1、煤矿KJ95N煤矿安全监控系统升级改造方案1背景1.1 国家要求针对目前国内煤矿安全监控系统存在的问题，2016年12月29日国家煤矿安监局印发了煤矿安全监控系统升级改造技术方案的通知-煤安监函20165号，通知要求：“大型矿井、煤与瓦斯突出矿井的在用安全监控系统升级改造工作应在2018年底前完成；其他矿井应在“十三五”末完成”。 煤矿安全监控系统升级改造技术方案所要求的升级改造主要内容包括：（1） 传输数字化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。（2） 增强抗电磁干扰能力安全监控系统及组成设备采用抗干扰（EMC
2、）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。试验条件：形成完整的系统架构，组成设备的类型齐全；至少一台分站达到满载要求；交换机及接口的每个电口至少带载一台设备。试验加载方法：系统中不同类型组成设备均分别进行试验；试验在系统正常工作状态下进行，即系统传感、传输、显示、控制、执行的功能正常。（3） 推广应用先进传感技术及装备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
3、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。（4） 提升传感器的防护等级将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。（5） 完善报警、断电等控制功能系统实现分级报警，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
4、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。（6） 支持多网、多系统融合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。（7） 格式规范化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
5、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。（8） 增加自诊断、自评估功能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。（
6、9） 加强数据应用分析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。（10） 应急联动在瓦斯超限、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。（11） 提升系统性能指标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
7、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。（12） 增加加密存储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。（13） 方便用户使用、维护、培训软件界面友好，方便调用，强化帮助功能。根据煤矿安全监控系统升级改造技术方案的要求，我单位新一代KJ95N煤矿安全监控系统的各类设备及监控软件均由天地（常州）自动化股份有限公司研制、生产。系统具有容量大、速度快、更稳定、更可靠、更
8、安全、融合深、改造成本低、安装维护使用方便等鲜明特点，在关键技术及功能、性能指标上处于行业领先地位。完全满足了煤矿安全监控系统升级改造技术方案中所提出的传输数字化、抗电磁干扰、逻辑报警、分级报警、区域断电、自诊断、自评估功能等要求，部分性能及功能指标高于国家升级改造要求和同行业水平。1.2 煤矿在用系统现状山西华晋吉宁煤业有限责任公司井田位于山西省乡宁县枣岭乡樊家原村一带，井田地理坐标为：东经：11033341103746，北纬：354805355036。沿井田向东12km的县乡级水泥路即可与209国道相接，沿209国道向北约30km可达乡宁县城，沿209国道向南约15km可达河津市市区，与国
9、道108线及南同蒲铁路接运；井田向东直距临汾市110km，向南距运城市130km。交通条件较为方便。井田位于吕梁山南端，总体地形为中部高南北低，地形切割较为强烈，黄土冲沟发育，主要山梁走向为东西向，最高点在整合区北部的樊家原，标高843.2m，最低点位于西南侧黄河谷地内，标高387.0m，相对高差456.2m，属中山区。经过各大系统建设，吉宁煤矿已建设完成煤矿安全监控系统，具体情况如下：（1）环网情况：吉宁煤矿于2012年8月装备了一套常州天地公司生产的KJ95N型煤矿安全监控系统，在地面中心站配备主备机各1台，一主一备，数据传输通过MT8000数据接口箱与井下分站连接通讯。本次监测监控系统升
