是否符
合規(guī)范的檢查提醒功能，從而最大程度上確保了煤
礦安全監(jiān)控系統(tǒng)的工作可靠性，該監(jiān)控系統(tǒng)功能界
面結(jié)構(gòu)如圖2 所示。
圖2 煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
該監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用以來，將系統(tǒng)的巡檢周期由27 s
降低為13 s ，降低了 5 1 . 9 %，異地斷電時間由最初的
60 s 降低到目前的24 s，降低了 6 0 % ，系統(tǒng)的能耗降
低5 0 % 以上，同時系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中其模擬量
傳輸誤差由最初的1.6%降低到目前的0 . 4 % , 顯著
提升了坪上煤業(yè)綜采作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。
4 結(jié)論
1 ) 礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)采用了扁平化的分層結(jié)
構(gòu),具有先進(jìn)的分布式處理模式，能有效提升數(shù)據(jù)處
理速度和監(jiān)控穩(wěn)定性， 分發(fā)揮各部分設(shè)備的性能優(yōu)
勢，具有結(jié)構(gòu)簡潔、可操作性強的優(yōu)點；
2) KJ90X 安全監(jiān)控系統(tǒng)的控制程序內(nèi)設(shè)置了 5
級報警功能，不同的級別采用了不同的顏色進(jìn)行區(qū)
分，同時具有瓦斯異常變化識別及篩選功能；
3) 該監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)⒀矙z周期降低5 1 . 9 %，異
地斷電時間降低6 0 % ， 系統(tǒng)的能耗降低5 0 % 以上，
同時系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸過程中其模擬量傳輸誤差由最
初的1.6%降低到目前的0 . 4 % , 顯著提升了坪上煤
業(yè)綜采作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。
參考文獻(xiàn)
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(編輯：賈娟）
(下轉(zhuǎn)第228 頁）
? 2 2 8 . 機(jī)械管理開發(fā)
jxglkfhjh@126.com 第3 5 卷
2)井下人員定位系統(tǒng)基于WIFI通信技術(shù)，巷道
內(nèi)采用P0 E 交換機(jī)實現(xiàn)各條光纖數(shù)據(jù)的連接，保證
確網(wǎng)絡(luò)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
系統(tǒng)升級達(dá)到了預(yù)期設(shè)定目標(biāo)，系統(tǒng)在硬件、軟件層
面均得到了改進(jìn)優(yōu)化，提高了系統(tǒng)的精度與可靠性。
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Locating Safety System for Underground Coal Mine Personnel Based
on WIFI Technology
Li Hao
( Shanxi Lu"an Group Luning Coal Industry Co., Ltd., Ningwu Shanxi 036706)
Abstract： Based on the transformation of downhole personnel monitoring system into a research object, a set of
downhole personnel positioning system based on WiFi communication technology is designed, which is mainly
composed of downhole network equipment, positioning system hardware equipment, positioning system software and so
on. The system has been developed successfully, and the accurate tracking of downhole personnel has been realized.
The system has the characteristics of high precision and low delay, and the successful development of the system is of
great significance to ensure the safety of underground workers, which can provide reference for the design of personnel
positioning system.
Key words: WIFI technology; positioning system; mine
(上接第2 2 3頁）
Research on Safety Monitoring System of Pingshang Coal Industry
Zhang Feng, Wang Yao
( Qinxiu Company Pingshang Coal Industry, Jincheng Shanxi 048000)
Abstract： Aiming at the poor monitoring stability and low an ti-jamming ability in the practical application of
Pingshang coal KJ90NB coal mine safety monitoring system, which can not meet the increasing demand of underground
ventilation safety, this paper presents a new KJ90X coal mine safety monitoring system, which adopts advanced
distributed processing mode, can give full play to the performance advantages of ail parts of the equipment, has the
advantages of high intelligence and strong maneuverability, and greatly improves the safety and stability of fully
mechanized mining operation in Pingshang coal mine.
Key words： monitoring system; distributed; intelligent
(上接第2 2 5 頁）
Design of Variable Frequency Speed Control System for Ventilator
Wang Wei
(Jinming Mining Co., Ltd., Jincheng Shanxi 048006)
Abstract： In view of the problem that the fan can not control the ventilation quantity according to the required air
volume of the working face, which leads to the large energy consumption and low automation degree of the fan, the
overall design of the fan frequency conversion speed regulation system is completed on the basis of a brief overview of
the ventilation system. Practice shows that the fuzzy control system based on variable frequency speed regulation can
realize the real-time control of ventilator according to the required air volume.
Key words： ventilator; variable frequency speed regulation; fuzzy control; control circuit; gas concentration

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