根据国家安全监控系统升级改造方案相关文件和技术规范，结合施工现场实际情况，在满足国家文件执行标准和行业标准的基础上对安全监控系统数据传输和传感器、监控分站分步进行升级改造，并对系统改造过程中出现的问题进行研究与探索，不断地优化系统升级方案，提升安全监控系统运行的稳定性、可靠性与准确性。

安全监控系统扩容后，增设了一路传输接口，双路信号传输，巡检周期为30s。该系统监控主机与传输接口、传输接口与监控分站、监控分站与传感器间采用通信电缆通讯。监控分站备用电池续航能力不小于2h。传感器传输信号全部为频率信号，监控分站与传感器信号单向传输，频率在200~1000Hz 之间。这种传输方式具有很大的缺陷，信号不需要检验，系统抗干扰能力不强，在井下强电磁场环境中易受到干扰，信号频率发生变化，容易产生虚数据、误报警、误动作，造成监测工查找问题困难，降低了系统的准确性。传感器防护等级为IP54，在井下高温、高粉尘、高湿环境中，传感器使用寿命不长，系统在使用过程中容易出现传感器故障和数据不稳定等问题。为消除安全监控系统存在的缺陷，升级改造安全监控系统刻不容缓。

安全监控系统升级改造设计

煤矿为衰老去产能矿井，根据国家相关文件执行标准和行业标准，结合许厂煤矿实际情况、安全监控系统运行情况及服务年限，许厂煤矿决定采取经济合理的改造方案。因数字传感器、数字分站证件不全，不适宜对数字传感器与分站升级。经与系统厂家山东瑞安特自控设备有限公司技术人员共同勘查现场和分析研究，决定尽可能利用现有安

全监控系统设备及线缆。安全监控系统升级改造实行总体设计、分步实施的方案，系统网络传输改造与数字化传感器、分站升级改造两步走。第一步，2017 年上半年完成网络传输升级改造，将现有的传输接口升级为网络传输接口，主副井监测通信电缆传输升级为光缆传输，更换主备机服务器，升级监控系统软件；第二步，2018 年各类数字传感器、分站证件办理齐全后，组织将井下传感器全部升级为数字传感器，监控分站升级为数字分站。

地面系统及网络传输改造

为满足监控系统大数据、多网联动、多网融合、应急联动需求，对安全监控系统主备机进行了升级，可满足以太网平台高性能的数据查询和统计需求，采用SQL Server 专用数据库存储监控数据，设计通用的数据库接口为综合自动化平台提供数据支持。充分利用现有资源，减少费用投入，合理布局服务器安设，在调度室机房增设2 台服务器和1 台网络交换机，利用现有的网络避雷器、电源避雷器、稳压电源、在线不间断备用电源、报警器、打印机等进行地面系统改造。

根据井下采区及采掘工作面布置，在满足国家安全监控系统升级改造技术方案的基础上，本着少花钱、多优化的策略，进行安全监控系统升级改造研究。制定出监控系统主机到网络传输接口间用光缆传输，网络传输接口与监控分站间利用现有的通信电缆进行传输。在主、副井各敷设一条光缆，在副井底中央变电所内集中安设网络交换机和网络传输接口；根据矿井采区和采掘工作面分布情况，及监控分站和传感器使用数量，设计安设1 台网络交换机和6 台网络传输接口及7 台备用电源箱。为减少接口投入，地面不设网络传输接口，将地面的监控分站使用主副井原有监测通讯电缆传输到井下传输接口，再通过井下交换机与地面监控系统进行数据传输。

安全监控系统软件升级后，实现分级报警，

根据瓦斯浓度大小、瓦斯超限持续时间、瓦斯超限范围等，设置不同的报警级别，实现分级响应；同时系统设计具有多网融合，多系统联动功能。该种方式优化改造体现了整体布局、集中管理设计理念，在满足国家监控系统升级改造方案的同时，实现了少投入。按许厂煤矿采区分布情况，该设计比按采区布置交换机和传输接口至少可节省3台网络交换机、1 台网络传输接口和6500m 光缆。节约了费用投入，方便了系统管理。