10、级改造将新建设一套专用百兆级工业以太环网，来作为新监测监控系统数据传输平台。（2）安全监测监控系统吉宁煤矿于2012年安装并使用天地（常州）自动化股份有限公司的KJ95N安全监测监控系统，系统设备主要布置于煤仓、辅运巷、胶带巷、避难硐室、12采区，目前运行情况基本稳定。目前吉宁煤矿使用KJ95N煤矿安全监控系统，系统累计运行5年，系统总体使用稳定，能够满足煤矿的安全需要，但与煤矿安全监控系统升级改造方案要求相比尚存在如下不足：传感器能够适用于采掘工作面应用场所，防护等级已达IP65要求，但取证时未按IP65等级要求进行检验；（1） 系统具有预警、报警功能，但未达到升级改造方案所要求的多级要求；
11、（2） 系统可接入瓦斯抽放、矿井压力监测、采空区监测等系统，但多网、多系统融合程度低，未实现井下多系统设备共缆通信，即井下设备级数据融合；（3） 部分性能指标不满足升级改造要求：1) 异地断电时间为2倍巡检周期，在煤与瓦斯突出等极端情况下不能快速断电，无法满足煤矿安全生产要求；2) 备用电源能维持断电后正常供电时间2h，不满足4h的指标要求；3) 模拟量传输处理误差不超过1%，不满足不超过0.5%的指标要求。（4） 无加密存储功能。（5） 系统可靠性、稳定性有待提高a) 传感器性能不稳定井下环境恶劣，湿度及粉尘大，甚至伴有腐蚀性气体，导致传感器电路、感应元件、接插件等容易氧化，接触不良，造成工
12、作不可靠。传感器在进水、受到振动和猛烈撞击时，输出数据会发生失真。井下狭小空间，存在复杂的强电场、磁场干扰源，导致部分传感器出现误报甚至不能工作。目前采用的传感技术落后，甲烷、一氧化碳等环境参数传感器仍采用催化、电化学技术，导致寿命短、工作稳定性差，且存在零点漂移。部分传感器元件一致性差，检测易受干扰气体影响，测量精度低。b) 传感器供电不稳定AQ 6201-2006规定甲烷传感器到分站的传输距离不得小于2 km。随着工作面推进距离的增大，现场需要甲烷传感器到分站的本质安全供电距离已经超过6 km，距离远、线路上的压降及干扰增大，造成传感器无法正常启动，且存在频繁复位等现象。c) 传输线路易受
13、干扰传感器与分站之间采用2001000 Hz模拟信号单向无校验传输方式，抗干扰能力弱，易受传输线路干扰，且无法分辨。目前大多数安全监控系统的矿用传感器和分站的抗干扰设计考虑不充分，未从接口防护、布线方式等方面进行抗干扰设计和严格试验，且在技术方面，抗干扰设计与本质安全设计相互矛盾，这是目前传输线路易受干扰的内因。安全监控系统具有测点多、分布广、传输距离长等特点，传感器到分站的距离从几十米到数千米不等，极易受到外部信号的干扰，主要包括：在井下狭小的空间内，本质安全型传感器弱电信号线与动力电缆多为平行铺设，形成一个耦合回路；大型电气设备启动和停止时会产生浪涌干扰；井下变频设备、大功率设备工作时会释
14、放强烈的电磁干扰，这些外部干扰会对信号传输造成较大影响，导致系统极易产生误报警，严重时通信中断，设备无法工作。d) 系统建设成本高传感器与分站之间采用2001000 Hz模拟信号，由于信号不能复用，所以每个传感器必须通过一条独立的电缆与分站进行信号传输，由于传感器的数量多，因此系统建设所需要的电缆数量大，增加了系统的建设成本。e) 设备外壳防护等级低目前大部分传感器外壳防护等级仍为IP54，无法满足采掘工作面等恶劣环境使用要求。（6） 系统硬件设备功能需要增加、指标需要提高。a) 系统内各设备的抗干扰能力不足，需通过以下试验：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
15、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。b) 电源产品的备用电源能维持断电后正常供电时间需要增加到4h。（7） 系统软件功能不完善a) 不能进行自诊断、自评估，不能进行伪数据标注及异常数据分析系统不具备自诊断、自评估功能，无法自动检测并提示系统运行中出现的问题。如：设备通信故障、设备内部故障、传感器探头故障、电源带载能力不足、数据库连接异常、软件通信异常等故障信息。而且也不能及时提醒用户对传感器进行标校、维护。b) 数据安全性较低数据库存储数据为明文存储，无法有效防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据
