煤矿安全监控系统（新标准要求）

煤矿安全监控系统升级改造要求及相关技术装备Contents目录2安全监控系统防误报措施1系统升级改造要求与新技术3新技术及新思路一、系统升级改造要求与新技术国家局系统升级改造工作推进要求国家煤矿安监局2016年12月29日，发布了《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号文件。该文件围绕提高监控系统技术性能、安全可靠性等指标，提出了全面升级改造要求，要求大型矿井等必须在2018年底前完成改造。1、传输数字化；2、增强抗电磁干扰能力；3、推广应用先进传感技术及装备；4、提升传感器的防护等级；5、完善报警、断电等控制功能；6、支持多网、多系统融合；7、格式规范化；8、增加自诊断、自评估功能；9、加强数据应用分析；10、应急联动；11、提升系统性能指标；12、增加加密存储要求；13、方便用户使用、维护、培训。要求

（一）、传输数字化系统升级改造主要技术性能要求

在分站至中心站数字化传输的基础上，将传感器（模拟量）至分站升级为数字传输，实现安全监控系统的数字化，促进智能传感器发展。一、系统升级改造要求与新技术

【1】系统总体架构

采用工业以太环网+现场总线+无线通信技术的混合架构，

开发全数字化、抗干扰能力强、可靠性高的全新型煤矿安全监控系统，以灵活适应现场实际需要。结构框图如下：一、系统升级改造要求与新技术【2】模拟量传感器升级后效果数字化：频率RS485/CAN外壳防护：IP54

IP65自诊断：增加元件故障及调校识别等抗干扰：静电/浪涌/群脉冲3级，电磁辐射2级单条线路带载数量：提升到最多4台一、系统升级改造要求与新技术【6】分站改造由于模拟量传感器要求全部升级为数字化，因此分站不再兼容采集频率功能，仅能采集数字量及开关量电流信号，因此现场使用的分站需要全部更换。（1）6路总线功能，其中4路采集数字化传感器数据，1路为主通信，1路采集电源及抽放数据；（2）同一总线上实现了交叉断电由分站实现；（3）单条总线模拟量传感器不超过4台；（4）开关量如果数字化改造可接入总线，未改造保留原来线路不变。一、系统升级改造要求与新技术【7】大容量宽范围防爆电源新工艺及新技术★无工频变压器，能在85~900VAC输入电压下正常工作，无须切换抽头，自动适应电压等级变化；★可实时、远程了解电源箱运行状况，能精确显示备用电池续航时间，及时掌握系统的备用工作时间；★电源箱重量下降30%以上。一、系统升级改造要求与新技术（二）、增强抗电磁干扰能力系统升级改造主要技术性能要求

安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC）技术设计，通过以下试验：地面设备3级静电抗扰度试验，评价等级为A；2级电磁辐射抗扰度试验，评价等级为A；2级脉冲群抗扰度试验，评价等级为A；交流电源端口3级、直流电源与信号端口2级浪涌（冲击）抗扰度试验，评价等级为B。一、系统升级改造要求与新技术抗浪涌：采用吸能元件、尖峰抑制、电源隔离与储能等措施1雷电及大型设备启停防瞬变群脉冲：采用硬件滤波及改进软件滤波算法等措施2井下变频设备、大型供配电设备【1】设备抗干扰能力一、系统升级改造要求与新技术抗静电：采用增加电气间隙、屏蔽、静电释放等措施3静电释放器件抗电磁辐射：采用模块化设计、噪声滤波等措施4无线设备、大型电气设备一、系统升级改造要求与新技术【2】抗干扰技术安标认证

以上措施升级改造后的KJ90N型煤矿安全监控系统，已于2014年通过AQ6201包括抗干扰性能的测试检验，并取得证书。是目前国内首家通过安标中心抗干扰性能要求认证的煤矿安全监控系统。一、系统升级改造要求与新技术（三）、推广应用先进传感技术及装备系统升级改造主要技术性能要求

推广使用架构简单系统以及激光、红外等低功耗传感器、自诊断型传感器，鼓励使用多参数传感器。

突出矿井的采煤工作面进、回风巷，煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷掘进工作面回风流中，采区回风巷，总回风巷瓦斯传感器推荐使用激光、红外等全量程传感器。突出、高瓦斯矿井的回风隅角建议采用无线传感器。建议加装粉尘监测设备。一、系统升级改造要求与新技术GJG100J矿用激光甲烷传感器原理简介