井下数字传感器、数字分站升级改造

将频率信号传感器全部升级到防护等级为IP65的数字传感器。监控分站升级到备用电源的续航能力不低于4h 的大容量数字监控分站，与安全监控系统实现数字化传输。

 安全监控系统升级改造整体进展情况

根据安全监控系统升级改造方案设计，第一步的系统网络传输已于2017 年6 月完成，第二步的数字分站与数字传感器升级已基本完成。现安全监控系统升级为KJ76X 型安全监控系统，监控系统及

监控设备三证齐全。安全监控系统主要由服务器、网络避雷器、电源避雷器、在线不间断备用电源、网络传输接口、报警器、打印机，监控分站、甲烷传感器、激光甲烷传感器等共计243 台各类数字传感器组成，通过断电器实现断电功能，集数据采集、传输、分析、报警、控制、存储于一体，巡检周期为6s。

安全监控系统升级改造后的优越性

增强了抗干扰能力，新一代KJ76X 安全监控系统，通过EMC 抗干扰性能测试，其中电磁辐射抗扰度、脉冲群抗干扰度、直流电源与信号接口浪涌（冲击）抗扰度试验均通过3 级试验。安全监控系统传输接口数量增加到6 台，且均为网络传输，安全巡检周期达到目前的6s，相比早期的40s 巡检周期，巡检周期缩短了6.67 倍，大大提升了监控系统的实时性。

监控分站由原来的8 端口升级到12 端口，特别是在避难硐室内使用优势明显。同时监控分站备用电池容量增加，续航能力由原来的2h 提升到4h 以上，增强了系统连续监测的可靠性。主芯片采

用ARM 和嵌入式uCOS Ⅱ操作系统，屏幕采用彩色液晶屏，支持红外遥控断电。

监控分站有高可靠性的保护电路和程序纠错功能，在分站出现故障时，可在极短的时间内自动复位并重新启动CPU 投入运行。即使分站仍不能正常运行，也可自动脱离系统，不影响其它分站正常工作。

安全监控系统和传感器均具有分级报警功能，可设置预警功能，当气体浓度达到预警浓度，上位机会弹出预警窗口，该窗口仅提示传感器浓度已超过预警值，可以分级进行处理。目前系统均可在2s 内实现就地断电。

升级前，监控系统每台传感器占用2 条线缆进行传出，如果一个工作面安装6 台传感器，信号线最低需要7 条线缆方可完成信号传输。升级数字传输后，不管接多少传感器，2 条信号线缆就可以满足工作面所有传感器的信号传输。分站与传感器间一对一进行数字信号传输，不受外界强电磁场干扰，同时节约大量监测线缆，减少材料投入，大大降低工人劳动强度。

传感器防护等级由IP54 提升到了IP65，在井下高温、高粉尘、高湿、淋水环境中正常工作，使用寿命得到提升，传感器采用数字信号传输，相比频率信号的传感器，增强了信号抗干扰能力，到目前为止没有一起因干扰造成误报警现象，大大提高了系统的准确性、可靠性。

激光甲烷传感器采用可调谐激光吸收光谱技术，利用甲烷特性气体对应的独立吸收波长测量，不受水汽影响，传感器内置标准气体，利用光路分析特性，实现了传感器实时自校准功能。传感器调校周期长（可一年一标校），功耗低，传输距离最大可达2.5km，并且可以在井下进行调零，不受井下其他气体影响，准确度高，可靠性好。

系统支持多网、多系统融合、应急联动功能，该系统可以将矿井的其它系统融合进来，对数据进行集中展示并分析，实现应急救援联动，同时可以对其它厂家的系统开放接口协议，配合使用单位完成系统融合。

格式规范，安全监控系统数据格式与上级省煤矿安全监察局、集团公司安全监控系统数据格式一致，实现联网运行。

监控系统升级过程中遇到的问题与探索

在系统升级过程中也出现一些问题。有些工作面在升级的过程中出现了监控分站死机的现象，监控分站死机导致分站信号传输端子出现了5V 电压（正常分站信号传输电压在0.3V）。当这台监控分