16、。c) 图形展示功能较为简单不可导入CAD监控系统设备布置图，进行等比例井下巷道图形显示。不具备煤与瓦斯突出报警系统不能进行实时煤与瓦斯突出危险性的诊断与预测，不能对掘进工作面应力变化、煤层瓦斯含量变化、煤的物理力学性质变化实时显示并预测预警，不能对瓦斯涌出量进行预测。（8） 无井下融合功能，数据综合利用不足a) 监控系统目前仅实现单系统运行，无法实现与井下人员定位、矿井压力、瓦斯抽放等系统设备的井下数据融合，各系统需单独布线，重复设置井下分站、电源，电缆敷设工作量大、建设成本高，安装、维护复杂。b) 在紧急、危险情况下，不能与应急广播、人员定位、电力监测等系统进行应急联动；c) 系统没有实现
17、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。总之，目前吉宁煤矿在用安全监控系统不能满足煤矿安全监控系统升级改造技术方案要求，需进行升级改造。1 升级改造技术方案1.1 升级改造原则及依据1.1.1 安全监控系统升级改造原则KJ95N煤矿安全监控系统本着架构简单、稳定可靠、低成本、低维护为出发点，以高水准、高质量、高性能价格比为目标，根据国家升级改造要求、煤矿实际使用需求和未来发展趋势进行设计，保护用户投资。（1） 整体性原则安全监控系统升级改造是一个系统性的工程，上至井上的系统主机，下至井下的传感器、执行器，各个设备在系统内相互配合、协调工作，从而完成系统的功能及指标，同
18、时需要考虑整个矿井的安全类监测系统在地面、井下的数据融合，即升级改造要有全局意识，要遵循整体性原则。（2） 先进性原则系统构成采用简单、成熟，具有国内外先进水平，并符合国际发展趋势的技术、软件产品和设备，并且系统应遵守国内、国际上的规范、标准，以保证系统具有较长的生命力和扩展能力。（3） 针对性原则此次监控系统升级改造的内容较多，在满足国家升级改造方案及相关标准要求的前提下，不同的系统提出了高于国家标准的性能指标，完成了多于国家标准的功能，高的指标、丰富的功能，是针对不同的需求而设计的，煤矿现场的升级改造需要针对自身的需求，有选择性的升级附加功能及指标。（4） 有效性原则监控系统升级改造是为了
19、提高安全监测监控新技术、新装备在煤矿现场的应用范围，提高安全监控系统技术性能和安全可靠性，适应煤矿安全生产的需要，所以升级改造后的监控系统要确保有效，提高其在煤矿安全生产过程中的作用，确保监测准确、控制可靠，在保证系统有效性的同时，保证升级改造投资的有效性。（5） 易操作性原则针对煤矿工作人员的技术特点，提供先进且易于维护的人机界面功能，提供信息共享与交流、信息资源查询与检索等快速工具。1.1.2 安全监控系统升级改造依据 煤矿安全规程现行2016版 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20165号 煤矿安全监控系统通用技术要求AQ6201-2006 煤矿安全监
20、控系统及检测仪器使用管理规范AQ1029-2007 国家安全监管总局办公厅关于印发煤矿安全生产在线监测联网备查系统通用技术要求和数据采集标准（试行）的通知安监总厅规划（2016）138号 国家安全监管总局国家矿井安监局关于建设完善矿井井下安全避险“六大系统”的通知（安监总煤装2010146号文件） 煤矿用低浓度载体催化式甲烷传感器AQ6203-2006 瓦斯抽放用热导式高浓度甲烷传感器AQ6204-2006 煤矿用电化学式一氧化碳传感器AQ6205-2006 煤矿用高低浓度甲烷传感器AQ6206-2006 煤矿安全生产监控系统通用技术条件MT/T1004-2006 煤矿安全生产监控系统软件通用
21、技术要求MT/T1008-2006 煤矿用信息传输装置MT/T899-2000 矿用分站MT/T1005-2006 矿用信号转换器MT/T1006-2006 矿用信息传输接口MT/T1007-2006 煤矿监控系统线路避雷器MT/T1032-2007 矿用光纤接、分线盒MT/T1033-2007 矿用网络交换机MT/T1081-2008 建筑物防雷设计规范GB50057-2010 建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2012 电子计算机机房设计规范GB50174-2008 电子计算机场地通用规范GB/T2887-2000 计算机软件开发规范GB8566-2007 煤炭工业矿井设计规范