GJG100J矿用激光甲烷传感器采用目前国际最先进的可调谐激光吸收光谱技术(TDLAS),利用甲烷特征气体对应的1653.7nm独立吸收波长进行测量。

当调制过的激光通过目标气体时，通过检测此波长的损失量即可通过比尔-朗伯(Beer-Lambert)定律公式解算出甲烷气体浓度。一、系统升级改造要求与新技术GJG100J矿用激光甲烷传感器技术优势【1】甲烷吸收光谱的单一特性：1）由图可知，甲烷1653.7nm处的吸收峰不受其他水汽及背景气体干扰，在检测原理上决定了其独特的技术优势。2）传感器利用DFB激光器单光普输出特性，结合高精度PID温控电路，使传感器检测波长始终位于1653.7~1653.8nm处的甲烷吸收峰。常见气体激光检测波段分布图一、系统升级改造要求与新技术名称测量范围精度工作原理寿命抗干扰性载体催化0-4%较高载体催化技术一般易受（H2S、SO2）等气体影响红外线0-100%高非色散红外气体检测技术长受水汽、烷烃气体影响激光0-100%高半导体激光吸收光谱检测技术长不受任何背景气体因素影响【2】不同检测原理甲烷传感器性能对比：一、系统升级改造要求与新技术（四）、提升传感器的防护等级系统升级改造主要技术性能要求

将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。一、系统升级改造要求与新技术【1】传感器外壳防护由IP54升级到IP65IP54（冲压成型）IP65（模内注塑成型、双色膜一次成型工艺）1997年设计的传感器外壳，在随后10多年里成为经典款式。并取得两项专利：ZL201120163924.5、

ZL201120321029.1一、系统升级改造要求与新技术【2】提高传感器稳定性与可靠性的效果：IP65喷水尘密IP54溅水防尘一、系统升级改造要求与新技术（五）、完善报警、断电等控制功能系统升级改造主要要求

系统实现分级报警，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，实施分级响应。各级别报警浓度值的设置可由煤矿企业根据相关法规标准和实际情况决定。

推行逻辑报警，根据巷道布置及瓦斯涌出等的内在逻辑关系，实施逻辑报警，促进各类传感器的正确安装、设置、维护，监控系统的正常使用，防止违法行为。具体逻辑关系可由煤矿企业根据实际情况进行设置。

完善就地断电功能，提高断电的可靠性，并加强馈电状态监测。

推行区域断电，可由煤矿企业根据井下供电系统的实际情况进行设置。一、系统升级改造要求与新技术一、系统升级改造要求与新技术1、软件功能升级——瓦斯异常软件识别效果瓦斯异常识别：根据瓦斯绝对变化及斜率变化。一、系统升级改造要求与新技术（1）物理点定义支持快速查找定义，模板化定义等灵活的定义方式，极大的节省了现场维护工作量；（2）逻辑点定义实现了物理点和逻辑点之间的转换，如对风速风量的转换、多风机的逻辑关联判断等；2、软件功能升级——灵活的物理点与逻辑点定义、管理、转换一、系统升级改造要求与新技术3、软件功能升级——多样化的报警功能上传联网功能可提供多种格式开放的联网数据，满足现有联网平台的需要，且支持IOs,Andriod环境的移动智能设备访问。手机访问：报警事件列表手机访问：实时数据列表手机访问：历史曲线（六）、支持多网、多系统融合系统升级改造要求

实现井下有线和无线传输网络的有机融合、监测监控与GIS技术的有机融合。

多系统的融合可以采用地面方式，也可以采用井下方式。鼓励新安装的安全监控系统采用井下融合方式。在地面统一平台上必须融合的系统：环境监测、人员定位、应急广播，如有供电监控系统，也应融入。其它可考虑融合的系统：视频监测、无线通信、设备监测、车辆监测等。一、系统升级改造要求与新技术传感器正常回风流广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统工作面采区皮带主运皮带综采机LED指示牌瓦斯浓度正常时，将结合矿井环境与设备工况，控制工作面三机及主运等各环节设备运行，实现根据生产计划正常生产。【1】多系统融合效果------安全正常状态一、系统升级改造要求与新技术瓦斯超限预警手机报警广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统工作面回风流采区皮带主运皮带综采机LED指示牌【2】多系统融合效果------安全预警状态

瓦斯超限异常时，通过多系统融合技术，通信联络系统将进行语音、短信、LED等多种安全提醒。同时降低工作面采煤速度，减少瓦斯涌出，同时生产各环节设备自动适配。一、系统升级改造要求与新技术瓦斯超限广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统广播系统工作面回风流采区皮带主运皮带综采机LED指示牌【3】多系统融合效果------安全不可控状态瓦斯严重超限时，通信联络系统将以语音、文字、短信等多种方式通知人员迅速撤离，危险区域相关机电设备将按控制工艺流程停机，保障矿井安全。一、系统升级改造要求与新技术（七）、格式规范化系统升级改造主要技术性能要求