站死机造成的信号传输电压过高时，会导致与这台分站共用一台信号传输接口的所有监控分站均不能正常通讯，但是分站其他功能正常。经过和厂家进行多次研究和测试，发现了问题所在。因3317 工作面监控分站安设在330 东翼上山变电所内，变电所中存在大量高防开关等设备，监控分站周围存在大量高压电缆，辐射等级较高，并且是突发性干扰，对分站的正常工作存在影响且较为频繁。针对此情况，在监控分站主板增加TVS 瞬态二极管，吸收瞬间性的电磁辐射。改造后，工作面监控系统已经稳定运行2 月有余，再未出现过监控分站死机及因死机而影响其他分站通讯的现象，保证了监控系统的正常运行。

6 监控系统升级需要进一步研究的方向

监控分站与断电控制装置一体化设计。升级前监控分站与断电控制为一体，安装简单，管理方便，而升级后监控分站与断电控制装置为分体设计，需要外接断电控制器实现断电控制功能，安装繁琐，管理不便。新监控分站需向与断电控制装置一体化方向研究。

馈电传感器优化设计。现馈电传感器有两种：一种是将馈电传感器卡在闭锁开关负荷侧电缆上，通过检测电缆周围电磁场方式实现馈电。优点是体积轻巧，安设简单，管理方便，缺点是准确性不高；第二种是采用断电控制器接入闭锁开关负荷电源实现断电馈电功能，需要接设闭锁开关负荷电源，井下闭锁开关负荷电源有660V、1140V、

6000V、127V。优点是准确性高，缺点是体积笨拙，安装很困难。目前使用的断电器只能接入660V 及以下的电压，适用范围小。为实现井下闭锁开关电压多样化，监测技术人员和厂家对现有的断电器馈电功能的外接负荷电源部分进行优化改造与测试，不再接入闭锁开关负荷电源，而是采用外接闭锁开关无电位的无源接点方式实现馈电功能，即在闭锁开关内部的继电器找出一组无电位的无源接点，该组接点在闭锁开关送电与停电时，实现导通与断开。将这组导通与断开的

状态经过信号变换与放大处理，变出具有数字信号功能的馈电传感器。该种馈电传感器优点是馈电信号监测准确性高，断电器与馈电传感器一体化结构，可适用井下不同电压的闭锁开关，且不需要外接闭

锁开关负荷电源就可准确监测馈电信号。这种集闭锁开关内部继电器无电位无源接点吸合与断开信号。4 亭南煤矿安全监测监控系统使用及管理亭南煤矿在KJ76N 煤矿安全监测监控系统的使用及管理中遇到了不少问题。比如，KJ76N-F2 分站通电，接入传感器后，信号无正常通讯；激光传感器校对时无法正常观察报警点；粉尘检测数据与

上传数据不符。综合分析，出现这些问题的原因有：

井下条件比设计时预估情况更加恶劣，

设备不能完全适应井下条件，从而出现运行异常。

设备自身存在缺陷，不能实现预期功能。

缺少专业技术人员对系统进行调试和维护。

综合分析上述三个原因，前两个联系厂家均能得到解决，第三个问题的解决比较繁锁。因为设备调试和维护是监测监控系统在使用过程中一直持续的工作，虽然厂家也可配专业的人员驻矿，但这样仍是很不方便，且监测监控系统是一个集电学、物理、计算机等多学科于一体的综合体，对技术要求比较高，许多监测工计算机方面知识欠缺。因此需要煤矿对专业技术人员进行专业培训，使监测工具备一定的专业技能，从而满足岗位要求，为企业创造效益。

结论

通过对煤矿安全监测监控系统发展现状和发展趋势进行分析发现，煤矿安全监测监控系统将向信息化、自动化、网络化方向发展。

通过对亭南煤矿安全监测监控系统的缺陷分析，响应国家煤矿安监局的要求，完成KJ76N煤矿安全监测监控系统升级改造，实现数字化传送、分级响应、多系统融合的功能。