22、GB50215-2005 煤炭工业矿井监测监控系统装备配置标准GB50581-2010 矿井建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范AQ10552008 综合布线系统工程设计规范GB50311-2007 综合布线系统工程验收规范GB50312-2007 光纤总规范GB-T15972.15-1998 爆炸性环境电气设备通用要求GB3836.1-2010 爆炸性环境第1部分：设备通用要求GB 3836.1-2010 爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备GB 3836.4-2010 矿井通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件MT209-1990 矿井井下紧急避险系统建设管理暂行规定 全
23、国工业产品生产许可 计算机信息系统集成企业资质认证 中华人民共和国制造计量器具许可1.2 KJ95N煤矿安全监控系统升级改造完成情况1.2.1 KJ95N煤矿安全监控系统简介KJ95N煤矿安全监控系统满足煤矿安全监控系统升级改造技术方案、新版AQ6201煤矿安全监控系统通用技术要求及相关行业标准。系统基于工业以太环网+现场总线通信架构，采用分布式控制、多系统数据融合、即插即用、断线续传、电磁兼容、设备故障诊断等技术，对原有系统进行性能及功能大幅提升，部分指标超过升级改造要求及同行业水平。升级改造后，系统容量大、速度快、更稳定、更可靠、融合深、改造成本低，安装、维护、使用方便，适应于各类煤矿安装
24、使用。1.2.2 KJ95N煤矿安全监控系统组成及工作原理KJ95N煤矿安全监控系统采用工业以太环网+现场总线架构，系统由监控系统主备机、多系统融合服务器、交换机、监控分站、传感器、执行器、电源等组成。监控系统主备机为监控系统数据采集、处理、分析、显示、存储、打印中心，提供为保证系统正常运行所必须的有关配置、设备管理功能，提供实时数据、报警、断电、馈电异常、通信状态等信息查看，历史数据、报表、报警记录、故障记录、断电记录等信息查询、打印，系统及设备故障诊断、标校提醒、GIS图形展示、瓦斯涌出量预测、火灾预测预警等功能；多系统融合服务器提供地面级多系统融合功能，可融合人员定位、IP广播、工业电视
25、、电力监测等系统，并进行多系统综合数据分析应用、多系统联动，提供多系统融合信息Web访问服务，实时数据查看，历史数据、曲线的查询与打印等；交换机提供系统网络通信组网及通信接入功能，可直接接入以太网接口分站、RS485接口分站，完成分站至上位机间、分站至分站间的数据传输，为系统快速异地断电的核心设备。监控分站为煤矿安全监控系统井下区域数据采集中心，对分站下级传感器、执行器、电源等设备进行管理，实时监测煤矿井下环境及工况参数，对数据进行打包上传，可根据自身逻辑进行工作，当检测到有环境或工况参数异常时，发出断电或报警指令，进行断电或报警，以保证煤矿井下安全。为提高系统数据完整性，监控分站具有断线续传
26、功能，当监测到系统主备机通信中断时对所监测数据进行存储，待主备机通信恢复后将数据上传至地面主机。传感器为系统检测环境及工况状态装置，可检测单个或多个环境及工况参数，通过RS485接口将数据实时上传至监控分站，传感器具有分级报警功能，超过报警门限时可发出不同级别声光报警。执行器为系统断电、报警执行装置，可通过RS485、开入口接收监控分站、系统主机、传感器及其他装置所发出的指令进行断电、声光报警、洒水等操作，主要有：断电器、声光报警器、洒水装置等。电源为系统交换机、监控分站、传感器、执行器等设备进行供电，提供本安电源输出，并具有充、放电电压、电流，充放电状态等监测功能，通过RS485接口将数据实
27、时传输至监控分站、地面主机，并具有远程充放电维护功能。系统的各组成设备正常安装后，传感器、执行器、电源等设备通过即插即用的方式，将编码的设备信息数据发送至分站及业务主机，完成设备的即插即用，通过地面软件简单操作，即可完成设备配置投入工作。系统本安交换机、监控分站具有数据路由功能，监控分站在无系统主机参与下可实现相互间的互联互通，当有瓦斯超限时，监控分站可直接通知被控分站进行断电，从而实现井下分布式控制，在监控系统主备机故障情况下，监控系统仍可实现井下断电，保证煤矿井下安全。为提高监控系统响应速度，监控分站及传感器设备对所监测数据进行分级处理，优先上传报警、断电等紧急、重要数据，从而实现系统快速