系统主干网应采用工业以太网。

分站至主干网之间宜采用工业以太网，也可采用RS485、CAN、LonWorks、Profibus。“十三五”末应采用工业以太网。

模拟量传感器至分站的有线传输采用工业以太网、RS485、CAN；无线传输采用WaveMesh、Zigbee、Wi-Fi、RFID。

系统改造后支持联网并按要求数据格式上传。一、系统升级改造要求与新技术【1】KJJ15(A)环网交换机（100M)（1）组网模式支持星型、环型和冗余耦合、环网相切等多种复杂网络拓扑结构。（2）网络重组时间不大于20毫秒。（3）接口3个100M光口，6个100M电口，4个本安RS485总线。（4）管理支持LLDP网络发现协议，自动发现及管理所有网络节点；具有电源远程管理功能，4小时后备电源。（5）辅助管理液晶显示本机IP、挂接设备IP及各条总线挂接设备信息。一、系统升级改造要求与新技术【2】KJJ18(A/B)环网交换机（1000M）（1）组网模式支持星型、环型和冗余耦合、环网相切等多种复杂网络拓扑结构。（2）网络重组时间不大于20毫秒。（3）接口KJJ18(A):3个1000M光口，2个1000M光口,5个100M电口，4个本安RS485总线。KJJ18(B):6个1000M光口，4个1000M光口,10个100M电口，8个本安RS485总线。（4）管理支持LLDP网络发现协议，自动发现及管理所有网络节点；具有电源远程管理功能，4小时后备电源。（5）辅助管理液晶显示本机IP、挂接设备IP及各条总线挂接设备信息。一、系统升级改造要求与新技术【3】KJJ660隔爆兼本安型网络交换机（10000M）（1）组网模式支持星型、环型和冗余耦合、环网相切等多种复杂网络拓扑结构。（2）网络重组时间不大于20毫秒。（3）接口（4）管理支持LLDP网络发现协议，自动发现及管理所有网络节点；具有电源远程管理功能，4小时后备电源。10000M光口1000M光口100M光口以太网电口RS485端口CAN端口4对2对2对16个6个2个一、系统升级改造要求与新技术（八）、增加自诊断、自评估功能系统升级改造主要技术性能要求

实现系统定期的自诊断、自评估，能够预先发现系统在安装使用中存在的问题。自诊断的内容至少应包括：

（1）传感器、控制器的设置及定义；

（2）模拟量传感器维护、定期未标校提醒；

（3）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；

（4）中心站软件自诊断，包括双机热备、数据库存储、软件模块通信。一、系统升级改造要求与新技术1、软件功能升级——调校识别效果调校识别对于频率输出型传感器，采用特征频率来完成，对于总线型传感器通过标识调校标志来实现。一、系统升级改造要求与新技术2、软件功能升级——多通道并发通讯与网络管理

可根据用户使用需求，设置多条总线，并发通信。一、系统升级改造要求与新技术（1）系统支持双机热备、采集冗余，主机出现故障可在30秒内快速切换至备机运行。（2）终端可在线自动升级，免维护。3、软件功能升级——采集冗余、双机热备、终端自动升级一、系统升级改造要求与新技术4、软件功能升级——异构数据库存储接口支持多种数据库存储，如SQLSERVER、Oracle、DB2、SQLITE等。一、系统升级改造要求与新技术5、软件功能升级——电源箱充放电维护电源信息智能管理：定期进行充放电维护，延长了电池使用寿命。远程维护放电时间曲线图一、系统升级改造要求与新技术（九）、加强数据应用分析系统升级改造主要技术性能要求

安全监控系统应具有大数据的分析与应用功能，至少应包括以下内容：

（1）伪数据标注及异常数据分析；

（2）瓦斯涌出、火灾等的预测预警；

（3）大数据分析，如多系统融合条件下的综合数据分析等；

（4）可与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据。一、系统升级改造要求与新技术瓦斯灾害预测预警：这是某矿现场监测到一次明显的瓦斯异常情况，（图中红色圆点为突出危险预警，橙色圆点为突出威胁预警；上图中第一条曲线为瓦斯监控原始曲线，第二条曲线为反映工作面煤体瓦斯含量变化的曲线，第三条曲线为反映工作面煤体物理力学性质的曲线）事后发现该区域瓦斯含量明显超标（可解吸瓦斯含量达14m3/t），而煤质结构未发生显著变化。一、系统升级改造要求与新技术（十）、应急联动系统升级改造主要技术性能要求