28、响应及本地、异地断电。监控分站通信链路为不同业务系统提供不同信道，实现环境监测、人员定位、矿井压力、瓦斯抽放等不同业务系统传感执行设备、无线接入器等装置的共缆通信和井下设备级数据融合，监控分站直接或通过网关设备间接将不同系统的数据发送至地面不同的系统主机，完成分站过程数据上传，不同的业务主机根据用户需求将数据转化为信息进行展示。当井下设备发生非通信中断故障时，系统分站、传感器、执行器、电源能够对自身故障判断并进行描述，通过故障诊断事件发送至地面主机，主机对故障信息进行展示，并对用户进行提醒，完成远程故障诊断。1.2.3 KJ95N煤矿安全监控系统功能及性能指标1.2.3.1 KJ95N煤矿安全
29、监控系统性能指标（1） 不低于AQ6201-新版煤矿安全监控系统通用技术要求性能要求；（2） 系统容量：255台分站；（3） 系统最大测点数量：8160；（4） 系统巡检周期指标：不大于10S；（5） 本地断电时间：不大于2S；（6） 异地断电时间：不大于5S；（7） 分站存储能力：不小于24小时数据量；（8） 抗干扰能力：a) 通过3级静电抗扰度试验（评价A）b) 通过2级电磁辐射抗扰度试验（评价A）c) 通过3级脉冲群抗扰度试验（评价A）d) 通过3级浪涌（冲击）抗扰度试验（评价A）1.2.3.2 KJ95N煤矿安全监控系统功能指标（1） 不低于AQ6201-新版煤矿安全监控系统通用技术要
30、求功能要求；（2） 具有传感器、电源、执行器的即插即用功能，有新设备接入时，系统自动识别所接设备类型，用户仅需配置设备安装地点及断电关系即可使用，简化操作；（3） 具有在线标校功能，可在传感器、地面软件设置或取消传感器标校状态，系统软件自动标识、记录传感器标校状态，从而在减少因标校操作产生误报警的情况下，减少标校窗口时间，提高标校效率，缩短监控时段盲区；（4） 具有分级报警功能，根据瓦斯浓度大小、主扇停风、同一区域多处报警等异常情况，并结合报警持续时间，将监控系统报警分为：初级报警（蓝色报警）、一级报警（黄色报警）、二级报警（橙色报警）、三级报警(红色报警)，并针对不同的报警级别，通知不同用户
31、，实现报警信息分级响应；（5） 具有数据加密功能，采用同态加密、SHA256、SHA512、DES、RSA等混合加密算法，实现对监控系统配置信息、历史数据的高效、安全加密和存储，保证监控系统数据安全；（6） 具有短信通知功能，可在紧急情况下，根据信息严重程度，自动通知不同专业、不同级别领导，实现分级、快速响应；（7） 具有大容量数据存储功能，采用大容量数据库实现密采数据存储；（8） 具有GIS图形、矢量图形展示功能；（9） 具有电源管理功能，可实现智能电源的远程实时在线监测，以及远程手动、自动充放电管理；（10） 具有自定义报表功能，可根据实际情况灵活自定义报表，并进行查询打印；（11） 具有
32、煤与瓦斯突出预报警功能、瓦斯涌出量预测功能；（12） 具有在用监控系统达标检测功能，通过构建矿井模型，自动检测矿井传感器漏装，报警、断电、复电门限设置错误等隐患，并进行报警；（13） 具有Web发布功能，实现具有浏览器的实时及历史的数据、报警、曲线查看功能；（14） 具有移动信息发布功能，可在安卓系统下实时查看监控系统报警、断电、故障、实时数据等信息；（15） 具有OPC、文本文件等联网上传接口，可实现与煤矿安全监控系统检查分析工具对接数据；（16） 具有瓦斯抽放功能，可查询瓦斯抽放管道实时数据，可查询抽放管路日报、月报、年报；（17） 具有多系统融合功能，在矿方按照接入系统提供人员定位、IP
33、广播、视频监测、提升监控、皮带集控、水泵监测、电力监测等系统接入数据情况下，可实现多系统接入及联动；1.2.4 KJ95N煤矿安全监控系统系统特点（1） 分布式控制：系统采用分布式智能控制策略，实现主机故障情况下的本地、异地断电，保证井下安全；（2） 更快的响应速度：系统采用基于事件主动上传的通信机制，同时将事件进行分级、分类，优先上传断电、报警等事件，提高传输效率和系统响应速度，减少异地断电和手动控制时间；（3） 设备智能识别：系统可对传感器、电源、执行器等设备进行智能识别，即实现设备的即插即用，可智能识别设备型号、类型、量程等信息，通过简单配置即可实现设备的快速安装及正常工作；（4） 设备
34、级数据融合：采用综合分站，可实现环境监测、人员定位、矿压监测、瓦斯抽放等系统传感器、执行器、接收器设备的共缆通信，实现井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护；（5） 地面信息融合：实现电力监测、无线通信、应急广播、矿井提升等系统的地面信息融合，并将各业务系统数据通过图形显示系统实现“一矿一图”信息显示，即在一张图上实现不同业务系统的综合显示，从而方便煤矿用户更直观、便捷的了解井下情况，并实现井下联动报警、应急救援与指挥等；（6） 分体式传感器设计：传感器采用先进的“二次仪表+变送器”设计理念和模块化设计方法，实现二次仪表重复利用及变送器智能识别，从而提高设备利用率，降低传感器
35、更换、维护成本，实现传感器快速更换，减少系统维护工作量；（7） 分级报警：实现系统软件和传感器两级分级报警，报警门限可设置；（8） 数字化传输：系统模拟量传感器、断电器及开关量传感器（除风门）的数字化传输，提高系统抗干扰能力；（9） 更高的抗电磁干扰能力：系统通过：3级静电抗扰度试验（评价A），2级电磁辐射抗扰度试验（评价A），3级脉冲群抗扰度试验（评价A），3级浪涌（冲击）抗扰度试验（评价A），高于监控系统升级改造技术指标要求，提高系统可靠性，保证系统稳定工作；（10） 自诊断、自评估：系统具有自诊断、自评估功能，自动检测并提示系统运行中出现的分站、电源、传感器、系统软件等异常信息及处理方法
36、，通知系统维护人员及时处理，保证系统正常运行；（11） 更高的防护及安全等级：传感器防护等级提高到IP65，设备防爆形式提高到ia；（12） 传感器在线标校：系统可实现井下现场在线标校，就地设置、取消传感器标校状态，提高标校效率，缩短监控时段盲区，提高井下标校作业安全性，减少误报警；（13） 智能电源在线管理：实现电源工作状态、工作参数的远程智能检测，可远程、定期维护放电，提高电池使用寿命；（14） 更高的数据安全性：为提高监控系统数据安全，系统对历史数据进行高效、可靠的加密存储，以防止违规删除、篡改监控系统报警、断电等重要数据；（15） 煤与瓦斯突出报警：系统具有煤与瓦斯突出预报警功能，通过
37、数据挖掘技术实现非接触式连续实时煤与瓦斯突出危险性的诊断与预测；能实时显示对掘进工作面应力变化、煤层瓦斯含量变化、煤的物理力学性质变化并预测预警；具有瓦斯涌出量预测功能。1.2.5 KJ95N煤矿安全监控系统关键技术天地（常州）自动化股份有限公司在国内最先开展煤矿安全监控系统的设计与研发工作，早在1983年即承担国家“六五”科技攻关项目KJ1型矿井环境与生产监控系统的设计与研发工作，KJ1在1986年9月20日在平顶山矿务局通过部级鉴定，鉴定结果指出该系统是符合我国国情的第一套环境与工况监测兼备的监控系统。后期通过七五、八五、十二五科技攻关，公司先后设计研发了KJ2、KJ7、KJ95、KJ95
38、N等型号煤矿安全监控系统。通过承担国家“十一五”科技支撑计划项目（2009BAK54B05）煤矿安全高可靠性监控系统关键技术研究，研究攻关了监控系统伪数据滤除、监测数据异常识别、危险区域程度分级判定、瓦斯涌出趋势研究、异构监控系统数据挖掘、设备的抗电磁干扰等技术，并逐步引入到新一代煤矿安全监控系统中，进一步提升了KJ95N煤矿安全监控系统的稳定性和可靠性。近三年来通过科研攻关取得一系列关键技术及装备，主要有：名称类型状态简介一种矿用安全监控系统的瓦斯传感器的在线调校方法发明已授权提出了一种矿用安全监控系统的瓦斯传感器的在线调校方法，可就地设置或者取消瓦斯传感器标校状态，并实时传输至地面计算机，
39、并在监控系统瓦斯历史曲线中进行标注，从而缩短监控时段盲区，提高井下作业安全性并减少误报警。利用矿井工作面不同生产工序预测瓦斯涌出量的方法发明已受理提出一种利用矿井工作面不同生产工序预测瓦斯涌出量的方法，该方法利用工作面的采煤机或者掘进机相应的开停传感器的信号值进行瓦斯涌出量预测，使预测更准确。利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法发明已受理提出一种利用瓦斯浓度时间序列识别矿井工作面生产工序的方法，通过计算瓦斯浓度时间序列值的相邻浓度点的斜率值的方法来识别工作面的生产工序，具有较强的实用性。实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法发明已授权提出一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，该方法利用实
40、时风速、瓦斯浓度、巷道截面积等信息，计算实时瓦斯涌出量，从而进一步计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标。一种小风速掘进工作面的瓦斯涌出量的计算方法发明已授权提出了一种小风速掘进工作面的瓦斯涌出量的计算方法该计算方法实用性较好、误差较小、计算精度较高，且可实时动态计算小风速掘进工作面的瓦斯涌出量。煤与瓦斯突出的预测方法发明已授权提出了一种在煤矿安全监控系统基础上预测煤与瓦斯突出的方法，该方法接触式预测法和非接触式连续预测法的优点于一体，提高了预测的可靠性和可信度，且具有较强的自适应能力。监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法发明已授权提出了一种监测煤矿监控系统中的瓦斯量监测信息异常的方法，利