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、人员定位等系统的应急联动。一、系统升级改造要求与新技术（十一）、提升系统性能指标系统升级改造主要技术性能要求（1）系统巡检周期不超过20s；（2）异地断电时间不超过40s；（3）备用电源能维持断电后正常供电时间由2h提升到4h，更换电池要求由仅能维持1h时必须更换，提高到仅能维持2h时必须更换；（4）具有双机热备自动切换功能；（5）模拟量传输处理误差不超过0.5%；（6）分站的最大远程本安供电距离（在设计工况条件下）实行分级管理，分别为2km、3km、6km。一、系统升级改造要求与新技术KJ90N安全监控系统主要技术指标（1）系统巡检周期不大于10秒；（2）由中心站实现异地断电时间不大于20秒，分站实现不大于10秒；（3）模拟量传输处理误差不超过0.5%；（4）软件任一界面刷新时间不大于5秒；（5）系统具有双机自动切换功能，主备机之间可进行无缝切换；（6）主要设备备用电源可维持4小时；（7）本安供电距离最远可达6km；一、系统升级改造要求与新技术（十二）、增加加密存储要求系统升级改造主要技术性能要求

为有利于安全监管监察和企业安全管理，对采掘工作面等重点区域的瓦斯超限、报警、断电信息应进行加密存储，采用如MD5、RSA加密算法对数据进行加密，确保数据无法被破解篡改。一、系统升级改造要求与新技术1、软件功能升级——数据库基于MD5动态加密对数据库本身和数据库内容进行MD5动态加密，保证数据的安全性。一、系统升级改造要求与新技术《煤矿安全规程》2016版《安全监控系统升级改造》5号文件《煤矿安全监控系统通用技术要求（AQ6201-2006）》（修订稿）《煤矿安全监控系统及监测仪器使用规范》AQ1029-2007（修订稿）【1】升级原则规范性原则，满足现行规程、标准及规范要求；稳定、可靠、成熟的原则，采用先进成熟的技术及产品；投资最优化原则，充分利用已有系统设备实现投资最优化；分步实施的原则，重要设备更换，其它设备先改造。分站、电源更换，传感器新老并用；交换机保留，配套电源更换；甲烷传感器更换，其它模拟量加模块，开关量维持现状。【2】升级依据一、系统升级改造要求与新技术Contents目录2安全监控系统防误报措施1系统升级改造要求与新技术3新技术及新思路二、安全监控系统防误报措施1、传感器处理措施----电路设计改进电路升级老传感器主板新传感器主板采用集成化更高、处理能力更强的ARM处理器，对硬件电路进行了改进及软硬件性能优化。实现了传感器RS485、CAN总线的数字化通信，以及类型、状态、故障自诊断等智能化功能的实现和信息上传。并且整机功耗有20~50%的降低。采用ARM内核处理器，增强故障诊断、信号处理采用多级电源稳压及供电监测，保障可靠性采用表面刷胶工艺，避免电路腐蚀及损坏1、传感器处理措施----抗干扰设计(1)（6KV接触放电）静电放电方面改进：增加电气间隙、采用屏蔽、静电释放等技术措施。放电电容屏蔽连接内部注塑外壳(2)浪涌（冲击）、电快速瞬变脉冲群(2kV开路电压)方面改进：增加储能及吸能保护器件。储能模块吸能器件(3)射频电磁场(3V/m的80MHz~1000MHz)辐射方面改进：针对弱信号部分采用了模块化设计。元件与主板采用纯数字信号通讯连接二、安全监控系统防误报措施1、传感器处理措施----防护改进采用不锈钢内部注塑工艺,对传感器外壳进行了重新设计，全面提升了传感器防尘、防水能力，保障传感器在恶劣工作环境下的工作可靠性。IP54（溅水）→

IP65（喷水）二、安全监控系统防误报措施2、激光传感器优势激光和红外传感技术也是本次监控系统升级改造推广应用的要求内容之一，该两种技术均具有高量程、抗中毒、调校周期长等特点。但激光以其先天技术优势，相比红外检测精度更高、稳定性更好，更适于煤矿井下应用。激光检测技术优势：★不受使用环境的水汽、其它背景气体等影响，具有高稳定性的特点；★0~100%检测范围测量误差＜真值的5%，是目前测量精度最高的仪表；★利用光路可分特性，设置标准气体参考气室，实现自动实时校准，大幅提高了检测值的准确性及故障自诊断。★采用谐波信号处理技术，检测值分辨率高、稳定性更好；环境型管道型二、安全监控系统防误报措施2、激光传感器优势激光甲烷传感器内部采用模块式结构，利用光路可分特性，共用一个激光器、一套信号检测电路，设计有两个检测气室，即标准气体参考气室和环境气体测量气室。标准气体参考气室内密封有标准甲烷气，供整机实时自校准用。标准气体参考气室环境气体测量气室激光器二、安全监控系统防误报措施3、传感器到分站传输线路模拟量（200Hz-1000Hz）数字量RS485/CAN采用CRC校验，形成校验码，确保线路传输环节数据的可靠性。CRC校验流程二、安全监控系统防误报措施4、分站处理措施（1）防护等级由IP54提升为IP65，避免了水汽对电路板的影响。（2）增加了数据帧处理，并可根据挂接传感器数量变化处理算法。（3）增加SD卡存储数据，可根据事件记录运行状态。二、安全监控系统防误报措施5、中心站处理措施（1）增加传感器类型自识别功能，当中心站定义的传感器类型与实际上传的类型不一致时报警。（2）增加当采集的数据不在量程范围内时报警功能；（3）增加瓦斯值突变报警功能，并能按照设置进行多级报警；（4）增加伪数据标注功能，当检测到值不是环境参数，而是人为调试时，进行标注报警；二、安全监控系统防误报措施Contents目录2安全监控系统防误报措施1系统升级改造要求与新技术3新技术及新思路1、双转模块总线型分站频率转RS485模块频率型传感器频率型分站RS485转频率模块总线型传感器三、新技术及新思路2、分站实现交叉断电（1）通过中心站定义总线上某台分站为主站；（2）主通信正常时，由中心站执行交叉控制；（3）主站识别主通信异常时，主动向总线上其它分站取数据；（4）由分站完成交叉控制。三、新技术及新思路3、远距离供电解决方案KDY24/24(A)KDY24/24(A)三、新技术及新思路4、宽压电源（1）实现了交流输入85VAC—825VAC的自适应；（2）电量提示由百分比升级为提示备用时间，自动识别负载挂接情况；（3）中心站增加电池维护提醒功能，延长电池寿命；三、新技术及新思路5、区域协同控制器

采用嵌入式高速处理技术，本安设计，实现矿井有线、无线信号的集中采集、转换处理，并将监测到的人员、设备运转、环境数据及参数进行有机融合，可根据用户设置进行智能化预判、对监测到的异常快速处理，达到控制前移的效果。同时，该设备具有多种数据接口，实现数据的高速传输。三、新技术及新思路5、区域协同控制器（1）数据汇接采集功能：具有标准数据输入输出接口，能够采集多种监控设备数据(安全监控、人员、顶板、冲击地压、粉尘等)。（2）数据存储功能：能够存储各种定义及设置信息，并能自动处理并存储设备运行异常数据或采集到的异常数据。（3）数据处理功能：具有逻辑编辑及处理功能，可根据用户实际需求进行逻辑功能编辑，并能在离线时自动运行编辑好的逻辑。（4）丰富的通信接口：有线接口RS485、CAN、以太网光口及电口，无线接口WiFi、Zigbee等。（5）智能化管理功能：能够实现区域灾害评估、控制前移、异常快速决断，无需通过中心站就能实施控制。三、新技术及新思路6、AZJ-2000（A）型甲烷检测报警仪缩小体积，提高便携性增加电量显示功能降低功耗，待机时间19h增加时间显示功能增加数据接口，方便扩展该便携仪是在原AZJ-2000型甲烷检测报警仪基础上，在保持原有外观和性能的前提下，对便携性、功能、功耗等进行了全面升级。三、新技术及新思路7、CST-1型便携仪综合性能测试校验台该产品主要针对新AZJ-2000(A)型甲烷检测报警仪开发，可与便携仪通过充电触电进行单总线通信，具有对便携仪充电和基本误差、响应时间等性能自动测试与评估的功能。充电用途功能时间校准零点校准精度校准基本误差响应时间电池寿命自用：可提高生产效率及老化质量销售：可降低矿企便携仪维护工作量三、新技术及新思路8、KG9001C型高低浓度甲烷传感器产品特点：★更换高性能芯片，提升性能；★功耗降低35%；★全面提升抗干扰、防护等级；★支持数字化；三、新技术及新思路差压式风速运行一个月状态图超声波风速运行一个月状态图★采用差压式测量技术，实现了正、反风的双向检测，解决了煤矿风速和风向两种参数的监测需求，并可监测反风风速；★传感器具有实时自校准功能，长时间使用无需调校。超声波差压式三、新技术及新思路9、

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