41、用同一巷道工作面不同位置瓦斯间的逻辑关系，判断瓦斯浓度异常。通过这一技术，不仅可以发现煤矿监控系统使用中不按规定使用的情况，也可以发现煤矿生产系统出现异常的情况。煤矿井下综合数据采集分站发明已受理提出了一种煤矿井下综合数据采集分站，可接入不同系统的不同传感器设备，真正实现煤矿井下数据采集的“一网一站”。一种煤矿井下多系统数据采集传输方法及装置发明已受理提出了一种煤矿井下多系统数据采集传输方法及装置，通过矿井多种业务系统的终端分别采集矿井不同业务系统的原始数据，对所述原始数据进行封装，生成数据信息后，发送至综合数据采集分站，进一步将信息发送至地面业务主机。该方法实现了系统设备及传输线缆的共享，既
42、简化了煤矿井下多种独立拓扑结构的系统平台建设复杂度，避免重复劳动，又使得井下现场设备布置简单有序，同时降低了多种系统建设的成本。1.2.6 KJ95N煤矿安全监控系统升级改造完成情况KJ95N煤矿安全监控系统与国家升级改造要求相比，主要完成情况如下表所示：监控系统升级改造技术要求KJ95N煤矿安全监控系统升级情况1、传输数字化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。（1） 模拟量传感器数字化传输（RS485），开关量传感器：开停、远动开关、烟雾等也实现数字化传输（RS485）。（2） KJ95N煤矿安全监控系统采用
43、主动上传和分布式控制，数字化传输机制更完善；2、增强抗电磁干扰能力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。试验条件：形成完整的系统架构，组成设备的类型齐全；至少一台分站达到满载要求；交换机及接口的每个电口至少带载一台设备。试验加载方法：系统中不同类型组成设备均分别进行试验；试验在系统正常工作状态下进行，即系统传感、传输、显示、控制、执行的功能正常。KJ95N煤矿安全监控系统通过
44、检验机构EMC相关检验，满足以下抗电磁干扰能力：（1） 通过3级静电放电抗扰度试验；（2） 通过3级射频电磁场辐射抗扰度试验；（3） 通过2级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验；（4） 通过3级浪涌（冲击）抗扰度试验。注：以上检验内容评价等级均为A，高于国家升级改造技术要求。3、推广应用先进传感技术及装备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
45、。（1） 具有激光甲烷、红外甲烷等新型传感器，设备稳定、可靠；（2） 具有多参数传感器；（3） 所有数字传感器均具有自诊断功能；（4） 具有无线传感器。4、提升传感器的防护等级将采掘面传感器的防护等级由IP54提升到IP65。所有传感器防护等级均由IP54提升到IP65，并且进行了二次仪表统一设计，变送器小型化设计，安装、使用、维护更方便。5、完善报警、断电等控制功能系统实现分级报警，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
46、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。（1） 具备分级报警、逻辑报警以及区域断电功能；（2） 系统传感器可实现井下就地分级报警，报警、断电、复电门限可通过系统软件远程设置，软件与传感器门限配置一致。6、支持多网、多系统融合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
47、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。（1） 地面级融合，可实现人员定位、IP广播、电力监测、车辆监测、视频监测、矿井提升等三十余种业务系统数据融合，并在此基础上进行综合数据利用及多系统联动；（2） 井下设备级数据融合，可实现环境监测、人员定位、矿压监测、瓦斯抽放等系统传感器、执行器、接收器设备的共缆通信，即井下设备级数据及信息融合，节省系统建设成本，减轻系统维护工作量；（3） 井下采用WaveMesh、Zigbee技术，实现采煤工作面回风隅角等位置的无线监测；（4） 采用WebGIS进行图形展示。7、格式规范化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
